Архитектура гражданских зданий; основные виды гражданских зданий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА О.Л. Викторова АРХИТЕКТУРА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ. Курс лекций. Рекомендовано Редсоветом университета в качестве учебного пособия для студентов обучающихся по программе бакалавра направления 08.03.01 Строительство очной и заочной форм обучения ПЕНЗА 2017 УДК 725.1 (07) ББК 85.118 я 73 Рецензенты – доктор технических наук, профессор А.М. Береговой (ПГУАС) зам. ген. директора ООО «Гражданпроект», кандидат технических наук С.А. Холькин Архитектура гражданских зданий. Курс Лекций: Учебное пособие/Сост: О.Л. Викторова. – Пенза: ПГУАС, 2017. 120с. , Разработан лекционный курс, согласно действующего учебного плана и отвечающий требованиям ФГОС ВО. Изложен теоретический материал по дисциплине «Архитектура гражданских зданий», где рассмотрены принципы проектирования гражданских зданий различного назначения. Изложены основные требования к разработке конструктивных решений каркасных и крупнопанельных зданий. Приведены конструкции, предусмотренные типовым проектированием с применением большепролетных конструкций покрытий зальных помещений гражданских зданий. Учебное пособие подготовлено на кафедре городского строительства и архитектуры и предназначено для студентов направления 08.03.01 «Строительство» при изучении дисциплины «Архитектура гражданских зданий».  Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2017  О.Л. Викторова 2017 2 ВВЕДЕНИЕ Курс лекций написан в соответствии с требованиями нового Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, в соответствии с действующей учебной программой по направлению 08.03.01 «Строительство» квалификация бакалавр. При изучении дисциплины «Архитектура гражданских зданий» студенты, согласно действующего учебного плана, должны прослушать курс лекций. Для более плодотворной работы студентов и успешного восприятия рассматриваемого материала подготовлено данное учебно-методическое пособие. Согласно действующего учебного плана на лекционный курс по дисциплине «Архитектура гражданских зданий» отводится 18 часов, что соответствует девяти лекциям. Процесс изучения дисциплины «Архитектура гражданских зданий» направлен на формирование следующих общепрофессиональных и профессиональных компетенций: общепрофессиональными владением основными законами геометрического формирования, построения и взаимного пересечения моделей плоскости и пространства, необходимыми для выполнения и чтения чертежей зданий, сооружений, конструкций, составления конструкторской документации и деталей(ОПК-3); профессиональными в изыскательской и проектно-конструкторской деятельности: знанием нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населенных мест (ПК-1); владением методами проведения инженерных изысканий, технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием универсальных и специализированных программно-вычислительных комплексов и систем автоматизированных проектирования (ПК-2); способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных решений, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектноконструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации заданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-3); в экспериментально-исследовательской деятельности: - знание научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности (ПК-9); В результате изучения дисциплины «Архитектура гражданских зданий» обучающийся должен: Знать: физико-технические основы проектирования зданий и инженерных систем; 3 научно-техническую информацию отечественного и зарубежного опыта по проектированию гражданских зданий. Уметь: выявлять естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности и анализировать отечественный и зарубежный опыт по проектированию гражданских зданий; выполнять при проектировании зданий подбор конструктивных схем и соответствующих элементов объектов в зависимости от их функционального назначения и выполненных расчетов по обеспечению нормального микроклимата в помещениях для находящихся там людей. Проводить технико-экономическое обоснование проектных решений, разрабатывать проектную документацию согласно выданного задания, выполнять проектные работы согласно действующих нормативных актов, правил и норм. Владеть: нормами и методами проектирования гражданских и промышленных зданий как единого целого, состоящего из связанных и взаимодействующих друг с другом несущих и ограждающих конструкций, навыками конструирования ограждающих конструкций с учетом их физико-технических свойств, включая владение компьютерными программами решения перечисленных задач. Иметь представление: О составлении рабочей технической документации по проектированию гражданских зданий. 4 Лекция 1. Основные виды гражданских зданий 1.1.Строительство гражданских зданий и их социальное значение По основным видам человеческой деятельности: быту, труду и общественно-административной деятельности, здания подразделяются на: гражданские здания (жилые и общественные), промышленные и сельскохозяйственные. Жилые здания предназначены для постоянного, длительного или кратковременного проживания людей. Общественные здания и сооружения предназначаются для культурно бытового обслуживания населения и для проведения различной общественной деятельности людей: учебной, политической, хозяйственной, научной, административной и др. Изменения в социальной сфере и материальном благосостоянии людей отражается и на строительстве общественных, приводит к росту строительства одних видов зданий и соответственно к сокращению других, приводит к созданию новых типов общественных зданий. Социальное и научно-техническое развитие общества, постоянное совершенствование всех форм жизнедеятельности людей стимулируют развитие сферы общественного обслуживания. Многообразие видов и форм системы обслуживания, способствующее комфортному осуществлению населением всех многоплановых функций, во многом определяет уровень цивилизации общества. Многообразие функциональных процессов, различие условий для их успешного осуществления, вопросы рационального объемнопространственного и архитектурно-художественного решения общественных объектов требуют детального изучения всего комплекса проблем, связанных с проектированием и возведением. Эти задачи решаются одним из важнейших разделов архитектурной науки - типологией. На базе типологии разрабатываются основные принципы архитектурно-строительного проектирования зданий и сооружений, осуществляется их систематизация. Типологией устанавливаются классификация и номенклатура зданий, определяются требования к общественным зданиям, комплексам и сооружениям. 1.2. Требования, предъявляемые к проектированию гражданских зданий Проектируемые гражданские здания должны удовлетворять функциональным, техническим, экономическим, архитектурнохудожественным требованиям. Функциональные требования заключаются в том, чтобы общественное здание соответствовало своему назначению, т. е. тому функциональному процессу или характеру той деятельности, которые будут происходить в здании. Этим требованиям должны быть подчинены объемно-планировочное и конструктивное решения здания, воздушная среда, видимость и акустика 5 зальных помещений. Необходимо создать удобную и благоприятную среду для деятельности человека, микроклимат в помещении должен удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям Расположение зрительских мест в залах большой вместимости должно осуществляться при обеспечении необходимых условий видимости. Проектирование ведется в соответствии с критериями предпочтительности звучания залов различного назначения. Технические требования состоят в обеспечении прочности, устойчивости и долговечности зданий, в снижении пожарной опасности для находящихся в здании людей. Организация людского потока в зданиях и обеспечение безопасной эвакуации людей из мест массового скопления. Уровни прочности, устойчивости и долговечности конструкций здания, обеспечиваемые при проектировании и строительстве, характеризуют собой степень его надежности в эксплуатации. Под надежностью зданий понимают их безотказную работу в заданных условиях силовых и природноклиматических воздействий и в течение расчетного периода эксплуатации. Архитектурно-художественные требования: общественное здание должно иметь не просто привлекательный и выразительный внешний облик, удовлетворяющий художественным запросам человека, но и иметь архитектурную ценность, красоту. Архитектура здания должна быть гармоничной, связана с застройкой комплекса и природным окружением. Необходимо придать нужную архитектурно-художественную выразительность внешнему виду здания и его внутренним помещениям. Интерьеры зданий должны соответствовать функциональному назначению помещений, способствовать созданию благоприятной обстановки для пребывания людей. Экономические требования заключаются в обеспечении минимально необходимых затрат на строительство и эксплуатацию проектируемого здания. С этими целями необходим выбор наиболее целесообразных объемно-планировочных, конструктивных и архитектурно-композиционных решений здания при обеспечении оптимальной организации рабочего процесса согласно функционального назначения здания. Для сокращения стоимости строительства зданий нужно также использовать местные строительные материалы. При проектировании нельзя завышать капитальность зданий, поскольку использование более долговечных и огнестойких конструкций, чем требуется нормами, повышает их стоимость. На экономичность зданий влияют также сокращение сроков строительства, уменьшение затрат на его эксплуатацию. 1.3. Классификация жилых зданий Жилые здания классифицируются в зависимости от длительности проживания в них людей и делятся на: 1. Здания для постоянного проживания людей – делятся на дома квартирного типа : малоэтажной застройки (до 2-ух этажей), средней этажности ( от 3-х до 5эт.), повышенной этажности (6-9эт.), многоэтажные (10-25эт.) и высотные(свыше 25эт.); 6 2. Здания для длительного проживания – общежития, которые объединяют людей, связанных учебной и трудовой деятельностью; 3. Здания кратковременного проживания – гостиницы; 4. Особые здания – а)дома - интернаты - для длительного проживания детей отдельно от родителей: б)дома для престарелых людей и инвалидов. 1.4. Классификация общественных зданий Общественные здания классифицируют по частоте использования населением в структуре города и по функциональному назначению здания. Размещение общественных зданий в системе городской застройки производится на основе планировочной структуры города, включающей планировочные и жилые районы, микрорайоны, промышленные районы и зоны массового отдыха. Планировочная структура города тесно связана с организацией общественного обслуживания по ступенчатой системе, различая общественные здания по мере (частоте) спроса населением на здания повседневного, периодического и эпизодического пользования. Общественные здания повседневного пользования обслуживают в основном население микрорайона (жилого квартала, группы домов) с радиусом пешеходной доступности 300-700 м. и являются объектами массового строительства: детские дошкольные учреждения, общественные школы, магазины, медицинские учреждения, предприятия бытового обслуживания и пр. Здания массового строительства возводят в основном по типовым проектам. Группа периодического обслуживания объединяет учреждения, посещаемые населением раз в неделю или 10 дней: сбербанки, почта, библиотеки, спорткомплексы, кафе и др. Максимальное удаление этих учреждений от жилища определяется расстоянием в 1200 м для пешеходов или в пределах 2-3 остановок общественного транспорта. Учреждения периодического обслуживания характерны для структурной единицы города – жилого района. К учреждениям группы эпизодического обслуживания относятся городские театры, музеи, крупные кинотеатры, универмаги, выставочные залы, административные и общественные организации. Объекты эпизодического пользования обслуживают жителей всего города или планировочного района. Здания (комплексы) такого типа строятся как по типовым, так и по индивидуальным проектам. В индивидуальных проектах учитываются сложившаяся архитектурнопространственная и историческая среда, природный ландшафт, национальные и региональные особенности места строительства. Наиболее ярко индивидуальность образа выражена в зданиях театров, которые занимают ключевые места в ансамбле городских общественных центров, парков, площадей. В конструкциях зданий, возводимых по индивидуальным проектам, широко используются монолитный железобетон, красный кирпич, металл, ценные отделочные материалы. 7 По особенностям эксплуатации, в соответствии с функциональным назначением общественные здания подразделяются на специализированные и универсальные. Специализированные общественные здания имеют определенное назначение, которое, как правило, не меняется в процессе эксплуатации. По функциональному назначению специализированные общественные здания делятся на группы, а каждая группа имеет свои виды зданий. Группа объединяет в себе круг зданий близких по назначению. Вид общественных зданий определяет основное функциональное назначение. Перечень основных функционально-типологических групп зданий и сооружений и помещений общественного назначения Таблица 1.1 А* Здания и сооружения для объектов, обслуживающих население 1 Здания и помещения учебно-воспитательного назначения 1.1* Организации образования и подготовки кадров: 1.1.1 Дошкольные образовательные организации 1.1.2* Общеобразовательные организации 1.1.3* Организации профессионального образования: среднего, высшего и дополнительного 1.2 Внешкольные учреждения (школьников и молодежи) 1.3 Специализированные учреждения (аэроклубы, автошколы, оборонные учебные заведения) 2 Здания и помещения здравоохранения и социального обслуживания населения 2.1* Медицинские организации: 2.1.1 Лечебные учреждения со стационаром, медицинские центры и т.п. 2.1.2* Амбулаторно-поликлинические организации 2.1.3 Аптеки, молочные кухни 2.1.4 Медико-реабилитационные и коррекционные учреждения, в том числе для детей 2.1.5 Станции переливания крови, станции скорой помощи и др. 2.1.6 Санаторно-курортные учреждения 2.2 Учреждения социального обслуживания населения: 2.2.1 Учреждения без стационара 2.2.2 Учреждения со стационаром, в том числе дома-интернаты для инвалидов и престарелых, для детей-инвалидов и т.п. 3 Здания и помещения сервисного обслуживания населения Продолжение табл.1.1 3.1* Предприятия розничной и мелкооптовой торговли, а также торгово-развлекательные комплексы 3.2 Предприятия питания (открытая и закрытая сеть) 3.3 Непроизводственные объекты бытового и коммунального обслуживания населения: 3.3.1 Предприятия бытового обслуживания населения 3.3.2 Учреждения коммунального хозяйства, предназначенные для непосредственного обслуживания населения 8 3.3.3 Учреждения гражданских обрядов 3.4 Объекты связи, предназначенные для непосредственного обслуживания населения 3.5 Учреждения транспорта, предназначенные для непосредственного обслуживания населения: 3.5.1 Здания вокзалов всех видов транспорта 3.5.2 Учреждения обслуживания пассажиров, транспортные агентства, тур.агентства 3.6 Сооружения, здания и помещения санитарно-бытового назначения 4 Сооружения, здания и помещения для культурно-досуговой деятельности населения и религиозных обрядов 4.1 Объекты физкультурного, спортивного и физкультурно-досугового назначения: со зрителями без зрителей 4.2 Здания и помещения культурно-просветительного назначения и религиозных организаций: 4.2.1 Библиотеки и читальные залы 4.2.2 Музеи и выставки 4.2.3 Религиозные организации и учреждения для населения 4.3 Зрелищные и досугово-развлекательные учреждения: 4.3.1 Зрелищные учреждения (театры, кинотеатры, концертные залы, цирки и т.п.) 4.3.2 Клубные и досугово-развлекательные учреждения 5 Здания и помещения для временного пребывания 5.1 Гостиницы, мотели, апартамент-отели и т.п. 5.2 Учреждения отдыха и туризма (пансионаты, туристические базы, круглогодичные и летние лагеря, в том числе для детей и молодежи, и т.п.) 5.3 Общежития учебных заведений и спальные корпуса интернатов Б Здания объектов по обслуживанию общества и государства 1* Здания органов управления 1.1* Здания государственных учреждений по обслуживанию общества 1.2* Учреждения управления фирм, организаций, предприятий, а также подразделений фирм, агентства и т.п. 1.3* Архивы и депозитарии 2 Здания 2.1 Кредитно-финансовые и страховые организации, банки 2.2 Суды и прокуратура, нотариально-юридические учреждения 2.3* Правоохранительные организации (налоговые службы, полиция, таможня) 2.4 Учреждения социальной защиты населения (собесы, биржи труда и др.) Окончание табл1.1. 3 Здания организаций, производящих продукцию 3.1 Научно-исследовательские организации (за исключением крупных и специальных сооружений) 3.2 Проектные и конструкторские организации 3.3 Редакционно-издательские и информационные организации (за исключением типографий) Универсальные общественные здания могут быть двух видов: 9 1. Здания многоцелевого назначения, помещения которых за короткий промежуток времени могут быть трансформированы для использования по другому назначению (спорткомплекс "Олимпийский", "Дворец съездов", "Юбилейный" и др.) 2. Здания, в которых можно периодически изменять планировку и размещение оборудования в зависимости от совершенствования функционального процесса (торговые здания, проектные организации). 1.5. Особенности проектирования общественных зданий Цель архитектурного проектирования общественных - это нахождение таких объемно-планировочных и конструктивных решений зданий, которые наилучшим образом отвечали требованиям технической, функциональной, экономической целесообразности и архитектурно-художественной выразительности. Главной особенностью проектирования общественных зданий является многообразие их групп и видов, а следовательно различие функциональных процессов, протекающих в зданиях. Второй особенностью является: скопление большого числа людей в зданиях (школ, театров, спорткомплексов и др.). Следовательно, возникает необходимость правильной организации людских потоков как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. К общественным зданиям предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Это связано со сосредоточением в некоторых из них огнеопасных материалов и оборудования (декорации, лабораторные установки, отделочные материалы) Повышены требования по санитарии и гигиене помещений. Санитарногигиенические требования оказывают влияние на объемно-планировочное решение здания т. к. Предъявляют особые условия к инсоляции, освещению, звуко- и теплоизоляции, температурно-влажностному режиму, вентиляции помещений. Особые требования предъявляются к определенным группам общественных зданий по архитектурно-художественной выразительности. Вопросы для самоконтроля по лекции: 1. Виды гражданских зданий. 2. Назначение и виды жилых зданий. 3. Назначение и виды общественных зданий. 4. Какие требования предъявляются при проектировании гражданских зданий. 5. Какая принята классификация гражданских зданий. 6. Цель архитектурного проектирования общественных зданий. 7. Перечислите основные особенности проектирования общественных зданий. 10 Лекция 2. Общие принципы объемно-планировочных решений гражданских зданий 2.1. Особенности модульной координации, унификации и типизации Унификация в строительстве состоит в приведении к технически целесообразному и экономически обоснованному единообразию типов зданий и сооружений, а также в ограничении разнообразия основных координационных размеров. Например, для одноэтажных большепролетных зданий установлены унифицированные пролеты 6; 12; 18; 24; 30; 36 м и т.д., шаг колонн (в продольном направлении зданий) принимается равным 6 или 12 м. Для многоэтажных каркасных зданий приняты унифицированные сетки колонн 6х6 м; 6x9 м и высоты этажей 2,8; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6 м и так далее. Типизация в строительстве осуществляется с целью использования в массовом строительстве типовых планировочных и конструктивных элементов, являющихся наиболее рациональными на данном этапе развития строительной техники. Число типоразмеров таких элементов должно быть ограничено целесообразным минимумом. Применительно к строительным конструкциям уменьшение числа типоразмеров, с одной стороны, удешевляет заводское изготовление элементов, а с другой - приводит к некоторому перерасходу материалов, так как приходится использовать конструкции с ближайшей, по градации каталога, большей, чем требуется, несущей способностью. Номенклатура типовых строительных конструкций содержится в каталоге унифицированных строительных изделий. В нашей стране большое развитие получило строительство по типовым проектам, предназначенным для многократного применения. При их разработке используются достижения научно-технического прогресса и передового опыта в строительстве. Использование типовых проектов зданий, сооружений и отдельных элементов обеспечивает не только широкое применение в массовом строительстве унифицированных конструктивных схем и типовых элементов, но и значительно сокращает время и затраты на проектирование и повышает его качество. Для всех видов общественных зданий принята следующая модульная сетка разбивочных осей: основная 66 м; дополнительная 36 м. В общественных зданиях, в которых должна быть обеспечена возможность трансформации помещений и изменения расстановки оборудования (музеи, выставочные павильоны, торговые павильоны) применяются более крупные модульные сетки: 69 м, 99 м, 612 м, 1212 м. Для большепролетных зальных помещений пролеты принимаются с градацией в 6 м от 18 до 30 метров при шаге опор в продольном направлении 6 и 12 м. допускается принимать пролет 15 м. Высота этажей в многоэтажных общественных зданиях принимается 3,3; 3,6; 4,2; а для помещений большой площади – 4,8; 5,4; 6,0 (с градацией 0,6 м). 11 В большепролетных зданиях высоты могут приниматься и более значительные с градацией 1,2 м. т.е. 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 11,4; 12,0. В отличие от жилых зданий, в которых пролеты, высоты и модульная сетка разбивочных осей - однотипны; в общественных зданиях могут сочетаться помещения с малыми, средними и большими пролетами и различными высотами. Конструктивное решение таких зданий в значительной мере зависит от группировки помещений. Помещения с однотипными геометрическими параметрами следует группировать вместе. Помещения с большими пролетами или особой пространственной конфигурации следует выделить в отдельной самостоятельной части здания. Решающим моментом в процессе проектирования здания является нахождение для него наиболее рационального, экономичного в функционально-техническом отношении и художественного полноценного объемно-планировочного решения. Типизация зданий, унификация их объемно-планировочных схем и конструктивных элементов – это отправные моменты в композиции современного общественного здания, в удешевлении и ускорении его возведения. В связи с типизацией и унификацией конструктивных и объемнопланировочных элементов наиболее рационально серийное проектирование различных видов общественных зданий. Серийное проектирование дает возможность создать серии различных типов общественных зданий массового строительства на основе наиболее повторного применения для различных типов зданий унифицированных объемно-планировочных и конструктивных элементов. 2.2. Объемно-планировочные решения Расположение помещений заданных размеров и формы в едином комплексе, подчиненное функциональным, техническим, архитектурнохудожественным и экономическим требованиям называется объемнопланировочным решением здания. Весь внутренний объем здания разделяется горизонтальными (междуэтажными перекрытиями) и вертикальными) стенами и перегородками) конструкциями на отдельные помещения. Исходя из функционального процесса протекающего в здании, все помещения в общественных зданиях делятся на рабочие, обслуживающие и вспомогательные. Рабочие помещения предназначены для деятельности людей в соответствии функциональным назначением здания. Обслуживающие – вестибюли, холлы, уборные, буфеты и склады и т.п. Вспомогательные – коммуникационные (коридоры, переходы, лестничные клетки, тамбуры), помещения, предназначенные для размещения инженерного оборудования. В формировании объемно-планировочных решений и в выборе сетки разбивочных осей определяющими являются рабочие помещения. 12 По составу основных помещений общественные здания могут быть подразделены на следующие группы: 1) здания, имеющие значительное число многократно повторяющихся помещений равнозначных по функциональному назначению и имеющие небольшие размеры и площади (школы, больницы, административные учреждения); 2) здания, скомпонованные из одного или нескольких однохарактерных фрагментов с повторяющимися поэтажными планами, причем помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями – лестницами (больницы, детские учреждения). 3) здания, имеющие главное помещение в виде большого зала или нескольких залов и ряд помещений меньших размеров, связанных с главными помещениями (театры, кинотеатры, клубы, крытые спортивные сооружения); 4) здания смешанного типа, в состав которых входит значительное число основных небольших помещений, а также залов (ВУЗы, НИИ, проектные институты); 5) здания, основные помещения которых составляют залы функционально связанные между собой (музеи, выставочные залы, картинные галереи, вокзалы). 6) Здания, имеющие центральное многосветное, распределительное пространство, освещаемое через зенитный световой фонарь. 7) Рассмотрим как осуществляется сообщение между помещениями в зданиях первой группы. Связь между помещениями в пределах одного этажа осуществляется по коридорной схеме, а между помещениями разных этажей – лестницами, лифтами, эскалаторами и пандусами. При коридорной системе помещения строятся по одну или обе стороны коридора (средний). При коридорной системе со средним коридором, важным вопросом является освещение коридоров. Освещение естественное осуществляется через окна в торцах здания. Если коридор освещается с одного торца, его длина не должна превышать 24 м. Если с двух сторон коридор освещается, не более 48 м длина его. Если необходимо увеличить длину здания, то должны предусматриваться световые карманы, расстояние между которыми не должно превышать 24 м. Максимальное расстояние между карманами и окном в торце коридора – 36м. Объемно-планировочные решения с боковыми коридорами менее компактны, имеют значительные поверхности наружных ограждений на 1 м2 рабочей площади. Такие коридоры могут выполнять кроме коммуникационных и другие функции (рекреации, кулуары в клубах, комнаты отдыха в лечебных учреждениях). Рассмотрим вторую группу. Характерной особенностью помещений этой группы является повторение одинаковых фрагментов – секций. Помещения каждой секции по 13 вертикали связаны общими лестницами или лестницами с лифтами. Такая планировочная система называется секционной. III группа. Для группы, в которой основным помещением является зал, характерны центрические объемно-планировочные композиции с выделением главного объема – зала и с группировкой других помещений меньшей площади и высоты вокруг него или возле него (здания кинотеатров, театров, рынков). Такая система называется зальной. IV группа. Значительное влияние на формирование объемно-планировочных решений общественных зданий смешанного типа с большим числом основных помещений небольших размеров и с одним или несколькими залами оказывают конструктивные факторы. Над большепролетными покрытиями не следует располагать вышележащих этажей. Большепролетные залы целесообразно выделять в отдельные объемы с самостоятельными покрытиями. Зальные большепролетные помещения располагаются обычно в первых этажах малоэтажной части. V группа. Для общественных зданий, основными помещениями которых являются залы, функционально-связанные между собой (музеи, выставки, галереи) характерны объемно-планировочные решения с анфиладной системой планировки. Эта система с последовательным расположением залов и непосредственной их взаимосвязью без коммуникационных помещений обеспечивает компактность и экономичность объемно-планировочных решений. По объемно-планировочным решениям общественные здания могут быть ячейковой, зальной или комбинированной системами. Объемно-планировочной структурой здания называется система объединенных главных и вспомогательных помещений избранных размеров и формы в единую целостную композицию. По признакам расположения и взаимосвязи помещений различают несколько объемно-планировочных систем зданий. Атриумная система – с открытым или крытым пространством (атриумом), вокруг которого размещены основные помещения, связанные с ним непосредственно через открытые (галереи) или закрытые (боковые коридоры) коммуникационные помещения (см. рис. 2.1). Помимо традиционного использования в южном жилище она широко применяется в проектировании малоэтажных зданий с крупными залами (крытых рынках, музеях, выставочных комплексов, школ), а также многоэтажных гостиниц и административных помещений. Преимущества этой системы при открытых дворах – тесная связь между необходимыми по технологической схеме открытыми и закрытыми пространствами (в здании рынка – связь между торговыми залами и 14 пространством сезонной торговли, в здании музея – между закрытой и открытой экспозицией). Рис.2.1. Атриумная система планировки 1Атриум; 2Коридор (холл) Преимущества атриумной системы при закрытых дворах – создание круглогодично функционирующих общественных пространств и повышение теплоэкономичности здания в целом. Секционная система предусматривает компоновку здания из одного или нескольких однохарактерных фрагментов (секций) с повторяющимися поэтажными планами (см. рис. 2.2). При этом помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями - лестницей или лестницей и лифтами. Секционная система является основной в проектировании городских квартирных жилых домов средней и большой этажности, а также фрагментарно включается в объемно-планировочную структуру зданий общежитий, больниц, школ и др. Рис. 2.2. Секционная система планировки 1 – блок-секции; 2– вертикальные коммуникации (лестнично-лифтовые узлы) Комбинированная (смешанная) система, сочетающая в себе элементы различных систем, применяется преимущественно в многофункциональных здания (см. рис. 2.3). Так, например, в молодежном клубе зальная система зрелищных и спортивных залов сочетается с коридорной планировкой помещений для клубных кабинетов. 15 Рис. 2.3. Смешанная система планировки 1 – зальная система; 2 – коридорная система Зальная система строится на подчинении относительно небольшого числа подсобных помещений главному зальному, которое определяет функциональное назначение зданий в целом (см. рис. 2.4). Наибольшее распространение зальная система получила в проектировании промышленных и общественных, зрелищных, спортивных, выставочных зданий. Рис. 2.4. Зальная система планировки Система с горизонтальными коммуникациями предусматривает связи между основными помещениями через коммуникационные (коридоры, галереи) благодаря чему основные помещения становятся непроходными(см. рис. 2.5). Основные помещения по отношению к горизонтальной коммуникации могут располагаться с одной или двух сторон. Планировочная компактность и экономичность проектного решения здания в наибольшей степени достигается при схемах с двумя параллельными или кольцевыми коридорами. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями широко применяется в проектировании гражданских зданий самого различного назначения - общежитий, гостиниц, школ, больниц, административных зданий и т.п. 16 Рис. 2.5. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями а – галерейная; б – коридорная 1 – открытая галерея; 2 – закрытый коридор; 3 – рабочие или жилые помещения Если помещения соединяются друг с другом непосредственно через проемы в стенах или перегородках, то такой прием называется анфиладной системой планировки (см. рис. 2.6). Эта система позволяет создать здание очень компактной и экономичной структуры в связи с отсутствием (или минимальным объемом) коммуникационных помещений. Все основные помещения в здании при анфиладной системе являются проходными, поэтому она применима лишь в зданиях преимущественно экспозиционного характера (музеях, картинных галереях, выставочных павильонах), либо частично в отдельных элементах здания, например, между помещениями одной воспитательной группы в детском дошкольном помещении. Рис. 2.6. Анфиладная система планировки Ячейковая система может иметь коридорную (учебные здания, поликлиники, административные), анфиладную (музеи, дворцы) и бескоридорную, в которой компоновка помещений обеспечивает вход в каждое из небольшого зала. Зальную систему применяют в зданиях, где необходимы большие помещения (театры, спортзалы). Комбинированная система основана на сочетании зальной и ячейковой систем (большие залы группируются с мелкими помещениями). 17 Система группировки и размещения помещений на плане, их взаимосвязь и соразмерность, определяются, прежде всего, функциональными процессами протекающими в здании. Для каждого вида общественных зданий характерен свой функциональный процесс. Сопоставление различных функциональных процессов в общественных зданиях показывает, что часть их имеет свой специфический характер, присущий только одному определенному виду деятельности людей (лечебная, учебно-воспитательная, торговая и т.д.). Другая часть является общей для различных видов общественной и трудовой деятельности. К числу общих функциональных процессов и связанных с ними функциональных требований относятся: - движение людских потоков и создание путей движения с требуемыми параметрами; - зрительное восприятие и видимость; - акустика помещений; - создание благоприятной воздушной среды, светового и инсоляционного режимов; - обеспечение безопасности пребывания людей в случае пожаров В каждом здании различают главные и подсобные функции. Для правильной группировки помещений и их взаимосвязи, целесообразной организации функциональных процессов разрабатываются специальные функциональные схемы, которые являются основой поиска композиционной схемы здания. В функциональных схемах в виде прямоугольника изображается элемент функционального процесса, а стрелками обозначается взаимосвязь между процессами. Функциональный график – составная часть задания на проектирование. Вопросы для самоконтроля по лекции: 1.На какие группы подразделяются помещения по составу. 2.Какую систему называют объемно-планировочной. 3.Перечислите основные объемно-планировочные системы. 4.Какой процесс лежит в основе группировки и размещения помещений. 5.Основные факторы, определяющие объемно-планировочное решение здания. 18 Лекция 3. Пожарная безопасность при проектировании гражданских зданий Нормы проектирования [13] устанавливают общие требования противопожарной защиты помещений зданий в процессе их создания, эксплуатации. В зданиях должны быть предусмотрены конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие в случае пожара: возможность эвакуации людей до наступления угрозы их жизни и здоровья; возможность спасения людей; возможность доступа личного состава пожарных подразделений и подачи средств пожаротушения к очагу пожара; нераспространение пожара на рядом расположенные здания. Согласно нормативных требований приводится пожарно-техническая классификация зданий, их элементов и частей, помещений, строительных конструкций и материалов. Здания подразделяются по степени огнестойкости в зависимости от предела огнестойкости строительных конструкций: I степени - Rпредел огнестойкости несущих конструкций = 120 минут; II степени - Rпредел огнестойкости несущих конструкций = 45 минут; III степени - Rпредел огнестойкости несущих конструкций = 45 минут; IV степени - Rпредел огнестойкости несущих конструкций = 15 минут. R – характеризует потерю несущей способности несущих конструкций Здания по функциональной пожарной опасности подразделяются на классы в зависимости от способа их использования и меры безопасности людей в них в случае возникновения пожара: Ф1 – для постоянного проживания и временного пребывания людей; Ф1,1 – детские дошкольные учреждения; Ф1,2 – больницы, гостиницы, дома отдыха. Ф-2 – зрелищные, культурно-просветительные Ф2,1 театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, библиотеки; Ф2,2 – музеи, выставки, танцзалы. Ф 3 – зрелищные, культурно-просветительные Ф3,1 – предприятия торговли; Ф3,2 – предприятия общественного питания; Ф3,3 – вокзалы; Ф3,4 – поликлиники; Ф3,5помещения для посетителей, предприятия бытового и коммунального обслуживания; Ф3,4 – физкультурно-оздоровительные комплексы. Ф. 4 – учебные заведения, научные проектные организации Ф4,1 – школы, ПТУ, техникумы; Ф4,2 – ВУЗы; Ф4,3 – учреждения органов управления, банки, офисы. 19 В соответствии с противопожарными нормами эвакуационные пути должны обеспечить безопасную эвакуацию всех людей находящихся в помещении здания через выходы до наступления критического момента. Выходы являются эвакуационными, если они ведут: а) из помещения первого этажа наружу: - непосредственно; - через коридоры; - через вестибюль; - через лестничную клетку; - через коридор и вестибюль; через коридор и лестничную клетку; б) из помещения любого этажа: - непосредственно на лестничную клетку; - в коридор, ведущий на лестничную клетку; - в холл, ведущий на лестничную клетку. Не менее двух эвакуационных выходов должны иметь здания класса: - Ф1.1, Ф3.3, Ф4.1, Ф4.2; - Ф1.2, Ф3; Ф4.3 при высоте этажа выше 9 м и численности людей на этаже более 20. При наличии двух выходов и более они должны быть расположены рассредоточено. Высота выходов не менее 1,9 м, ширина не менее: - 1,2 из помещений класса Ф1.1 при числе эвакуирующихся > 15 чел. – 1,2 из помещений других классов функциональной пожарной опасности – более 50 чел – 0,8 – во всех остальных случаях. Ширина наружных дверей должна быть не менее расчетной ширины лестничного марша. Двери по пути эвакуации должны открывать по направлению выхода из здания. Не нормируется направление открывания дверей для кладовых, сан. Узлов, помещений с одновременным пребыванием не более 15 чел. Пути эвакуации должны быть освещены. Общие коридоры длиной более 60 метров следует разделять противопожарными перегородками. Высота горизонтальных участков пути эвакуации в свету д.б. не менее 2 м, ширина – не менее: 1,2 м – для общих коридоров из помещений, где находится более 50 человек; 0,7 – для проходов к одиночным рабочим местам; 1,0 – во всех остальных случаях. Требования по проектированию лестниц. Лестницы по своему назначению делятся на главные и второстепенные. Главные лестницы связывают вестибюль с группой основных помещений. Второстепенные (служебные) размещаются в соответствии с нормативными требованиями. 20 Главные лестницы могут быть одно- двух- трех маршевыми, прямого и криволинейного очертания. Такие лестницы допускается делать открытыми до второго этажа. Служебные лестницы имеют наиболее простую, чаще всего двух маршевую конструкцию и размещаются в замкнутых несгораемых лестничных клетках, имеющих выход наружу. Все лестницы должны быть связаны с горизонтальными коммуникациями. Уклон лестничных маршей должен быть не больше 1:2 для основных лестниц и не больше 1:1,5 для лестниц, ведущих в подсобные помещения. Ширина лестничного марша должна быть не менее ширины выхода на лестницу и не менее: а) 1,35 м для зданий класса Ф1,1; б) 1,2 – (или при пребывании на одном этаже не более 200 чел); в) 0,9 – для всех остальных случаев. Ступени должны быть шириной не менее 25 см, высотой - не более 22 см. Ширина лестничных площадок должна быть не более ширины марша. Наружные пожарные лестницы размещаются не дальше 150 м одна от другой. В зданиях свыше 9 этажей лестничные клетки должны быть незадымляемые. Выход на эти клетки должен осуществляться через балконы и лоджии длиной не менее 2,5 м. В некоторых крупных зданиях основные лестничные клетки могут быть заменены пандусами, уклон которых не более 1: 6 (снаружи 1:8). Пандусы принимают очень редко, т.к. занимают большую площадь. В случае пожара эвакуация людей должна быть обеспечена через эвакуационные выходы (не менее двух из каждого здания). Выход на лестничную клетку от наиболее удаленных помещений до дверей ведущих наружу, в общественных зданиях принимают по таблице 3.1. Таблица 3.1 Расстояния (м) от дверей наиболее удаленных помещений до выхода наружу или лестничную клетку Степень расположенных между лестничными огнестойкости клетками или наружными выходами зданий детских больниц прочих яслей-садов общественных зданий I II III IV 20 20 15 12 30 30 25 20 40 40 30 25 в тупиковой части коридора детских яслейсадов 20 20 15 12 прочих общественных зданий 25 25 15 12 Требования настоящего раздела направлены на: - своевременную и беспрепятственную эвакуацию людей; - спасение людей, которые могут подвергнуться воздействию опасных факторов пожара; 21 - защиту людей на путях эвакуации от воздействия опасных факторов пожара. Эвакуация представляет собой процесс организованного самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара. Эвакуацией также следует считать несамостоятельное перемещение людей, относящихся к маломобильным группам населения, осуществляемое обслуживающим персоналом. Эвакуация осуществляется по путям эвакуации через эвакуационные выходы. Спасение представляет собой вынужденное перемещение людей наружу при воздействии на них опасных факторов пожара или при возникновении непосредственной угрозы этого воздействия. Спасение осуществляется самостоятельно, с помощью пожарных подразделений или специально обученного персонала, в том числе с использованием спасательных средств, через эвакуационные и аварийные выходы. Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно-планировочных, эргономических, конструктивных, инженерно-технических и организационных мероприятий. Эвакуационные пути в пределах помещения должны обеспечивать безопасную эвакуацию людей через эвакуационные выходы из данного помещения без учета применяемых в нем средств пожаротушения и противодымной защиты. За пределами помещений защиту путей эвакуации следует предусматривать из условия обеспечения безопасной эвакуации людей с учетом функциональной пожарной опасности помещений, выходящих на эвакуационный путь, численности эвакуируемых, степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности здания, количества эвакуационных выходов с этажа и из здания в целом. Вопросы для самоконтроля по лекции: 1.Степень огнестойкости зданий. 2.Как подразделяются здания по пожарной опасности. 3.Требования, предъявляемые к путям эвакуации из зданий. 4.Требования, предъявляемые к конструкциям лестниц. 5.Как определить минимальное количество выходов из здания. 22 Лекция 4. Конструктивные системы гражданских зданий 4.1. Основные виды конструктивных систем зданий Конструктивной системой называют взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые, воспринимая все приходящиеся на него нагрузки и воздействия, совместно обеспечивают прочность, пространственную жесткость и устойчивость сооружения. Конструктивные системы зданий разнообразны. Основным признаком их классификации служит вид вертикальных несущих конструкций, среди которых различают следующие: стержневые (стойки каркаса), плоскостные (стены, диафрагмы), объемно-пространственные элементы высотой в этаж (объемные блоки), внутренние объемно-пространственные полые стержни (открытого или закрытого сечения) на высоту здания – стволы (ядра жесткости), объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения. Соответственно примененному виду вертикальной несущей конструкции получили наименование пять основных конструктивных систем зданий (ОКС): каркасная, стеновая (бескаркасная) объемно-блочная, ствольная и оболочковая (рис.4.1.). Стеновая Ствольная Объемно-блочная Оболочковая Каркасная Несущая наружная ограждающая конструкция Нененсущая наружная ограждающая конструкция Внутренняя несущая конструкция Несущий объемный блок Рис.4.1. Основные конструктивные системы гражданских зданий Наряду с основными широко используют комбинированные системы ККС. В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуют, сочетая различные виды несущих элементов – стены и колонны, стены и объемные блоки и т.п. 23 Комбинированными являются системы, основанные на комбинации двух видов вертикальных несущих конструкций (рис.4.2): с неполным каркасом (колонны и стены) каркасно-связевые с вертикальными связями в виде стен жесткости (каркасно-диафрагмовая), каркасно-ствольные, каркасно-объемноблочные, объемно-ствольно-стеновые, ствольно-стеновые, каркаснооболочковые. Ствольно-оболочковая Каркасно-оболочковая Оболочково-диафрагмовая Каркасно-объемно-блочная Каркасно-ствольная Каркасно-диафрагмовая Ствольно-стеновая Объемно-блочно-стеновая Ствольно-объемно-блочная Несущая наружная ограждающая конструкция Нененсущая наружная ограждающая конструкция Внутренняя несущая конструкция Ненесущий объемный блок Несущий объемный блок Рис.4.2. Комбинированные конструктивные системы гражданских зданий Выбор конструктивной системы при проектировании осуществляют, исходя из объемно-планировочных, архитектурно-композиционных и экономических требований. - Бескаркасная система служит основой для проектирования конструкций жилых домов различной этажности (до 30 этажей) и назначения (дома, общежития, гостиницы, пансионаты, административные здания). Выбор этой системы (рис.4.3) связан с относительной стабильностью объемно-планировочных решений жилых зданий и ее техникоэкономическими преимуществами. Благодаря ее экономичности расширилась область применения бескаркасной системы: помимо жилищ ее стали широко применять при проектировании массовых типов общественных зданий (детских дошкольных учреждений, школ, поликлиник, больниц, 24 административных зданий). В бескаркасных зданиях различают три вида принципиальных схем расположения конструкций: с продольными несущими стенами, поперечными несущими стенами и смешанная схема. Рис 4.3. Варианты бескаркасной конструктивной системы: а) перекрестно-стеновой с малым шагом;б) поперечно-стеновой со смешанным шагом; в) поперечно-стеновой со большим шагом стен; г) продольно-стеновой (трехстенка); д) продольно-стеновой (двухстенка); е) поперечно-стеновой с увеличенным шагом стен. - Каркасная и каркасно-диафрагмовая системы являются основой проектирования конструкций массовых и уникальных общественных зданий различного назначения и этажности (от 1 до 25 этажей). Предпочтение, оказываемое каркасным системам, связано с функциональными требованиями к гибкости объемно-планировочных решений общественных зданий и необходимости их неоднократных перепланировок в процессе эксплуатации. В свете этих требований компоновочные преимущества каркасных систем перед бескаркасными безусловны. Основной компоновочный недостаток каркасной системы – наличие ригелей в интерьере. Каркасы, применяемые в гражданском строительстве, можно классифицировать по характеру статической работы: - рамные– с жестким соединением несущих элементов (колонны, ригели) в узлах в ортогональных направлениях плана здания (рис.4.4.а). Каркас воспринимает все вертикальные и все горизонтальные нагрузки. Каркас, состоящий из поперечных и продольных рам (рамный каркас), обладает пространственной жесткостью: его деформации под влиянием силовых воздействий минимальны и не нарушают эксплуатационных качеств здания. Рамные каркасные системы рекомендуется применять для малоэтажных зданий. 25 - рамно-связевые – с жестким соединением в узлах колонн и ригелей в одном направлении плана здания (создание рамных конструкций) и вертикальными связями, расставленными в перпендикулярном направлении рамам каркаса (рис.4.4.б). Связями служат стержневые элементы (крестовые, портальные) или стеновые диафрагмы, соединяющие соседние ряды колонн. Вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются рамами каркаса и вертикальными пилонами жестких связей. Рамно-связевые каркасные системы рекомендуется применять, если необходимо сократить количество диафрагм жесткости, требуемых для восприятия горизонтальных нагрузок. - связевые – отличаются простотой конструктивного решения соединений колонн с ригелями, дающее подвижное (шарнирное) закрепление (рис.4.4.в). Каркас (колонны, ригели) воспринимает только вертикальные нагрузки. Горизонтальные усилия передают на связи жесткости – ядра жесткости, вертикальные пилоны, стержневые элементы. Каркас с шарнирными сопряжениями пространственной жесткостью не обладает. Для ее обеспечения вводятся специальные конструкции вертикальных связей. В качестве связей могут быть использованы отдельные стены (диафрагмы жесткости), рамы, раскосы и др. В рамных и связевых каркасах горизонтальными диафрагмами жесткости служат конструкции перекрытий. а) б) в) Рис.4.4. Конструктивные схемы каркасных зданий: а) рамная; б) рамно-связевая; в) связевая. 1- ригели; 2- вертикальные связи жесткости; 3- жесткий диск перекрытия. - Объемно-блочные системы (рис.4.5.) применяются в проектировании жилых зданий различных типов высотой до 20 этажей. Их главное экономическое преимущество заключается в сокращении суммарных затрат труда. 26 Рис. 4.5. Конструктивные схемы домов из объемных блоков: а – блочные дома из блоков на одну комнату; б – панельно-блочные с рядовым расположением блоков; в – каркасно-блочные дома По конструкции и внешнему виду монолитные объемные блоки можно разделить на следующие группы: Типа «колпак», имеющий монолитно связанные четыре стены с потолком, не без пола (рис. 4.6в); Типа «стакан» с монолитно связанными четырьмя стенами и полом, но без потолка (рис.4.6г); Типа «лежачий стакан» без наружной стены, имеющий три внутренние стены, монолитно связанные с полом и потолком (рис. 4.6д). 27 Рис. 4.6. Типы объемных блоков по способу изготовления а) сборный объемный блок из готовых несущих панелей; б) объемный блок по рамной схеме с самонесущими панелями; в) объемный блок типа «колпак»; г) объемный блок типа «стакан»; д) объемный блок типа «лежачий стакан»; - Ствольные системы обеспечивают свободу планировочных решений, поскольку пространство между стволом и наружными ограждающими конструкциями может быть свободно от промежуточных опор. Это позволяет использовать ее в проектировании многоэтажных (более 20 этажей) жилых и общественных зданий. Применяют ее преимущественно для зданий башенного типа с компактной (квадратной, прямоугольной, круглой) формой плана. 28 Рис.4.7. Конструктивные схемы ствольной системы зданий. - Оболочковая система целесообразна для уникальных высотных зданий, поскольку существенно увеличивает жесткость сооружения. Оболочковая конструкция может совмещать несущие и ограждающие функции либо дополняться наружными ограждающими конструкциями. В первом случае она представляет собой монолитную легкобетонную замкнутую оболочку либо решетку с регулярно расположенными светопроемами, во втором случае – раскосную или безраскосную стальную многоярусную пространственную ферму. Понятие конструктивная система является обобщенной характеристикой конструкций здания, не связанной с особенностями материала, из которого оно возводится, и способа возведения. Например, на основе бескаркасной конструктивной системы может быть запроектировано здание со стенами деревянными, кирпичными, бетонными (крупноблочными, панельными, монолитными). Каркасная система может быть реализована в деревянных, стальных или железобетонных конструкциях. Строительной системой называют комплексную характеристику конструктивного решения здания по материалу и технологии возведения его вертикальных несущих и ограждающих конструкций в сочетании с избранной конструктивной системой. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Вопросы для самоконтроля по лекции: Что такое конструктивная система здания Виды основных конструктивных систем На какие конструктивные схемы подразделяются бескаркасные системы зданий. На какие конструктивные схемы подразделяются каркасные здания. Конструктивные схемы домов из объемных блоков. Типы объемных блоков. Конструктивные схемы ствольной системы. Где применяется оболочковая система. Виды комбинированных конструктивных систем гражданских зданий. 29 Лекция 5. Каркасно-панельные конструкции гражданских зданий по серии 1.020-1 5.1. Общие данные по применению серии В общесоюзный каталог включена серия сборных железобетонных изделий 1.020-1, предназначенная к применению в общественных и производственных каркасно-панельных зданиях. Эта серия сложилась как результат объединения, унификации и усовершенствования изделий известных серий ИИ-04 каркасно-панельных конструкций для общественных зданий и серии ИИ-20 для производственных и вспомогательных многоэтажных зданий промышленных предприятий. Основой конструктивного решения серии является сборный железобетонный каркас, запроектированный по связевой схеме, в которой роль горизонтальных диафрагм жесткости выполняют диски сборных железобетонных перекрытий, а вертикальных – поперечные и продольные пилоны – диафрагмы жесткости. Стык ригеля с колонной – шарнирный со скрытой консолью и приваркой низа ригеля к консоли колонны. Серия предназначена к применению в обычных условиях строительства, при снеговых нагрузках I-IV районов. Габаритные схемы зданий в серии 1.020-1 разработаны на основе следующих условий: - оси колонн, ригелей и панелей внутренних стен – диафрагм жесткости совмещены с модульными осями здания; - шаг колонн в плоскости рам каркаса 3; 6; 7,2 и 9; - шаг колонн в плоскости настилов перекрытий 3; 6; 7,2; 9 и 12 м; - высота этажей в соответствии с назначением здания и укрупненным модулем 3М составляет 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6 и 7,2 м Исключением из ряда модульных величин является введенная в серию высота этажа 2,8 м; изделия для этой высоты применяют в специализированных типах жилых зданий – пансионатах, гостиницах, домах отдыха и пр. В серии предусмотрены возможности возведения зданий с полами по грунту, техническим подпольем высотой 2 м или с подвалом высотой 2,8; 3,2 или 4,2; для зданий с высотой 2,8 м – устройства повышенного первого этажа (3,3 и 4,2 м). 5.2.Конструктивные элементы серии 1.020-1/83 5.2.1. Фундаменты Фундаменты запроектированы стаканного типа для колонн сечением 300300мм и 400400 мм. Стенки стаканов рассчитаны на усилия от заделанных концов колонн. Подбор фундаментов осуществляется по несущей способности и кроме этого необходимо провести расчет основания в 30 соответствии с нормативными требованиями по проектированию оснований и фундаментов зданий. Глубина заделки колонны в стакан фундамента принимается в зависимости от сечения колонны. Для колонн сечением 300300 мм глубина заделки составит 450 мм, для колонн сечением 400400 мм – 600мм. Глубина стакана фундамента назначается на 50 мм больше, чем заделка колонны. Отметка уровня обреза фундамента зависит от высоты ригеля. Рис. 5.1. Эскизы конструкций фундаментов 5.2.2.Колонны Колонны серии 1.020-1/83 разработаны двух типов по размерам поперечного сечения - 300300 мм для зданий малой этажности (до пяти этажей высотой) и 400400 мм для зданий повышенной этажности. Колонны сечением 300300 мм Номенклатура колонн сечением 300300 мм включает в себя группы изделий: 1. бесстыковые колонны на всю высоту здания; 2. колонны, стыкуемые между собой по высоте здания Бесстыковые колонны предусмотрены для зданий с высотами этажей 2,8; 3,3; 3,6 и 4,2. Для высоты этажа 2,8 м предусмотрены двух, трех, четырех этажные колонны. В номенклатуру включены колонны для зданий с полами по грунту и техподпольем. Для высоты этажа 3,3м приняты одно, двух, трех, четырех этажные колонны с полами по грунту и теподпольем. Помимо колонн с постоянными высотами этажей 3,3м в номенклатуру включена четырех этажная колонна с верхним(техническим) этажом 2,8 м, а также четырехэтажная колонна с первым этажом 4,2 и подвалом 3,0. Для высоты этажа 3,6м - одно, двух, трехэтажные колонны по грунту. Для высоты этажа 4,2 - одно и двухэтажные колонны с полами по грунту, а также двухэтажная колонна с техподпольем. Ко второй группе колонн относятся колонны одноэтажной разрезки для зданий с высотами этажа 2,8 и 3,3м. Одноэтажные колонны предусмотрены для установки в верхних этажах зданий. Для сопряжения с верхними колоннами одноэтажной разрезки предусмотрены специальные четырехэтажные нижние колонны. 31 В зависимости от местоположения колонны в каркасе здания применяются колонны двухконсольные, одноконсольные и бесконсольные. Двухконсольные колонны устанавливаются по средним осям здания. Одноконсольные колонны могут устанавливаться по среднем осям, при одностороннем примыкании к ним диафрагм жесткости установленных в плоскости ригелей, в лестничных клетках, а также по крайним осям здания. Бесконсольные колонны устанавливаются по средним осям здания при двустороннем примыкании к ним диафрагм жесткости, расположенных в плоскости ригелей. Колонны сечением 400400 мм В составе номенклатуры колонн сечением 400400 мм можно выделить три группы изделий: 1. бесстыковые колонны на всю высоту здания; 2. стыковые колонны многоэтажной разрезки; 3. колонны одноэтажной разрезки. Бесстыковые колонны предусмотрены для одно и двухэтажных зданий с высотой этажа 3,6; для двухэтажных зданий с первым этажом 4,8 м и вторым - 3,6 м и для двух и трехэтажных зданий с высотой 4,2 м. В составе стыковых колонн многоэтажной разрезки различаются нижние, средние и верхние колонны. Номенклатурой предусмотрены колонны для зданий с высотами этажей: 2,8; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0. К третьей группе колонн относятся колонны одноэтажной разрезки с высотой этажа 2,8; 3,3; 3,6; 4,2м. Номенклатура включает в себя нижние, средние и верхние одноэтажные колонны. В соответствии с местоположением колонн в каркасе здания (при примыкании диафрагм жесткости, лестничных клеток и т.д.) применяются колонны двухконсольные, одноконсольные и бесконсольные. Применение колонн в зданиях с различной этажностью в зависимости от несущей способности консолей осуществляется в соответствии с монтажной схемой здания. 32 Рис. 5.2. Эскизы конструкций колонн 5.2.3. Ригели Ригель- разновидность балочной конструкции. Опирается ригель на консоль колонны. Номенклатура ригелей в серии содержит две группы ригелей: высотой сечения 450 мм и высотой сечения 600 мм. Ригели с высотой сечения 450 мм разработаны для пролетов 3,0; 6,0; 7,2 для применения с колоннами сечением 300300 и 400400 мм. Ригели с высотой сечения 600 мм разработаны для пролета 9,0 м для применения с колоннами сечением 400400 мм. В номенклатуру ригелей высотой 600 мм включены также в качестве доборных ригели для пролетов 6,0 и 3,0 м. Номенклатура ригелей включает в себя следующие типы изделий: - ригели для двустороннего опирания плит (РДП); - ригели для одностороннего опирания плит, устанавливаемые по торцевым осям и у деформационных швов (РОП); - ригели для одностороннего опирания лестничных маршей (РЛП); - бесполочные ригели с высотой сечения 300пролетом 6,0 и 3,0 м, устанавливаемые в лестничных клетках вдоль наружных стен, предназначенные для работы в качестве элементов диска перекрытия в местах его разрыва лестничными клетками. Ригели перекрытий содержат закладные изделия для соединения с колоннами и межколонными плитами перекрытий. 33 Рис. 5.3 Эскизы конструкций ригелей 5.2.4.Диафрагмы жесткости При обеспечении пространственной устойчивости зданий с помощью диафрагм жесткости последние следует расставлять в обоих направлениях. Диафрагмы жесткости устанавливаются в пролете между колоннами и соединяются между собой и колоннами путем сварки закладных деталей, расположенных по вертикальным граням. Число диафрагм, устанавливаемых в одном блоке, должно быть не менее трех, при этом геометрические оси не должны пересекаться в одной точке. Диафрагмы жесткости представляют собой железобетонные стенки, которые выполняют на всю высоту здания толщиной 140 мм, нижние устанавливают на ленточный фундамент, конструкция которого должна 34 H H1 H обеспечить совместную работу этого фундамента с фундаментами диафрагменных колонн. Стенки имеют в верхней части одно-двух консольные полки, что позволяет повысить их устойчивость и использовать полки для опирания перекрытий. При шаге колонн до 6 м ширина панели диафрагмы соответствует расстоянию между колоннами в свету, при шаге колонн 7,2 и 9 м их проектируют составными из двух-трех изделий с координационными размерами по ширине 1,2; 3 и 5,6 м. Панели проектируют глухими или с одним дверным проемом (1,32,1 или 12,5). Элементы диафрагм жесткости между собой и с колоннами по вертикальным стыкам. Для зданий с колоннами сечением 300300 и 400400 мм независимо от высоты ригелей принята единая номенклатура диафрагм жесткости. Диафрагмы запроектированы поэтажной разрезки с контактным горизонтальным стыком. Номенклатура диафрагм жесткости включает в себя двухполочные диафрагмы, предназначенные для опирания на них плит перекрытия с 2-х сторон и однополочные, предназначенные для опирания на них плит перекрытий с одной стороны, а также для установки в направлении, перпендикулярном направлению ригелей. Диафрагмы запроектированы сплошные и с проемами. B L L A B L H1 H A H L Рис.5.4. Эскизы конструкций диафрагм жесткости 5.2.5.Лестничные марши Лестничные марши, площадки, проступи решены по серии 1.050.1 Лестничные клетки, вне зависимости от габаритных схем зданий размещаются в модуле 36; 66 м. 35 Сопряжение между площадками и маршами жесткое, лестничные марши могут быть с одной или двумя жесткими полуплощадками. Длина таких лестничных маршей – 5,7 м, при опирании марша на лестничных ригель; 6,0 м, при опирании марша на кирпичную стену. Ширина лестничных маршей – 1,15 м. Рис.5.5. Разрез по лестничному маршу. 5.2.6.Стеновые панели Толщина панелей определяется в зависимости от температурного и влажностного режима помещений и условий строительства. Огнестойкость навесных стен 0,5 часа, огнестойкость самонесущих стен 1,25 часа. Конструкция панельных стен. Номенклатура стеновых панелей состоит из рядовых панелей, рядовых панелей внутренних углов, простеночных панелей, угловых панелей для наружных углов, простеночных панелей для внутренних углов, карнизных панелей и цокольных панелей типа ПСЦ и БЦ. Материал панелей – легкие и ячеистые бетоны. Легкие бетоны на пористых заполнителях плотного строения и поризованные, при плотности в сухом состоянии = 900-1200 кг/м3. Ячеистые бетоны автоклавного твердения при плотности в сухом состоянии: = 700-800 кг/м3. Толщина панелей из легких бетонов – 250; 300; 350 и 400 мм, толщина ячеистых панелей – 250 и 300 мм. Панели разработаны длиной 3,0; 6,0; 7,2 и 9,0 м, при этом панели длиной 7,2 и 9,0 м изготовляются только легкобетонными. Низ панелей, устанавливаемых в уровне перекрытия, располагается на 600 мм ниже уровня пола при ригелях высотой 450 мм и на 900 мм – при ригелях высотой 600 мм, при этом следует иметь в виду, что установка в уровне перекрытия высотой 585 и 885 мм не предусмотрена. Применение этих панелей 36 предусматривается только в случае опирания их на цокольные панели, или в качестве подкарнизных. Парапет решается с применением панелей высотой 1485 и 1785 соответственно в зданиях высотой ригеля 450 и 600 мм. Предусмотрено два варианта стен: с самонесущими и навесными стенами. Предпочтение следует отдавать варианту с самонесущими стенами, как наиболее экономичному. Самонесущие панели наружных стен устанавливаются на цокольные панели и крепятся поверху к каркасу здания монтажными соединительными элементами, для чего в панелях предусмотрены закладные детали. Простеночные панели, устанавливаемые у колонн каркаса, крепятся аналогично. Все простеночные панели по низу и по верху крепятся к рядовым панелям. Навесные панели устанавливаются на опорные металлические столики, привариваемые к закладным деталям колонн. Простеночные панели навесных стен крепятся к выше и нижерасположенным рядовым панелям Компоновочные схемы стеновых панелей на фасадах зданий предусматривают габариты деревянных оконных переплетов в соответствии с ГОСТ 11214-78 Окна и балконные двери деревянные с двойным остеклением для жилых и общественных зданий, ГОСТ 16289-80 Окна и балконные двери деревянные с тройным остеклением для жилых и общественных зданий. Деревянные оконные переплеты крепятся к панелям гвоздями через деревянные пробки в легкобетонных панелях или непосредственно в бетон при панелях из ячеистого бетона. Панели нулевого цикла позволяют решать здания с полами по грунту, техническим подпольем высотой 2,0 м и подвалом высотой 3,0 м. Панели нулевого цикла разработаны длиной 3,0, 3,6 и 6,0 м. Они устанавливаются на обрезы фундаментов колонн. В пролете может устанавливаться 2 или несколько цокольных панелей при условии опирания их на дополнительные промежуточные фундаменты. Маркировка панелей. Маркировка панелей выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 23009-78 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные. Условное обозначение марок» и состоит из буквенно-цифровых индексов. Марка содержит обозначение типа панели, опредщее ее конфигурацию и габаритные размеры в дм. Габаритные размеры угловых панелей для наружных углов и простеночных панелей для внутренних углов зданий указаны в см. 37 Рис.5.6. Эскизы конструкций стеновых панелей 38 5.2.7.Плиты перекрытия Перекрытия в серии 1.020 – 1 решены с применением трех типов изделий 1) многопустотных плит перекрытия по серии 1.041.1-2, высотой 220мм; 2) ребристых плит перекрытия по серии 1.042-1, высотой 300 мм; 3)плит типа «Т» и «ТТ» по серии 1.042.1-2, высотой 600 мм. Плиты перекрытия с круглыми пустотами и ребристые применяют для перекрытия пролетов до 9 м, плиты перекрытия типа «Т» и «ТТ» – для пролетов 9, 12 и 18 м. Элементы перекрытий разделяют на рядовые, связевые, пристеночные. Основные координационные размеры элементов перекрытий по ширине: рядовые –1200 и 1500 мм; связевые – 1500 мм; пристеночные – 950 и 1200 мм. плиты пустотные b b b 1-1 b b 3-3 39 b b b 2-2 плиты ребристые 1-1 b b 2-2 L L 3-3 b b 4-4 L L п л и ты с е ч е н и е м Т -2 Т B B L L B L Рис.5.7. Эскизы конструкций плит перекрытий. 5.2.8.Деформационные швы Деформационные швы каркасных зданий решены с применением парных колонн, величину зазора между которыми назначают в зависимости от принятых толщин наружных стен и сечения колонн. Зазор в перекрытии в зоне деформационных швов замоноличивают по месту с устройством шва скольжения ( по прокладке из двух слоев рубероида ) между монолитным участком перекрытия и одной из его опор. Максимальная длина (или ширина) температурного отсека каркасно-панельного здания 60 м. 40 Рис.5.8. Компоновочная схема многоэтажного общественного здания возведенного из конструкций серии 1.020 -1/ 83 41 Приложение №1 Узлы сопряжения конструктивных элементов каркасного здания по сер. 1.020-1 1 1 2 2 10 10 10 1-1 Рис.5.9. Установка цокольных балок 42 Продолжение приложения№1 1 20 20 а) 1 1 20 б) 1 1 в) 1 Рис.5.10. Варианты крепления однослойных самонесущих стеновых панелей: а) рядовых панелей между собой и колонной; б) простеночной панели к колонне; в)рядовой с простеночной панелью и колонной 43 а) б) Продолжение приложения №1 в) Рис.5.11. Заделка швов стеновых панелей: а) вертикального; б) горизонтального; в) горизонтального в навесной панели. а) б) Рис.5.12 Заделка внутренних швов между конструкциями: а)ригелем и стеновой панелью; б) плитой и стеновой панелью. 44 Продолжение приложения №1 а) Колонна Панель стеновая рядовая (простеночная) 10 Прокладка уплотняющая 10 Мастика герметизирующая 20 Цементный раствор М 100 Панель стеновая наружнего угла Панель стеновая рядовая (простеночная) Прокладка уплотняющая 10 10 Мастика герметизирующая б) Колонна Прокладка уплотняющая Мастика герметизирующая 20 Кирпичная кладка Цементный раствор М 100 20 в) Колонна 20 Панель стеновая внутреннего угла Пакля, смоченная в цементном молоке Кирпичная стена по проекту 20 Мастика герметизирующая Панель стеновая Прокладка уплотняющая 10 10 20 10 10 Цементный раствор М 100 Стеновая панель наружнего угла Рис.5.13. Герметизация и заделка швов стеновых панелей: а) с наружным углом; б) с внутренним углом; в) в температурном шве. 45 Продолжение приложения №1 1 1-1 20 20 А 1 20 20 25 А 50 50 10 10 Рис. 5.14. Крепление рядовых парапетных стеновых панелей 46 Продолжение приложения №1 20 50 10 10 1 1 Рис.5.15. Крепление угловой парапетной стеновой панели 1-1 25 1 1 Рис .5.16 Крепление фахверковой стойки к колонне 47 Продолжение приложения №1 а) 1 1 2-2 А Соединительная пластина Н1 Закладная деталь колонны Панель подкарнизная Закладные детали карнизной плиты Соединительные пластины Закладные детали колонны Н1 Соединительный элемент Рис.5.17. Крепление карнизных плит. 2-2 2 2 Рис.5.18. Крепление карнизных плит внутреннего угла. 48 Продолжение приложения №1 Рис.5.19. Крепление карнизных плит наружного угла. 49 Продолжение приложения №1 1 3-3 20 б) 1 Рис.5.20. Крепление угловой стеновой панели. Рис.5.21. Крепление стеновой панели внутреннего угла. Рис.5. 22. Крепление навесных стеновых панелей. 50 Продолжение приложения №1 б) Рис.5.23. Крепление трехслойных стеновых панелей: а) простеночной к рядовой; б) угловой к колонне. 51 Продолжение приложения №1 Рис.5.24. Разрез по лестничной клетке каркасного здания с выходом на кровлю. 52 Лекция 6. Крупнопанельные гражданские здания 6.1. Общие сведения по проектированию крупнопанельных зданий. По крупнопанельной бескаркасной схеме проектируются учебновоспитательные, лечебно-профилактические, культурно-бытовые здания, имеющие единую высоту этажа (3,3 м) и одинаковые конструктивнопланировочные пролеты: 3 и 6 м – для основных помещений, 9 и 12 м – для зальных помещений. Крайние панели не обладают самостоятельной устойчивостью, и поэтому во время монтажа их временно раскрепляют специальными приспособлениями, а затем окончательно крепят к поперечным стенам и перекрытиям стальными соединительными креплениями. Прочность несущих панелей стен обеспечивают выбором размером сечений, классом бетона панелей по прочности на сжатие, конструкций стыка и марок цементно-песчаного раствора в стыках в соответствии с расчетными усилиями, принятыми конструктивной системой и связями между панелями. В бескаркасных зданиях все нагрузки, действующие на здание, воспринимают панели наружных и внутренних стен. Пространственная жесткость и устойчивость этих зданий обеспечивается взаимодействием панелей наружных и внутренних стен с панелями перекрытий. Исходя из необходимости совместной статической работы сборных элементов конструируют стыки и связи между ними. Все сборные элементы панельных зданий объединяют между собой стальными связями: панели наружных стен должны иметь связи с внутренними конструкциями и между собой не менее чем в двух уровнях по высоте этажа, панели перекрытий должны иметь связи между собой и со стенами. Наружные стены подвергаются вертикальным и горизонтальным нагрузкам и воздействиям неравномерных деформаций основания, температурно-влажностных деформаций отдельных панелей и стен в целом. Рис. 6.1.Схема монтажа панельного жилого дома повышенной этажности с узким шагом поперечных несущих стен и горизонтальной разрезкой наружных стен 53 6.2. Конструктивные системы бескаркасных панельных зданий В крупнопанельном домостроении используются изделия следующих конструктивных систем: перекрестно-стеновой с малым шагом поперечных стен (рис.1б), поперечно-стеновой со смешанным шагом (рис.1в), продольностеновая (рис.1а) и поперечно-стеновая с большим шагом стен (рис.1г). При проектировании крупнопанельных бескаркасных общественных зданий применяют два шага несущих стен: малый и большой. Малый: 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,2 м. Большой: 4,5; 4,8; 5,1; 5,4; 5,7; 6,0; 6,6; 7,2 м. Изделия для панелей зданий перечисленных конструктивных систем включены в соответствующие разделы Общесоюзного каталога. Базой для унификации геометрических параметров конструктивных изделий каталога служит модульная сетка с единым укрупненным модулем 6М (600 мм). Принят предпочтительный ряд пролетов: вдоль здания – 2,4; 3,0; 3,6; 6,0 м. и поперек – 6,0; 5,4; 4,8 м. а) с тремя продольными несущими стенами и опиранием панелей перекрытий по двум коротким сторонам; несущие стены б) несущие наружные и внутренние продольные стены и поперечные внутренние стены с опиранием плит по контуру; несущие стены в) с несущими наружными продольными и внутренними поперечными стенами с опиранием плит по трем сторонам; 54 несущие стены г) с несущими поперечными стенами, когда перекрытия опираются по двум сторонам. несущие стены . Рис.6.2. Конструктивные системы бескаркасных панельных зданий: а)перекрестное расположение внутренних несущих стен при малом шаге поперечных стен; б) с чередующимися размерами (больших и малым) шага поперечных несущих стен и отдельными продольными стенами жесткости;в) с редко расположенными поперечными несущими стенами и отдельными продольными стенами жесткости (при большом шаге); г) с продольными наружными и внутренними несущими стенами и редко расположенными поперечными диафрагмами жесткости; д) с продольными наружными несущими стенами и редко расположенными поперечными диафрагмами жесткости. 55 6.3. Бетонные панели Бетонные панели – основной тип наружных стен в панельных и каркасно-панельных жилых и общественных зданиях. Их проектируют одно-, двух- или трехслойными. Однослойные панели выполняют из легких или автоклавных ячеистых бетонов. Понятие «однослойная панель» является условным. На самом деле помимо основного бетонного конструктивного теплоизоляционного слоя панели содержат наружный защитно-отделочный и внутренний отделочный слой. Фасадный защитно-отделочный слой легкобетонных панелей выполняется толщиной 20 – 25 мм. из паропроницаемых декоративных бетонов. Однослойные легкобетонные панели формуют из конструкционнотеплоизоляционных бетонов на искусственных пористых заполнителях (керамзит, перлит, шлаковая пемза). Бетонные панели двухслойной конструкции имеют несущий и утепляющий слои: несущий – из тяжелого бетона или из конструктивного легкого бетона, утепляющий – из конструктивно-теплоизоляционного легкого бетона плотной или пористой структуры. Более плотный слой толщиной не менее 100 мм располагают с внутренней стороны. Бетонные панели трехслойной конструкции имеют наружный и внутренний слои из тяжелого или легкого конструктивного бетона, между которыми заключен утепляющий слой. Для утепляющего слоя применяют наиболее эффективные материалы плотностью не более 400 кг/м3.в виде блоков, плит или матов из минераловатных, пенополистирольных. Бетонные слои панели объединяют гибкими или жесткими связями. Конструкции гибких связей состоят из отдельных металлических стержней, которые обеспечивают монтажное единство бетонных слоев при независимой их статической работы. Жесткие связи между слоями выполняют в виде поперечных армированных ребер, сформованных из тяжелого или легкого бетона. Жесткие связи обеспечивают совместную статическую работу бетонных слоев, защиту соединений от коррозии, допускают использование утеплителей любого типа. При выборе типа панелей для наружных стен учитывают их техникоэкономические показатели. Наружные стены из крупных панелей проектируют несущими, ненесущими и навесными. Массовое применение панельных стен почти во всех странах мира определило исключительное разнообразие их конструкций и разрезок на сборные элементы (рис.2). Однако для несущих стен применима только однорядная разрезка; для самонесущих – двухрядная разрезка. Для ненесущих стен возможно использование любой разрезки. 56 Рис.6.3. Схемы разрезки наружных стен на панели: а, б) оконные панели; в) поясные панели; г) крупноблочная двухрядная разрезка; д) простеночные панели. 6.4. Привязка панелей наружных стен В каталоге принята единая привязка координационных осей наружных стен – 100 мм от внутренней грани и единая величина заводки панелей внутренних стен встык наружных – 30 мм. Для конструктивных систем (б, в) предусмотрены сборные панели внутренних стен толщиной 120 и 160 мм соответственно для межкомнатных и межквартирных ограждений, ж/б панели перекрытий сплошного сечения толщиной 120 мм и размером на конструктивно-планировочную ячейку. Для систем (а, г) предусмотрены панели внутренних стен одной толщины – 160 мм и предварительно напряженные панели перекрытий сплошного сечения толщиной 160 мм. 57 Для зданий с большим и смешанным шагом поперечных стен и для зданий продольно-стеновой системы широко используют многопустотные панели перекрытий высотой 220 мм. Рис.6.4. Правила привязки стеновых панелей к разбивочным осям а- наружных однослойных и внутренних стен; б-наружных трехслойных и внутренних стен; 1-рядовая панель; 2-внутренние несущие стены; 3-панель уступа; 4-несущая торцовая панель; 5-торцовая навесная панель; 6- температурный или осадочный шов. 6.5. Горизонтальные стыки В соответствии с условиями статической работы стен в их горизонтальных стыках возникают сжимающие усилия от вертикальных нагрузок и сдвига при изгибе стены в своей плоскости от неравномерных деформаций основания, от изменений температуры наружного воздуха, от горизонтальных силовых воздействий из плоскости стен, отрывающих наружные стены от внутренних конструкций. Передачу усилий сжатия в горизонтальных стыках осуществляют разными способами, применяя четыре типа стыков. Различают контактный, платформенный, комбинированный и монолитный горизонтальные стыки. В контактном стыке усилие передается через слои цементно-песчаного раствора непосредственно с панели на панель; в платформенном – через торец панели перекрытия, опирающейся на стену; в комбинированном 58 (профилированном) – через панель стены и торец перекрытия; в монолитном – через бетон замоноличивания стыка. Дополнительное разнообразие в конструкцию стыка вносит специальная водоотводящая профилировка с противодождевым гребнем, через который может предусматриваться или исключаться передача вертикальной нагрузки: в первом случае – через слой раствора, а во втором – благодаря установке на вершине гребня упругой прокладки. Контактный горизонтальный стык с опиранием перекрытий на панели стены «пальцами» обладает максимальной несущей способностью. Его применяют для наиболее нагруженных стен различной конструкции (рис.4а). Профилированный платформенный стык предусматривают главным образом для трехслойных панелей с гибкими связями (рис.4б). Профилированный комбинированный стык с гребнем устраивают в стенах из однослойных легкобетонных панелей толщиной 350 мм и менее, а также в стенах из двухслойных и трехслойных панелей с жесткими связями между слоями. При этом вертикальную нагрузку передают через гребень и через перекрытие (рис.4в). Плоский комбинированный стык с передачей вертикальной нагрузки с панели на панель и через перекрытие применяют для легкобетонных однослойных панелей толщиной более 350 мм, для панелей любой толщины из ячеистых бетонов и для двухслойных панелей (рис.4г). Монолитный стык используют в нашей стране преимущественно в сейсмическом строительстве и очень широко – в зарубежном строительстве (рис.4д). В горизонтальных стыках панелей ненесущих наружных стен предусматривают поэтажную передачу нагрузки от них на кромки панелей перекрытия или на опорные площадки в торцах панелей внутренних стен. Передачу вертикальной нагрузки от перекрытия на нижележащую панель стены исключают заполнением зазора под перекрытием упругими прокладками (рис.4е). а) Контактный Цем. песчаный раствор Опорный «палец» панели перекрытия 59 б) Платформенный Упругая прокладка Цем.песчаный раствор герметик в) Комбинированный (профилированный) гребень Цем.песчаный раствор г) Плоский комбинированный д) Монолитный бетон замоноличивания Опорный «палец» перекрытия 60 е) Платформенный стык при ненесущих наружных стенах Упругая прокладка Рис.6.5. Горизонтальные стыки панелей несущих наружных стен и схемы передачи в них вертикальной нагрузки 6.6. Вертикальные стыки Вертикальные стыки воспринимают усилия сдвига, растяжения, сжатия при изгибе стены в своей плоскости от воздействия неравномерных деформаций основания и температурно-влажностных деформаций. По геометрической форме и характеру статической работы различают бесшпоночные и шпоночные вертикальные стыки. В бесшпоночных стыках (рис.1а) вертикальные торцы панелей имеют постоянную по высоте форму сечения, в шпоночных – на стыкуемых торцах предусматривают чередующиеся выступы и углубления, за счет которых после замоноличивания образуются бетонные шпонки. В свою очередь шпоночные соединения подразделяются на бетонные (рис.1б) и железобетонные (рис.1в) а) Бесшпоночные соединения б) Шпоночные бетонные соединения в) Шпоночные железобетонные соединения 61 Рис.6.6. Вертикальные стыки стеновых панелей Вертикальные ж/б шпоночные стыки наиболее прочны и жестки, работают на растяжение и сдвиг, но требуют больших затрат труда на выполнение. Применяют в сейсмических районах строительства для сейсмостойких домов. Наиболее распространены бетонные шпоночные соединения. Растягивающие усилия в бесшпоночных стыках и в стыках с бетонными шпонками воспринимают стальные связи. 6.7.Стальные связи вертикальных стыков Стальные связи устраивают чаще всего в двух уровнях: по верху опорной четверти под перекрытием и в нижней зоне панели. По принципу соединения все разнообразие конструктивных решений стальных связей в вертикальных стыках сводится к следующим типам: сварные; замоноличиваемые связи типа «петля-скоба»; болтовые и замковые самофиксирующиеся. Сварные связи выполняют, приваривая накладки к закладным деталям или арматурным выпускам из панелей. Наиболее распространены петлевые выпуски и штампованные из стальной полосы закладные детали, в которых рассеченные и отогнутые концевые участки анкеруют закладную деталь в бетоне панели. Эта конструкция универсальна: ее можно применять при различной этажности зданий, в обычных и сложных грунтовых условиях, в сейсмическом строительстве, но требуют защиты от коррозии. Сварные связи – основные конструктивные решения растянутых соединений во внутренних конструкциях зданий. 62 петли-выпуски закладная деталь внутренней стеновой панели «посредник» из круглой стали Рис.6.7. Сварные связи Связи типа «петля-скоба» образуются установкой стальных скоб в петлевые арматурные выпуски панелей. Прочность и деформативность таких связей находится в прямой зависимости от прочности бетона замоноличивания, препятствующего разгибанию концов скоб из петель. Эти связи менее трудоемки, чем сварные, но уступают последним по прочности. Поэтому основная область применения – здания с малым шагом поперечных стен и высотой не более 12 этажей. соединительная скоба петливыпуски Рис.6.8. Связи типа «петля-скоба» Замковая связь образуется при монтаже следующим образом: в одной стеновой панели закладная деталь в виде незамкнутого кольца, в другой «чижик», а во внутренней стеновой панели заложен одногнездовой ловитель, закрепленный на жесткой консольной закладной детали. Замковая связь 63 обладает необходимой монтажной жесткостью, что позволяет устанавливать панели без временных креплений, что позволяет ускорить монтаж. Связи самофиксации и «петля-скоба» применяют только в обычных условиях строительства. «Чижик» Рис.6.9. Одногнездовой ловитель наружная панель устройство самофиксации внутренняя панель Рис.6.10. Замковая связь самофиксации 6.8. Теплоизоляция стыков Теплоизоляцию стыков обеспечивают установкой во всех вертикальных и горизонтальных стыках наружных стен, в местах их примыкания к балконам, карнизам, парапетам, цоколям вкладышей из материалов высокой тепловой эффективности (например, пенополистирола). Образующиеся после установки вкладышей пазухи и колодцы заполняют бетоном для снижения воздухопроницаемости стыка. Образующиеся после установки вкладышей пазухи и колодцы заполняют бетоном для снижения воздухопроницаемости стыка. Особое внимание уделяется теплоизоляции угловых вертикальных стыков наружных стен, где теплопотери максимальны. С этой целью применяют утепляющие вкладыши, устройство внутреннего скоса наружной утепляющей пилястры или подачу дополнительного тепла в стык от стояка замоноличивания. 64 Рис.6.11. Варианты теплоизоляции стен: а) устройство вкладыша из теплоизоляционных материалов; б) устройство утепляющих скосов 1 - стыкуемые наружные панели, 2 - внутренняя стеновая панель, 3 - теплоизоляционный вкладыш, 4 - воздухозащитная самоклеящаяся лента АбрисС ЛТбаз, 5 - декомпрессионная полость, 6 - Вилатерм СП (СМ), 7- водоотводящий фартук (слив) из оцинкованной стали δ = 0,6 - 0,7 мм), 8 - зона очистки, 9 - праймер Абрис Рп, 10 – Абрис С-ЛТнп 6.9. Водоизоляция бетонных панельных наружных стен Мероприятия, обеспечивающие водоизоляцию наружных стен, назначают в соответствии с зоной влажности района строительства – сухой, нормальной, влажной. мероприятия по защите от протеканий предусматривают по полю стены, стыкам панелей и сопряжениям с заполнением проемов. Водозащиту стыков панелей предусматривают по принципу «закрытого», «дренированного» или «открытого» стыка. Закрытые стыки применяют главным образом в сухом климате. При устройстве стыка в устье стыков по всей длине на клею устанавливают упругие прокладки из пористой резины, по которой с фасадной стороны наносят герметизирующую мастику. Мастика имеет хорошую адгезию к бетону стыковых кромок панели и растяжимость без разрыва не менее 100%, что обеспечивает непроницаемость стыка при температурно-влажностных деформациям стеновых панелей. В качестве герметиков используют пленочные отверждающиеся (тиоколовые, силиконовые) или объемные нетвердеющие (полиизобутиленовые) мастики. Долговечность их 20-30 лет, поэтому при конструировании предусматривают возможность смены герметиков и защиты их от прямого солнечного воздействия. 65 Рис.6.12. Закрытый стык а)вертикальный; б)горизонтальный; в)плоский горизонтальный 1 - наружная стеновая панель, 2 - внутренняя омоноличенная стеновая панель, 3 плита перекрытия, 4 – нижняя горизонтальная грань наружной панели, 5 - верхняя горизонтальная грань наружной панели, 6 – противодождевой зуб, 7 - противодождевой гребень, 8 - уплотняющая прокладка, 9 - теплоизоляционный вкладыш, 10 воздухозащитная оклеечная изоляция, 11 - цементно-песчаный раствор, 12 герметизирующая мастика, Дренированный стык – стык, в котором предусмотрены дополнительные меры по отводу наружу воды, случайно попавшей за зону герметизации устья. По горизонтальным стыкам устраивают водозащитный гребень высотой не менее 90 мм, по вертикальным стыкам - декомпрессионный канал за зоной герметизации, по пересечению стыков – дренажное отверстие и водоотводящий фартук. Водоотводящими устройствами служат фартуки из алюминиевых сплавов, морозостойкой резины. Рис.6.13. Вертикальный стык дренированного стыка: А-рядовое сечение; Б-сечение в уровне перекрытия Рис.6.14. Горизонтальный стык дренированного типа и сечение 1-1 по вертикальной оси стыка 66 1 - наружная стеновая панель, 2 - внутренняя омоноличенная стеновая панель, 3 - теплоизоляционный вкладыш, 4 - воздухозащитная оклеечная изоляция, 5 - декомпрессионная полость, 6 - плита перекрытия, 7 – водоотводящий фартук, 8 - дренажное отверстие, 9 - бетон замоноличивания стыка, 10 - цементно-песчаный раствор, 11 - уплотняющая прокладка, 12 - герметизирующая мастика. в.) Открытые стыки Имеют открытое устье, в которое может попадать вода, но ее проникание в глубину ограждения исключено за счет специальных конструктивных устройств. В горизонтальных стыках – устройство противодождевых гребней высотой до 120 мм и водоотводящих фартуков. В вертикальных стыках – водоотбойных экранов из алюминиевой или резиновой ленты. Рис.6.15. Открытый стык панелей наружных стен а) вертикальный; б) горизонтальный; 1 — водоотбойная лента, 2 — деком-прессионный канал, 3 — воздухозащитная проклейка, 4 — термовкладыш, 5 — бетон, 6 — наружная стеновая панель, 7 — внутренняя стеновая панель, 8 — фартук, 9 — панель перекрытия, 10 — упругая прокладка, 11 — цементный раствор Открытые стыки дают минимальные теплопотери в трехслойных панелях на гибких связях, т. к. утепляющий слой расположен за пределами устья. Воздухо- и водонепроницаемость вертикальных стыков обеспечивается обклейкой с внутренней стороны вертикальных стыков биостойким рубероидом. Долговечность наружных стен из бетонных панелей обеспечивают подбором необходимой марки бетона по морозостойкости в соответствии с природно-климатическими условиями строительства. Элементы стальных связей панелей наружных стен между собой и с внутренними стенами 67 должны быть защищены от атмосферной коррозии. Арматурные элементы панелей должны иметь необходимую толщину наружного защитного слоя бетона, а в панелях из ячеистого бетона покрыты специальным антикоррозионным покрытием. Долговечность стен из бетонных панелей обеспечивается также комплексом мероприятий по обеспечению водонепроницаемости стен и их стыков. Архитектурно-декоративные свойства панельных наружных стен обеспечивают, используя различные конструктивно-технологические приемы изготовления и материала отделки. Цвет фасадной поверхности может быть любым благодаря выполнению фасадного слоя из декоративных бетонов на цветном цементе или облицовочных плиток. Фактуру панелей – гладкую, шероховатую, бугристую, рельефную получают при формовании «лицом вниз» установкой закрепленных к поддону формы рельефообразующих матриц, втапливанием каменной крошки. Вопросы для самоконтроля по лекции: 1.Перечислите конструктивные системы, применяемые при проектировании бескаркасных крупнопанельных зданий. 2.Конструкции наружных стен крупнопанельных зданий. 3.Системы разрезок наружных стен на панели и области их применения. 4. От чего зависит выбор толщины междуэтажного перекрытия. 5.Передача усилий в горизонтальных стыках панелей. 6.Укажите варианты вертикальных стыков стеновых панелей. 7.Установка стальных связей в вертикальных швах 8.Методы обеспечения теплоизоляции панельных стен и стыков. 9.Методы обеспечения водонепроницаемости наружных стен. 68 Лекция 7. Плоскостные конструкции покрытия зальных помещений Плоскостные покрытия проектируют исходя из сочетания стержневых (балка, ригель, ферма, рама, арка) и плоскостных (настилы или панели покрытия) элементов. Покрытия длинномерными настилами проектируют, используя типовые сборные железобетонные изделия, предусмотренные каталогами унифицированных индустриальных изделий для строительства. В соответствии с объемно-планировочным решением здания применяют длинномерные настилы покрытий с плоской или двускатной верхней поверхностью. Типовые настилы имеют пролеты 9,12,15,18 и 24 метра, выполняются в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит, двухконсольных плит типа 2Т и тонкостенных сводчатых плит типа КЖС. По схеме восприятия внешних и распределению внутренних усилий плоские стержневые конструкции покрытия распределяются на балки и фермы. 7.1. Покрытие залов балками и фермами Балка – одноэлементная конструкция, загружаемая по всему пролёту. Ферма – сквозная несущая конструкция, состоящая из стержней, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой в узлах таким способом, что они образуют решетчатую систему, геометрически неизменяемую. Фермы являются основой почти всех стержневых конструкций, и разнообразие их по назначению чрезвычайно велико. Фермы изготовляют из стали, алюминиевых сплавов, железобетона, дерева. Ферма как конструкция, перекрывающая пролет, в целом работает на изгиб. Однако ее стержневая структура решена геометрически так, что изгибные явления в ней исключены и трансформированы в продольные усилия, растягивающие и сжимающие элементы этой фермы. Сравнивая работу внутренних сил балки и фермы, можно заметить, что в ферме нормальные напряжения воспринимаются поясами, а касательные – решеткой. Фермы и балки устанавливаются на колонны, реже на несущие стены, расстояние в направлении балок и ферм называется пролетом и шагом - в противоположном направлении. Настилы покрытия опирают на балки (фермы) и соединяют сваркой стальные закладные элементы этих конструкций. Балки применяют при пролетах до 18 метров. Материалом изготовления балок может служить железобетон, металл, дерево. Балки могут быть с параллельными поясами или при больших пролетах – двускатные (рис.7.1 и рис.7.2). 69 КДБ (клеедеревянные) ОКБ Рис.7.1. Клеедеревянные балки Рис.7.2. Железобетонные балки с параллельными поясами и стропильные Фермы покрытий могут изготавливаться из железобетона для пролётов до 30м и металла при пролетах до 40-45м. Фермы изготавливают с параллельными поясами, треугольные, трапециевидные, полигональные и сегментные; раскосные и безраскосные. Фермы с параллельными поясами проектируют под рулонную кровлю. К их достоинствам можно отнести однотипность узлов и размеров элементов, оптимальные (45-600) углы между раскосами и поясами. Треугольные фермы используют как покрытия зданий с крутой холодной кровлей. Конструктивные недостатки треугольных ферм – разнотипность элементов и узлов, длинные элементы решетки. Фермы треугольного очертания с горизонтальным нижним поясом пролётом 18, 24, 30, 36м выполняются в соответствии с длиной кровельных волнистых асбестоцементных листов с узловой передачей нагрузки через 1.25м, нагрузка передаётся расположенными по верхнему поясу стальными прогонами, к которым крепятся кровельные листы. Стальные строительные фермы с уклоном верхнего пояса 1:3.5, предназначены для перекрытия однопролётных, неотапливаемых складских помещений с кровлей из волнистых асбестоцементных листов. 70 Область применения металлических ферм – пролеты более 24м. Обычно на фермы расходуется больше металла, чем на арматуру железобетонных ферм. Однако использование облегченных кровельных покрытий позволяет снизить расход металла на ферму почти до уровня расхода его на армирование железобетонных ферм. Пролеты металлических ферм доходят иногда до 100 м. Стальные фермы с уклоном верхнего пояса 1,5 предусмотрены для пролётов 18,24,30,36м. Фермы пролётом 18 м изготовляют в виде одной отправочной марки с горизонтальным нижним поясом, остальные - в виде двух отправочных марок с параллельными поясами. Высота на опоре – около 2100 мм (рис.7.3). Рис.7.3. Унифицированные стальные фермы Стальные фермы из горячекатаных профилей при шаге колонн 6 и 12м с уклоном верхнего пояса 1,5 (серия 1.460.-4). Все основные стержни ферм составляются из парных горячекатаных профилей и соединяются фасонками. Безраскосные фермы лишены свойства геометрической неизменяемости. Безраскосная ферма, как несущая конструкция, может существовать только 71 при условии замены ее шарнирных узлов жесткими, т.е. превращением ее в раму, в которой все элементы противостоят не только продольным силам, но и изгибу. Это приводит к необходимости усиления сечений поясов и стоек и ужесточения узлов. Расход материалов на эти конструктивные усиления не компенсирует экономии, достигнутой за счет удаления раскосов, и безраскосные фермы всегда оказываются более материалоемкими в сравнении с раскосными. Тем не менее безраскосные фермы, особенно с параллельными поясами, позволяют успешно решать ряд архитектурнопланировочных задач. В последнее время наиболее рациональными признаны безраскосные железобетонные фермы с круговым очертанием верхнего пояса (рис. 7.4.б,в). Рис.7.4. Фермы железобетонные: а) сегментного очертания с раскосами; б,в) безраскосные сегментного очертания г) с параллельными поясами. Железобетонные фермы отличаются большим собственным весом, превышающим вес стальных и деревянных ферм в два – три раза. Этот 72 недостаток компенсируется их повышенной огнестойкостью и экономией стали. Деревянные стропильные фермы применяют для перекрытия пролетов средней величины – от 9 до 36 м. В большинстве своем деревянные фермы имеют нижний пояс из профильной или круглой стали, их называют металлодеревянными. В них выгодно сочетаются свойства древесины, хорошо работающей на сжатие в верхнем поясе, и стали в растянутом нижнем поясе. Верхний пояс деревянной фермы выполняется либо из брусьев, либо из клееных досок. Рекомендуемый шаг деревянных ферм равен 4,5 – 6,0 м. Обеспечение устойчивости здания Для устойчивости каркасов здания с применением в качестве покрытия балок и ферм необходимо устанавливать связи. Связи устанавливают между колонн, вид связи зависит от шага колонн. При шаге колонн 6 м устанавливаются крестовые связи; при шаге колонн 12м – портальные (рис.7.5). крестовая портальная Рис.7.5. Виды связей Покрытие по фермам работает по связевой схеме, т.е. жесткость здания обеспечивается за счёт установки связей между колоннами, в средних пролётах температурного отсека по нижнему поясу фермы (в крайнем пролёте) и обеспечении жесткости диска покрытия путём приваривания плит покрытия к фермам. Для покрытий применяются в основном ребристые плиты с узловой передачей нагрузки. Любые несущие конструкции покрытий (настилы, балки, фермы) имеют выступающие в интерьер ребра, что не всегда приемлемо по композиции интерьера. Поэтому в залах общественных зданий их чаще всего закрывают подвесным потолком, который выполняет не только декоративные функции, но и обособляет необходимое пространство для размещения инженерных коммуникаций – вентиляции, электропроводки. 73 7.2. Рамы В практике строительства общественных зданий находят широкое применение рамные конструкции. Рамами называют стержневые конструкции, состоящие из вертикальных элементов (стоек) и горизонтальных (ригелей), жестко соединенных между собой в узлах. Особенностью статической работы рам является жесткое сопряжение ригеля со стойками, что приводит к уменьшению изгибающего момента в пролёте и, следовательно, к уменьшению сечения ригеля. Приложение к любому элементу рамы нагрузки, вызывающей поворот или перемещение этих узлов, приводит в силу их жесткости к включению в работу всех остальных элементов. В этом заключается резерв ее несущей способности, выгодно отличающей раму с жесткими узлами от систем с шарнирами. Пролеты, перекрываемые рамами, колеблются в широких пределах, от самых небольших до рекордных, нередко превышая 100м. Пролет и высота рам подчинены функциональным требованиям. Положение стоек – вертикальные или наклонные и очертание ригеля – прямой, ломаный или криволинейный, определяются архитектурой сооружения. Окончательная компоновка геометрической схемы рамы и ее рабочих сечений решается на основе статических расчетов. Рама – это распорная конструкция. Ее проектируют на трех шарнирах, двух и одном шарнирах, а также бесшарнирную. Поперечное сечение элементов рам может быть сплошностенчатым и сквозным. - Бесшарнирная рама M Бесшарнирная рама характеризуется небольшим изгибающим моментом в пролёте ригеля и значительным моментом в узлах рамы, что увеличивает сечение колон и ригеля у опоры. Принимаются на плотных грунтовых основаниях, неравномерные осадки должны быть исключены. - Одношарнирная рама M 74 В одношарнирной раме сечение ригеля уменьшается за счет уменьшения величины изгибающего момента в пролете рамы. - Двухшарнирная рама В двухшарнирной раме момент возникающий в ригеле больше чем у бесшарнирной рамы, однако сечение стоек меньше. Такие рамы могут устанавливаться на слабых грунтовых основаниях, так как неравномерность осадок не вызывает деформаций рамы. M затяжка Затяжки в рамах устанавливают с целью восприятия распора. В отличие от арок, где затяжки располагаются на уровне опор, в рамах их нередко устанавливают и выше. Особенно уместны затяжки в карнизных узлах рам с ломаным или криволинейным ригелем. Помимо уменьшения распора их постановка способствует снижению величины моментов в карнизных узлах. - Трехшарнирная рама M Трехшарнирную раму изготовляют с ломаным ригелем и наклонными стойками, благодаря чему обеспечивается возможность перемещения в плоскости рамы без нарушения её работы в целом, изгибающие моменты сосредоточены в жестких узлах рамы и их величина уменьшаются к шарнирам. Сборка рамы из двух элементов значительно упрощается. В рамных конструкциях с консольными вылетами уменьшается изгибающий момент в пролете ригеля и более равномерно распределяется нагрузка на колонны. Величину консольного вылета принимают в пределах от величины длины ригеля: 1 1 к   р 3 5 75 Для уменьшения изгибающего момента в пролёте ригеля концы консоли заанкеривают в основании с помощью стальных преднапряженных оттяжек (рис.7). р и ге л ь сто й к а за тя ж к а Рис.7.6. Рама легкоатлетического комплекса “Динамо” Особенности металлических рам Металлические рамы используют для перекрытия больших пролетов – от 40 до 150 метров. Трехшарнирные рамы применяют при сравнительно небольших пролетах. Большие пролеты перекрывают двухшарнирными и бесшарнирными рамами, так как они отличаются повышенной жесткостью, легкостью и меньшим расходом материала, рационально применять при пролетах более 100 м. При пролетах более 60м сплошностенчатые рамы уступают место рамам сквозным. Высота ригеля сплошностенчатых рам составляет от 1/30 до 1/40 пролета, решетчатых – от 1/12 до 1/25. Шаг рам принимается обычно равным 6 или 12 м. Трехшарнирные рамы собираются из двух отправочных элементов, для сопряжения в коньке используется соединительный шарнир (рис.7.7). Рис.7.7. Коньковый узел металлических рам Особенности деревянных рам Пролеты деревянных рам обычно не превышают 50 м. Наиболее распространены их схемы трех- и двухшарнирная. По конструкции рамы бывают брусчатыми, дощатоклееными, клеефанерными и сквозными. Брусчатые рамы встречаются главным образом в сельскохозяйственном строительстве при небольших (до 12 м) пролетах. Дощатоклееные рамы широко применяют в современном строительстве, это обусловлено рядом их достоинств: простота конструкции, индустриальность изготовления, сплошность сечения, что повышает огнестойкость сооружения. 76 Для рам этого типа используется двух- и трехшарнирная схема: консольные свесы ригеля позволяют получить дополнительный экономический и архитектурно-планировочный эффект (рис.7.8). Рис.7.8. Коньковый и опорный узлы дощатоклееных рам Особенности железобетонных рам Железобетонные рамы как основные конструкции зданий павильонного типа проектируют монолитными, сборными и сборномонолитными. Перекрываемые ими пролеты колеблются в широких пределах – от 12 до 120 м. Более крупные пролеты перекрывают сборными рамами с ригелями из предварительно напряженного железобетона. Для рам большепролетных используют сборные конструкции с напрягаемой арматурой. Их проектируют из блоков, внутри которых вдоль криволинейных каналов, образуемых при бетонировании, протягивается проволочная арматура в виде пучков с натяжением на бетон после сборки всей рамы. Арматуру располагают в зонах растяжения, определяемых эпюрами изгибающих моментов. Сечения элементов проектируют прямоугольными или тавровыми. Для железобетонных рам типичны двухшарнирная и бесшарнирная схемы с шарнирным и жестким соединениями стоек с фундаментами. Жесткие узлы рамных конструкций характерны для железобетона и отвечают его свойствам. Поэтому железобетонные рамы получили в строительстве широкое распространение. 7.3. Арки Первоначальное понятие об арке связано с её криволинейным очертанием (лат.-arcus-дуга). Однако с инженерной точки зрения определяющим признаком арки является не столько кривизна её очертания, сколько наличие распора, вызванного несмещаемостью её опор. Характерной особенностью арки является её работа преимущественно на сжатие. Обычные очертания арки – параболическое, круговое, треугольное, реже встречаются арки эллиптического и стрельчатого очертания (рис.7.9). 77 h=r параболическое очертание круговое треугольное стрельчатое элептическое Рис.7.9. Виды очертания арок Рис.7.9. Варианты очертания арок В зависимости от высоты подъема арки делятся на пологие и подъемистые с характерными величинами относительной высоты - 1/8 – 1/6 и 1/4 - 1/2. Статическая работа арки связана с наличием или отсутствием опорных или ключевых шарниров. По этому признаку арки называют трехшарнирным, двухшарнирным и бесшарнирным. Трёхшарнирные арки статически определимы, их распор зависит от взаимного расположения шарниров, а не от очертания оси балки. Арки не чувствительны к осадкам и горизонтальным смещениям к колебаниям температуры. Удобны в монтаже и перевозке в виде парных полуарок. Однако в силу неравномерного распределения изгибающих моментов по длине арки они наиболее материалоёмки и нуждаются в ключевом шарнире. М М М Рис.7.10. Виды арок: трехшарнирная, двухшарнирная и бесшарнирная. Двухшарнирные арки единожды статически неопределимы. Распор несколько меньше, чем у трёхшарнирной арки. Это объясняется тем, что смещению опор под действием нагрузки препятствует сопротивление самой арки разгибанию.(к чему трехшарнирная арка в связи с наличием ключевого шарнира неспособна). Изгибающие моменты более равномерно распределены по длине, такая арка получила наибольшее распространение. При вертикальных осадках опор и при температурных воздействиях дополнительные напряжения развиваются слабо благодаря ее свободному деформированию, обеспечиваемому наличием опорных шарниров. Бесшарнирные арки трижды статически неопределимы. Полное защемление 78 арок в опорах способствует более равномерному распределению моментов по длине арки, благодаря чему конструкция отличается особой лёгкостью. Однако наличие опорных моментов требует обеспечения идеального замещения концов арки. Поэтому арка весьма чувствительна к осадкам опор и температурным воздействиям (рис. 7.10). Арки требуют надёжного основания и мощных фундаментов, что не всегда осуществимо по техническим и экономическим причинам. Для арок характерны большие пролёты. Они начинают успешно конкурировать с фермами при пролетах более 30 м. Нередко арками перекрывают пролеты около 60м, а рекордные пролеты уникальных арочных покрытий превышают 100 м. Устойчивость системы из плоскости арок и рам обеспечивают вертикальные связи между стойками рам и жесткие связи элементов покрытия с ригелями. Рис.7.11. Узлы дощатоклееных арок Рис.7.12. Опорный узел металлических арок Распор воспринимается фундаментом или жесткими опорными конструкциями. Усилия распора передают на размещенные ниже чистого пола затяжки. Если же пяты арок расположены выше пола, распор передают на контрфорсы или примыкающие горизонтальные несущие конструкции, например, перекрытия примыкающих к залу помещений здания. Чем положе арка, тем больше распор, который воспринимают затяжки, особенно если грунт слабый. Арки подъемисты, устанавливаемые на грунтовое основание, передают распор фундаментам, которые рассчитываются на полную опорную реакцию. 79 Вопросы для самоконтроля по лекции: 1. Особенности статической работы балок и ферм. 2. При каких пролетах целесообразно применение балки в зависимости от материала изготовления. 3. При каких пролетах целесообразно применение ферм в зависимости от материала изготовления. 4.Каково очертания применяются металлические фермы. 5. Особенности конструирования железобетонных и деревянных ферм. 6. Что такое рама. 7. Особенности статической работы рам. 8. Перекрываемые пролеты рамами в зависимости от материала их изготовления. 9. Виды рамных конструкций. 10.Что такое арка. 11.Особенности статической работы арок. 12. Виды арочных конструкций в зависимости от высоты подъема и наличия шарниров. 13.Обеспечение устойчивости арочных и рамных конструкций. 80 Лекция 8. Пространственные конструкции покрытия залов гражданских зданий. 8.1.Перекрестные конструкции покрытий Перекрёстные конструкции представляют собой системы взаимно пересекающихся балок и ферм (рис. 8.1). Балки или фермы могут располагаться вертикально или наклонно. В местах пересечения они жёстко скреплены между собой, что обеспечивает статическую работу всей системы как единого целого в виде пространственной плиты опёртой на колонны по периметру. Эффект пространственной работы перекрестных систем тем заметнее, чем ближе очертания перекрываемого плана к квадрату, по условиям равномерного распределения усилий в двух направлениях. При перекрытии плана, отличающегося от квадратного, короткий пролет перекрывают цельными балками, а балки длинного пролета разрезают и стыкуют между собой в каждом пересечении. Методика подбора сечений перекрестных балок и ферм не имеет принципиальных отличий от методики расчета обычных балок и ферм. Эквивалентная нагрузка на перекрестные балки составляет примерно 50-60% от аналогичных величин для простых балок. Следовательно, высота перекрестных балок может составлять около 0,7-0,8 высоты простых балок. Материалом перекрестных конструкций может служить металл, железобетон и дерево. разрезные балки 40 L< 40 1 L< 1 20L- 25L цельные, неразрезные балки Рис.8.1. Общая схема перекрестных конструкций покрытия а) Особенности металлических перекрёстных балок и ферм. Перекрёстные балки двутаврового сечения имеют h=1/24L-1/30L. Узлы пересечения конструируют так, чтобы разрыв полок компенсировали накладки, а разрыв стенки – сварные монтажные швы (такая сварка называется «в тавр») (рис.8.2). 81 Рис.8.2. Сопряжение неразрезных металлических балок с разрезными Рис.8.3. Сопряжение перекрестных металлических ферм Металлические перекрёстные фермы проектируют с параллельными поясами, высотой 1/14 - 1/18L. Перерезанные полки уголков компенсируют горизонтальными, а стенки – вертикальными фасонками (рис.8.3). По сравнению с плоскостными конструкциями покрытия перекрестные конструкции имеют ряд преимуществ: - примерно вдвое меньшую строительную высоту и следовательно являются более экономичными по расходу металла; - малая строительная высота покрытия или перекрытия позволяет снизить общий объём здания; 82 - значительная жесткость покрытия дает возможность крепить к нему подвесное оборудование; - повышена степень надёжности покрытия от внезапного разрушения благодаря многосвязанности системе. - разнообразна область применения конструкции. б) Особенности деревянных перекрёстных балок и ферм. Перекрёстные балки в виде пакетов склеенных досок перекрывают пролёты от 12 до 24 м с шагом 3; 6 м. Высоту балок назначают в пределах 1/16-1/20L (рис.8.4). Одно из решений узла пересечения основано на перевязке слоёв досок, к недостаткам этого узла относится необходимость склеивания непосредственно на стройплощадке. Другие способы предусматривают использование металлических узловых деталей. h Рис.8.4. Сопряжение перекрестных деревянных балок и ферм в) Особенности железобетонных перекрёстных балок и ферм. Перекрёстными балками перекрывают пролёты до 30 м с шагом от 3 до 6 м, высота балок колеблется в пределах 1/16 - 1/24L. Их проектируют обычно вместе с плитами. Покрытие может быть монолитным, сборным и сборномонолитным (монолитные балки, сборные плиты). Перекрёстные балки высотой до 1,5 м делают сплошностенчатыми с постоянной толщиной 200-300 мм. Дальнейшее развитие перекрёстных балок высотой более 1,5 м связано с превращением его в двутавровое со стенкой 100 - 150 мм и развитыми полками, в которых размещена основная арматура. Перекрёстные фермы собирают из плоских ферм или решётчатых пирамид, в которых размещена основная арматура. Высота ферм составляет 1/15-1/20L, размеры перекрываемого плана доходят до 50×50м. 83 Соединения элементов сборных перекрёстных балок и ферм выполняют с помощью сварки металлических закладных деталей с последующим замоноличиванием стыков. Арматура, проходящая в каналах нижних полок балок или поясов ферм, напрягается одновременно в двух направлениях с заполнением каналов раствором после анкеровки стержней. Сборные покрытия выполняются из железобетонных или армоцементных тонкостенных коробчатых элементов. Стенки и днища квадратных в плане коробов со сторонами от 1 до 3 м армируют сетками. Сборные кессонные конструкции способны перекрывать пролеты до 60 м при высоте коробов от 1/20-1/30L. 8.2. Структурные конструкции покрытия Структурами обычно называют системы стержней, сходящихся в узлах и расположенных в пространстве в строгом геометрическом порядке. Структурно-организованное пространство сложно представить в виде множества неделимых ячеек – элементарных многогранников – тетраэдра; куба; некоторых пирамид. Металл является основным материалом структурных покрытий. Этому способствуют такие качества металлических конструкций, как возможность использования высокопроизводительных механизированных процессов изготовления узлов и стержней при высокой точности исполнения. Структурные покрытия из металлических стержней требуют минимальных трудозатрат при монтаже. Будучи полностью готовыми для сборки, элементы нуждаются только в сблачивании, которое можно выполнять на уровне пола. Стержнями металлических структур служат трубчатые профили или профили из швеллера и уголков. 8.2.1 Стержневые металлические структуры Стержневые структуры представляют собой систему пространственных перекрещивающихся ферм из металлических труб или прокатных профилей (уголок; двутавр; швеллер). Верхний и нижний пояс структурной плиты из стержневых элементов образуется из квадратных ячеек (рис.8.5). 84 Обозначения на плане: 3000 - верхний пояс - нижний пояс - узел верхнего пояса - узел нижнего пояса 3000 h=(1/15-1/25) L Рис.8.5. Общая схема металлического структурного покрытия Конструкции узловых элементов чрезвычайно разнообразны. Для трубчатых элементов наиболее логична конструкция узла, где главным соединительным звеном является болт, соосный со стержнями и работающий на продольные усилия. Существуют две композиционные схемы этого узла: болт, выходя из трубчатого стержня, ввинчивается в узловой элемент; болт, выходя из узлового элемента, ввинчивается в трубчатый стержень. По первой схеме выполнен изобретенный в довоенные годы в Германии узел «Меро», отличающийся универсальностью и простотой монтажа и считающийся наиболее совершенным из всех существующих, а также созданный на его основе узел «МАрхи» (рис. 8.6.). Вторая схема использована в узлах NS (Япония) и Октант (Россия). Основу узлового соединения составляет универсальный полусферический элемент диаметром 100 – 120 мм, имеющий радиальные нарезные отверстия, соосные стержням решетки. Он обеспечивает строгую центровку стержней, трубчатые стержни снабжены специальными наконечниками, состоящими из вкладыша, привариваемого к концу трубы, и болта со штифтом, продеваемого сквозь вкладыш и шестигранную втулку. Сопряжение стержня с узловым элементом осуществляется вращением втулки, ввинчивающей болт в соответствующее нарезное отверстие. После затяжки болтов соединение получает необходимую прочность, обеспечивающую передачу усилий в растянутых и сжатых стержнях. Собранные плиты трубчато-стержневой конструкции опираются на колонны непосредственно в узлах соединений или через опорные пирамиды. 85 а) узел Меро б)узел МАрхи Рис.8.6. Металлические узлы первого типа Рис.8.7.Модуль типа «Кисловодск» 86 Структурное покрытие является, прежде всего, стержневой плитой и поэтому основные принципы проектирования сплошных плит справедливы и для них. Особенности структурного покрытия: 1. Наиболее выгодной формой прямоугольных плит является квадратная. 2. Чем чаще расположены опоры по контуру, тем лучше, хотя польза от слишком частого их расположения становится незаметной. В наихудших условиях работает плита, опертая по углам. 3. Эффективен конструктивный прием постановки опор с некоторым отступом от контура покрытия. Образующиеся консольные свесы способствуют снижению величин изгибающих моментов в пролете, причем создается самостоятельный планировочный модуль, легко поддающийся блокировке с другими подобными модулями. Сплошностенчатые структурные конструкции не типичны для исполнения в металле. Тем не менее известны примеры создания покрытий в виде пирамид из алюминиевых листов толщиной 2-4 мм, обращенные вниз вершины которых соединены стержневой сеткой. 8.2.2 Армоцементное структурное покрытие. Конструктивные формы структурных покрытий из древесных материалов, пластмасс, железобетона и армоцемента основаны на использовании форм сплошностенчатых пирамид, чаще всего четырехгранных. Возможны два способа расположения пирамид – вершинами книзу и вершинами кверху. Каждый из них формирует свою специфическую пластику потолка и решающим образом влияет на интерьер (рис. 8.8). Рис.8.8. План по ребристым плитам и пирамидальным элементам 87 1490 80 Конструкция покрытия в виде регулярной структурной плиты из армоцементных элементов разработана в Ленинградском зональном научноисследовательском институте (НИИЭП). Конструкция покрытия представляет собой плиту регулярной структуры, собранную из двух основных типов элементов – пирамидального элемента и ребристой плиты (рис.8.9). 1 50 280 2 850 3 3000 100 240 1500 1500 Рис.8.9. Схема элементов армоцементного структурного покрытия: ребристой плиты и пирамидального элемента. Пирамидальный элемент размером в плане 3×3 м и высотой 0,9м отформован в виде четырёх равносторонних пирамид. Пирамиды образуются армоцементными гранями, утолщенными армированными ребрами и уширенной вершиной, диагонально расположенной относительно основания. Углы оснований и вершины пирамид снабжены закладными пластинами, приваренными к рабочей арматуре. Закладные детали служат для соединения пирамидальных элементов между собой и с ребристыми плитами. Для восприятия опорных реакций грани и ребра пирамид, опирающихся на колонну, усилены. Ребристые рядовые плиты размером 1,5×1,5 м и высотой рёбер 0,1м и толщиной полки 15мм опираются срезанными углами на вершины пирамид. По периметру покрытия устанавливаются окаймление и угловые ребристые плиты Г- образного сечения. Собранная плита высотой 1м может перекрыть сетку колонн 18×18 м; 12×12 м или пролёт 24м. Сборка пространственных каркасов ведётся в специальных кондукторах. На земле собирается блок размером не более 3×12 м, затем он устанавливается в проектное положение на временные опоры. 88 Структурная плита, собранная из армоцементных элементов, может применяться для покрытий зальных помещений общественных зданий. Рис.8.10. Фрагмент сборного структурного покрытия из армоцементных плит Применение структурных конструкций в современном строительстве позволяет: - перекрывать помещения с любой конфигурацией плана; - существенно облегчать массу покрытия, повышая за счет этого эффективность работы конструкции на полезные напряжения - за счет многократной повторяемости унифицировать элементы и узловые детали, обеспечивать поточное их изготовление. - легко и удобно транспортировать сборные элементы. - свести работу на строительной площадке к простой быстрой сборке элементов. Недостатками является: повышенная трудоёмкость изготовления элементов и трудность выполнения узлов по сравнению с традиционными. 8.3. Оболочки Оболочкой называется пространственная конструкция, форма которой образована перемещением образующей по направляющей. В зависимости от формы образующей и направляющей оболочки подразделяют на оболочки 89 одинарной положительной кривизны (цилиндрические оболочки), конусоидальные оболочки (складки), оболочки двойной положительной кривизны, оболочки отрицательной гауссовой кривизны. Конструкция оболочки состоит из трех основных элементов – тонкой оболочки, бортовых элементов и торцевых диафрагм. Материалом для устройства оболочек может служить железобетон, дерево, армоцемент, металл. Железобетонные оболочки выполняются в виде монолитных конструкций. При классификации оболочек, определяющее значение имеет признак статической работы конструкции. По этому признаку оболочки подразделены на два класса - распорные и безраспорные. К безраспорным оболочкам относятся цилиндрические и конусоидальные (складки) оболочки. Данные конструкции могут воспринимать распор только за счёт специально установленных диафрагм. К распорным - относятся купола, своды и оболочки отрицательной кривизны. Оболочки нулевой гауссовой кривизны, применяемые для покрытия прямоугольных помещений могут быть гладкие, ребристые, складчатые, цилиндрического и параболического очертания. Рис.8.11.Разновидности оболочек: а - длинная цилиндрическая оболочка; б - то же, короткая; в - оболочка двойной положительной кривизны; г - пологая (парусная) оболочка с квадратным планом; д -волнистый или багарный свод; е - оболочка типа гиперболического параболоида. 90 8.3.1. Цилиндрические своды-оболочки Цилиндрические своды-оболочки характеризуются двумя параметрами: пролетом l1 (расстояние между опорами) и длиной волны или шириной оболочки l2 . соотношение параметров l1и l2 в значительной мере определяет характер работы оболочки. Чем оболочка длиннее (больше l1), тем ее работа ближе к работе балки. Чем короче, тем она больше напоминает работу арки. Своды оболочки делят на две группы: длинные и короткие, переход оболочек из одной группы в другую делают условно. Например, железобетонные оболочки при l1≥ l2 считаются длинными, а при l1≤ l2 – короткими (рис.21). Длинные железобетонные оболочки перекрывают пролеты от 15 до 30 м, бывают случаи перекрытия 36 и 50 метров. Оболочки бывают монолитными, сборными и сборно-монолитными. Использование длинных оболочек в качестве покрытий зданий позволяет достигнуть некоторой экономии материала по сравнению с плоскими покрытиями. В то же время они характеризуются повышенной строительной высотой, что увеличивает отапливаемый объем помещения. Сборные длинные оболочки бывают двух типов. Элементы первого типа совмещают в себе оболочку и бортовой элемент, объединенные в одну систему напрягаемой арматурой, проходящей через каналы в бортовых элементах (рис.8.12). Монтаж таких конструкций сложен. Плиты оболочки второго типа отделены от бортового элемента. Недостатком такой конструкции является сложность изготовления шпоночного шва между плитами и бортовыми элементами. Основные размеры в плане типовых сборных оболочек 12×18; 12×24; 12×36. Приведенная толщина конструкции составляет 8-9 см, расход арматуры 13-15 кг/м2. направляю щ ая бортовой элем ент кривая дуга круга параболы (образую щ ая) диаф рагм а Рис.8.12. Схема цилиндрической оболочки Основные пропорции длинных оболочек и их сечения при обычных пролетах (36 м) назначают, исходя из конструктивных и технологических соображений. Полную высоту оболочки h принимают равной 1/10-1/15 l1, а стрелу подъема f равной 1/6-1/8 l2. Примерная высота бортовых элементов 1/20-1/30 l1. Монолитные оболочки делают гладкими толщиной 1/200-1/300 l1 и не менее 5 см. Плиты сборных и сборно-монолитных оболочек обычно делают ребристыми с толщиной, примерно вдвое меньшей. 91 При малых пролётах (до 24м) цилиндрические оболочки устраивают из цельных сборных элементов – плит КЖС (рис.8.13). Рис.22. Длинная цилиндрическая оболочка Рис.8.13. Короткие оболочки Оболочки допускают устройство в них продольных световых проемов шириной не более ¼ от l2.при условии компенсации удаленной тонкостенной части ребрами. Рис.8.14. Пример применения цилиндрических оболочек в Румынии Короткая цилиндрическая оболочка – плита оболочка КЖС (сегментная плита оболочка) Сегментная плита-оболочка П-образного сечения размером 3×18 и 3×24 м, представляет собой короткий цилиндрический свод-оболочку с двумя боковыми ребрами – диафрагмами сегментного очертания (рис.8.15). Высота плиты на опоре Н на опоре – 140-145 мм; высота в центре свода Н в коньке – 1000 – 1050 мм; 92 толщина оболочки в пролете 30 мм; толщина стенки бокового ребра 40 мм; внутренняя поверхность бокового ребра имеет уклон 1:25. Плита оболочка формируется из бетона класса В30. Плита опирается на нижележащие конструкции четырьмя стальными пятами, расположенными в ее углах и обеспечивающими заанкеривание затяжек. Опирание плит в пролете не допускается. В оболочке могут быть предусмотрены отверстия. Плиты устанавливаются поперёк пролёта на продольные балки с шагом колонн 6 и 12м. Для шага колонн 6м балки прямоугольного сечения, высотой 600мм и шириной 250мм для шага колонн двутаврового сечения высотой 1200мм и шириной верхнего тавра 400 мм. Плиты-оболочки опираются на продольные балки через опорные столики с листовыми шарнирами. Жесткое крепление, создающее защемление плит-оболочек, не допускается. Опалубочные размеры плиты оболочки КЖС Рис.8.15. Конструкция плит – оболочек КЖС 93 Покрытия из плит оболочек размером 3×18 и 3×24 м. разработаны НИИЖБом. Данная конструкция широко применяется для покрытия зальных помещений общественных зданий. 8.3.2 Складки Складчатые конструкции проектируют чаще, чем цилиндрические оболочки в связи с большей технологичностью формы. Конструктивно складки представляют собой пространственную систему из наклонных к горизонту (обычно не менее 300) плоских плит, верхние и нижние кромки которых жёстко соединены и работают совместно. Сплошностенчатые складки чаще всего выполняются в железобетоне. Складки из металла делают решетчатыми. Разнообразие архитектурных композиций из складок неисчерпаемо. Плоские треугольные, прямоугольные, трапециевидные и шедовые формы складок в различных их комбинациях способны перекрывать прямоугольные, многоугольные, круговые в плане здания (рис.8.16) диафрагма 300 290 200 12 00 360 1130 90 300 600 18 200 16 22 60 1780 10 Рис.8.16. Треугольная складчатая конструкция Складки относятся к безраспорным пространственным конструкциям покрытий.Пространственная жесткость складок и восприятие распора обеспечивается торцовыми рёбрами и промежуточными диафрагмами, монолитно связанными с гранями складки. Распор смешенных складок взаимно погашается и только в крайних складках воспринимается диафрагмами. Сплошностенчатые складки чаще всего выполняются в железобетоне в монолитном, сборном, сборно-монолитном вариантах. Обычные размеры пролетов 12-36 м. Высота складок принимается равной от 1/20 до 1/10 пролета. Толщина монолитных плит-граней 4 – 6 см, сборных – до 3 см, армоцементных – 2-3 см. тонкие стенки плит при необходимости подкрепляют ребрами, образующими примерно квадратные поля. Узлы сопряжения складчатых элементов между собой и с наружными стенами представлены на рис.8.17 и 8.19. 94 Пенополистирол-50 Холод, хсф, мастика-10 Цемент выравнив слой по мет стенке Керамзит с песком мм по укл ж/б складка 120мм Бронированный руберойд Гидроизоляция - 3 слоя Стеклоткань на охлаждённой битумной мастике Пенополистирол -50мм Холодна асфальтовая мастика -10мм Цемент выравн слой по мет стенке-20мм Ск 15-2А - 60 мм Рис.8.17. Устройство кровельного ковра в складках Возможности складчатых систем не ограничиваются только покрытиями. Переходя в стеновые вертикали, они позволяют создавать в едином конструктивном стиле сооружения зального или павильонного типа(рис.8.18). Рис.8.18. Сооружения из складчатых конструкций 380 120 130 65 510 10 Рис.8.19. Заделка складки в кирпичную стену 95 8.3.3 Шедовые конструкции покрытия Из цилиндрических, располагая их наклонно, создаются “шедовые” покрытия, которые могут иметь зубчатые или пилообразные профили, пролёт до 48м при длине волны 12м. (рис.8.20). пилообразны й проф иль l1 – пролёт до 48м, при длине волны l2 =12м Разновидностью шедовых конструкций покрытия являются коноиды к о н о и д ы 12м 96 350 7200 480 60 А 4500 250 А 140 431 0 15 0 1400 7600 9000 590 8410 590 Параболические цилиндрические шедовые оболочки (Чехия) 60 00 23 80 92 41,78 400 1710 5405 7530 Пологие круговые цилиндрические шедовые оболочки в Киле (Германия) Рис.8.20. Виды шедовых оболочек Преимущества тонкостенных оболочек: 1. совмещение несущих и ограждающих конструкций; 2. экономность в расходах строительных материалов; 3. повышенная жесткость и прочность; 4. Возможность перекрыть большой пролёт. Недостатком тонкостенных оболочек является относительно большая трудоёмкость их изготовления. 8.3.4. Жесткие оболочки двоякой кривизны Из этой группы оболочек в покрытиях общественных зданий применяют своды (волнистые, складчатые, бочарные), купола, пологие оболочки положительной гауссовой кривизны. Все эти конструкции распорные. При этом только своды и купола имеют многовековую историю, остальные созданы в XX веке. 97 Волнистые, складчатые и бочарные своды используют для покрытий прямоугольных в плане помещений. Эти конструкции представляют собой современную интерпретацию классических каменных сводов. С переходом к железобетону, армоцементу, металлу, материалам, прочность которых существенно выше, чем у каменной кладки, стало возможным значительно увеличить величины перекрываемых пролетов при тонкостенной несущей конструкции. Однако при больших пролетах и нагрузках в работающей на сжатие тонкостенной конструкции свода возможна местная потеря устойчивости. Для повышения устойчивости своду придают специальную профилировку (волнистую, складчатую) в направлении, перпендикулярном пролету. Волнистый свод имеет аналогичные аркам условия статической работы и одинаковые расчетно-конструктивные схемы – двух-, трехшарнирную или бесшарнирную. Стрела подъема свода 1/6 – 1/10 пролета, ширина отдельной волны 3-12 м. Распор сводов воспринимают фундаменты, затяжки, контрфорсы, несущие конструкции смежных помещений. Разработаны типовые конструкции сборно-монолитных волнистых и складчатых сводов для пролетов 18-36 м. В уникальных зданиях сборномонолитные своды применены для пролетов от 75 до 95 м. Сборные конструкции волнистых сводов монтируют из отдельных плоских или криволинейных плит размером 3×6 мс укрупненной сборкой на месте строительства в волу свода. Сборные волны-оболочки соединяют друг с другом сваркой по закладным деталям или арматурным выпускам и замоноличиванием швов. Передача нагрузки от сборного волнистого свода на опорные конструкции осуществляется через специальные опорные балки. Балки устраивают сплошного сечения при пролетах до 24 м, коробчатого при больших пролетах. Деформационные швы по длине свода устраивают через 40-50 м и заполняют их упругими прокладками. Примыкающие к шву волны усиливают поперечными диафрагмами, а край волны – продольным ребром (рис.8.21). 98 ПОДСВОДНАЯ БАЛКА С ВОДОСБОРНЫМ ЖЕЛОБОМ т ле о Пр 00 40 КОНТРФОРСЫ ЧЕРЕЗ 10-12М Гравий втопленный в битум Трёхслойный рубероидный ковёр Цементная стяжка, армированная тканой стальной сеткой 30 Пергамин - 1 слой Пенополистиролцемент 100 2 слоя рубероида на мастике Армоцементная оболочка 30 Затяжки из швеллера №5 (только в торцовой оболочке) через 2,5-2,8 м СТЫК 2х1000 1000 Рядовая оболочка Монтажные стыки оболочек 9 1400 535 7 23 Выпуски арматуры ф18 1400 Длина дуги 13780 132 Длина дуги 14046 Отверстия ф20 для установки монтажных затяжек Цементный раствор марки 900 Закладной элемент из -60х6; L 80 2*ф8; L 120 10 10 R5 05 70 1980 20 20 1400 1400 6822 10 Посредник ф 20; L 80 1400 831 535 550 1000 70 БОЛТЫ М18 Накладка -200х10 L 160 РЯДОВАЯ ОБОЛОЧКА 30 ТОРЦОВАЯ ОБОЛОЧКА ФАРТУК ИЗ ОЦИНКОВАННОЙ КРОВЕЛЬНОЙ СТАЛИ 254 2500 2800 2х1400 13908 Закладные крепежные элементы Рис.8.21. Сводчатое покрытие из сборных армоцементных оболочек пролетом 40 м 99 8.3.5 Купольные покрытия Современные тонкостенные конструкции куполов принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, которые позволяют перекрыть пролеты до 150 м при толщине оболочки в 1/600 – 1/800 пролета. В классических каменных куполах это соотношение составляет 1/10 – 1/12 пролета. Однако основные отличия современных купольных конструкций от традиционных связаны со своеобразием формы поверхности (волнистой,складчатой), обусловленной необходимостью повышения местной устойчивости тонкостенной оболочки. Купол, в основании которого круг, имеет поверхность, образованную вращением кривой (арки) вокруг центральной оси. В зависимости от образующей кривой, купола могут иметь сферическую форму, параболическую, стрельчатую и эллиптическую(рис.8.22). парабола стрельчатая образующая ось направ сфера эллипс f-стрела подъема купола относится к оболочкам положительной кривизны. Рис.8.22. Очертания куполов Преимуществами купольных конструкций является равномерное распределение усилий по конструктивному элементу, что приводит к наиболее эффективному использованию материала. Жесткость конструкции порождает сама форма, так как она не развертывается в плоскость, тем самым образуется дополнительный резерв несущей способности конструкции. Выпуклая форма купольных покрытий обеспечивает простую систему водоотвода. При применении данных конструкций можно отметить следующие недостатки: 1. увеличивается строительный объем помещений особенно при большой стреле подъема. 2. они неблагоприятны в акустическом отношении, так как форма покрытия способствует фокусированию звуковой энергии. Наибольшая 100 фокусировка звука имеет место в тех случаях, когда радиус кривизны купола близок к высоте помещения. 3. Для возведения купольных покрытий необходимы специальные устройства (леса, подмости). Современные купола решаются из железобетона, армоцемента, металла и дерева, могут быть решены в сплошных и стержневых конструкциях. В куполах, также как и в арках, возникает распор, который воспринимается нижним опорным кольцом. Кольцо воспринимает растягивающее усилие. В верхней части купола устраивают верхнее опорное кольцо, которое служит для аэрации и освещения здания, а также оно необходимо для ведения монтажных работ по устройству купола. В верхнем опорном кольце возникают снимающие усилия. По конструктивным формам купольные покрытия могут быть: гладкие, ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые, геодезические, волнистые и складчатые. 1. Гладкий купол Конструкция гладкого купола наиболее экономична, применяется в монолитном строительстве для покрытий диаметром до 150 м. Купол имеет внутреннюю и внешнюю гладкую поверхность и осуществляется из монолитного железобетонного кольца. Нижнее опорное кольцо купола 2. Ребристые купола образуются при помощи полуарок прямоугольного сечения, по которым укладывается ограждающая конструкция. Ребра опираются на нижнее растянутое и верхнее сжатое опорное кольцо. Между ребрами устанавливаются прогоны и связевые элементы, обеспечивающие пространственную жесткость купола. Ребристые конструкции предусматривают в конструкциях сборных куполов диаметром до 70 м 3. Ребристо-кольцевые купола имеют не только меридиональные ребра, но и равномерно-распределенные по высоте купола горизонтальные 101 кольца, играющие роль жестких железобетонных связей. Толщина оболочки купола ≈ 1/600 от пролёта. Например, при пролете L=90м, δ1=150мм – толщина у верхнего опорного кольца, δ2=310мм – толщина у нижнего опорного кольца. Все нагрузки воспринимают элементы колец и полуарок, поэтому ограждающие конструкции могут быть очень легкие, допустимо применение остекления. Пример, цирк в Киеве пролетом L=42м, с высотой подъема f=8м разрезан 32 меридиональными полуарками и 5 кольцами. 4.Сетчатый купол Сетчатый купол представляет собой систему стержней с узловыми соединениями, вписанными в сферическую поверхность. В качестве стержней используются стальные и алюминиевые трубы, в одном узле сходятся 6-8 стержней. фонарь кровля остекление Для уменьшения деформативности стержневая сетка должна максимально соответствовать форме криволинейной поверхности купола, что достигается изменением размеров элементов сетки, начиная от опорного кольца и до вершины (диаметр трубы внутри 12мм, вверху 38мм). 5. Геодезический купол - это многогранник, имеющий треугольные, ромбические или многоугольные грани. Все узлы геодезического купола лежат на сферической поверхности, а ребра это хорды. 102 В отличие от сетчатых куполов все элементы геодезического купола однотипные. Каждый элемент может быть плоским или пространственным и совмещать в себе несущие и ограждающие функции. Материалом геодезического купола является алюминий. 6.Волнистый и складчатые купола имеют поверхность, состоящую из оболочек двоякой кривизны и складок, сходящихся к полюсу купола. Такие купола применяют в покрытиях до 80 м. Их выполняют монолитными и сборно-монолитными из сопряженных сегментов оболочек-волн одинарной или двоякой кривизны. Несмотря на больший, чем у гладких куполов, расход материала, волнистая (складчатая) конструкция обладает рядом преимуществ: благодаря открытым наружным торцам волн обеспечивается полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств и устройство входов, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасадов и интерьера здания. Недостатком является сложность устройства утепления кровли. Зонтичный купол Характерным примером складчатой сборно-монолитной железобетонной конструкции купола является покрытие Даниловского рынка в Москве, а складчатой металлической конструкцией купола – покрытие здания цирка на Ленинских горах в Москве. 8.3.6 Оболочки отрицательной гауссовой кривизны – гипары Возможность использования покрытий с поверхностью отрицательной гауссовой кривизны привлекает строителей возможностями повышения устойчивости, обеспечения хороших акустических качеств за счет рассеяния отраженных звуковых волн, уменьшения строительного объема зданий по сравнению с покрытиями положительной кривизны при одинаковой стреле подъема, архитектурной выразительностью формы. Самой распространенной конструкцией среди оболочек отрицательной гауссовой кривизны является 103 поверхность гиперболического параболоида. Такая поверхность образуется скольжением образующей параболы ветвями вниз по направляющей параболе ветвями вверх. Образованная при этом седловидная поверхность в пересечениях с горизонтальными плоскостями дает гиперболические, а с параллельными асимптотами – прямые линии. Оболочки отрицательной гауссовой кривизны с линейчатой поверхностью гиперболического параболоида(рис.8.23). парабола поверхность в ф орме седла гипербола О днополостной гиперболоед Рис.8.23. Общая схема формообразования гипар Покрытие в форме гипаров осуществляется из монолитного и сборного железобетона, армоцемента, металла, дерева с гладкой внутренней поверхностью, с контурными бортовыми рёбрами. Оболочки в форме гипаров создают распор воспринимаемый преднапряжёнными затяжками или контурными рёбрами. Преимущества гипаров: - равномерное распределение усилий по всей поверхности, пространственная жёсткость и устойчивость, возможность использования в качестве покрытий помещений разнообразных форм в плане (прямоугольный, овальный и др.) возможность применения конструктивных прямоугольных элементов (опалубки, арматуры) простота отвода атмосферных вод. В монолитном строительстве наиболее часто встречается фрагмент поверхности гипара – лепесток. Этот лепесток проектируется на горизонтальную поверхность ромбом или параллелограммом. Конструкция оболочки в виде однолепесткового гипара – распорная. Распор воспринимают затяжкой или передают на фундамент через наклонные опоры. Одинарные лепестки применяют для покрытий пролётом 18-70м. Стрелу подъёма назначают (1/6-1/8)L, толщина 1/400-1/600L, при L > 30м края железобетонного гипара усиливают контурным ребром. При L > 50м 104 краевой элемент опирают на самостоятельные опоры, которые совмещают с наружными ограждающими конструкциями (рис.8.24). Рис.8.24. Однополостной гипар Наибольший интерес среди оболочек отрицательной кривизны представляют гиперболический параболоид и однополостной гиперболоид вращения, важнейшими свойствами которого является линейчатость поверхности. Гиперболический гиперболоид (гипар) получил распространение благодаря архитектурным и конструктивным особенностям форм, большой жёсткости и несущей способности, хорошим экономическим и эксплуатационным качествам возможности формообразования разнообразных и интересных систем. Размеры перекрываемого плана находятся в пределах от 10 до 70м (100м). Гипары, возводимые из железобетонных элементов линейчатой поверхности, позволяют упростить опалубку и армирование конструкции.Гипар принадлежит к поверхностям двоякой разнозначной кривизны, центры его кривизны лежат по разные стороны поверхности. Гипары имеют две разновидности: в одном случае линии главных кривизн поверхности направлены вдоль диагоналями основания, а в другом – линии главных кривизн параллельны сторонам основания. Покрытия гипаров бывают одиночными и составными (рис.8.25). 105 Рис.8.25. Виды составных оболочек отрицательной кривизны 8.3.7 Оболочки двоякой положительной кривизны Тонкостенная оболочка двоякой положительной кривизны образуется путём перемещения кривой кругового, параболического очертания в двух направлениях. Оболочки предназначены для перекрытия планов, близких к квадратным. Оболочка опирается как бы на четыре угла, такое опирание ставит конструкцию в тяжелые условия работы. Во избежание этого контур оболочки опирают на жесткие поддерживающие конструкции – диафрагмы, роль которых выполняют арки, сегментные фермы, стены с закругленными фронтами. Диафрагмы не только поддерживают оболочку, но и работают с ней совместно, воспринимая усилия сдвига, развивающиеся в ней по контуру (рис.8.26). направляю щ ая кривая кривая образую щ ая стрела подьёмная -б о ч а р н ы й свод д и аф р агм а п о кон туру Рис.8.26. Общая схема оболочки двоякой положительной кривизны 106 В зависимости от соотношения стрелы подъема к перекрываемому пролету оболочки могут быть вспорушенными, пологими или образовывать парусный свод. При h 1 1    вспорушенные  1 4 h 1 1   - пологие  5 6 l1= l1 –парусный свод Железобетонные пологие оболочки способны перекрывать помещения с прямоугольным планом, близким к квадрату, в широком диапазоне от 18 до 100 м. Широкое распространение в строительстве имеют сборно-монолитные конструкции оболочек. Плиты сборных оболочек имеют толщину от 3 до 5 см и усилены контурными и диагональными ребрами. Приведенная толщина покрытия колеблется в пределах 8 – 15 см. Рис.8.27. Сборно-монолитный вариант оболочки двоякой положительной кривизны Разновидностью оболочек двоякой положительной кривизны являются волнистый и крестовый своды (рис.8.28). волнисты й свод 107 крестовый свод Рис. 8.28. Виды оболочек двоякой положительной кривизны Вопросы для самоконтроля по лекции: 1. Особенности перекрытия металлическими перекрестными конструкциями. 2. Особенности перекрытия деревянными перекрестными конструкциями. 3. Особенности перекрытия железобетонными перекрестными конструкциями. 4. Что такое структура. 5. Особенности проектирования металлических структур. 6. Формообразование армоцементных структур. 7. Из каких конструктивных элементов состоит армоцементное структурное покрытие. 8. Преимущества и недостатки структурных конструкций покрытия. 9. Какую конструкцию называют оболочкой. 10. Классификация оболочек. 11. Какие виды оболочек относят к распорным, а какие – к безраспорным. 12. Особенности проектирования цилиндрических оболочек. 13. Особенности проектирования складчатых конструкций. 14. Формы и виды куполов. 15. Преимущества купольных покрытий. 16. Чем воспринимается распор в покрытии. 17. Какие усилия возникают в верхнем и нижнем опорных кольцах куполов. 18. Конструктивные формы купольных покрытий. 19. Как образуется оболочка двоякой положительной кривизны. 20.Какие конструкции выполняют роль диафрагм жесткости и какие усилия они воспринимают. 21.Виды оболочек в зависимости от стрелы ее подъема. 22. Перечислите положительные аспекты применения оболочек отрицательной кривизны. 23. Как образуется поверхность оболочки отрицательной гауссовой кривизны. 24. Конструктивные особенности однолепесткового гипара. 25. Разновидность гипар в зависимости от расположения линий главных кривизн. 108 Лекция 9.Висячие конструкции покрытия гражданских зданий и мягкие оболочки 9.1. Висячие конструкции покрытия Висячие конструкции наряду с покрытиями из тонкостенных жестких оболочек являются наиболее экономичными конструкциями большепролетных покрытий. Они изобретены и впервые применены в 1896 году В.Г. Шуховым, но широкое внедрение в строительство получили только со второй половины XX века, когда уровень развития строительной техники существенно возрос. Такие покрытия применяют преимущественно для пролетов свыше 60 м в спортивных, зрелищно-спортивных зданиях, выставочных павильонах, аэровокзалах. Висячие конструкции выполняют из металла – тросов, прутков, тонколистовых мембран, сеток, металлических лент (рис.9.1). Принципиальными особенностями, определяющими специфику висячих систем, являются их высокая деформативность и аэродинамическая неустойчивость. 9.1.1. Вантовые конструкции покрытия Работа пролетного строения на растяжение обеспечивает максимальное использование несущей способности материала по сравнению с условиями его работы в изгибных или сжимаемых конструкциях. Именно это преимущество определяет минимальную массивность и экономичность пролетного строения. Рис.9.1. Схема вантовой конструкции покрытия Однако минимальная массивность при больших относительных деформациях металла тросов, определяет и повышенную деформативность висячей системы – способность к кинематическим перемещениям при воздействии сосредоточенных нагрузок на покрытие и опасность потери общей устойчивости системы при ветровом относе, происходит «выхлоп» в сторону, обратную провису. Для устранения этих недостатков предусматривают специальные меры, которые обеспечивают стабилизацию формы, но приводят к удорожанию конструкции. Стабилизацию выполняют 109 за счет увеличения массы покрытия, введения изгибно-жестких элементов в систему или за счет ее предварительного напряжения (рис.9.2). Стабилизация вант пригрузом выполняется с помощью железобетонных плит покрытия, которые с помощью арматурных выпусков крепят к тросам с последующим замоноличиванием швов. В шатровых покрытиях стабилизацию формы покрытия может обеспечить предварительное натяжение системы за счет подъема средней стойки или опускания опорного контура. а) б) Рис. 9.2. Виды стабилизации вант а) б) Рис.9.3. а)Крепление железобетонных плит к вантовым тросам, где 1- вантовый трос; 2-плита; 3- утеплитель; 4-стяжка; 5-мет. петля б)устройство кровли; 1-вантовый трос; 2-профильный настил; 3-крепеж; 4утеплитель; 5-укрывной кровельный материал. В зданиях с прямоугольным разомкнутым опорным контуром распор однопоясной системы передают на внешние оттяжки, опоры зрительских трибун (рис.9.4). 110 Рис. 9.4. Восприятие распора Висячие конструкции представляют собой распорную систему и осуществление конструктивных мероприятий по восприятию распора является вторым удорожающим конструкцию фактором. Чаще всего распор передают на опорный контур системы. Очертания опорного контура висячего покрытия образуются по линии пересечения поверхности покрытия с наружными стенами. Усилия передаются на рамы, контрфорсы, или оттяжки, опоры зрительских трибун или на несущие конструкции примыкающих пристроек. По геометрическому признаку различают однопоясные покрытия из тросов и стержней, мембранные покрытия из стальных листов, покрытия из системы изгибно-жестких элементов, седловидные покрытия из сеток или металлических лент. Наибольшим архитектурным своеобразием и индивидуальностью обладают комбинированные формы покрытий (рис.9.5). Рис.9.5. Седловидная форма покрытия висячих конструкций Однопоясные конструкции проектируют со стрелой провиса от 1/17 до 1/25 пролета и применяют для покрытий зданий с прямоугольной, круглой или эллиптической формой в плане. Покрытие над прямоугольным залом выполняют из системы параллельных стержней или тросов с кривой провиса в виде квадратной параболы, над круглым – из системы радиальных тросов с кривой провиса по кубической параболе. Покрытие над круглым залом с центральной опорой имеет форму шатра. Покрытие с центральной опорой проектируют для зданий рынков, без нее – для зрелищных, спортивных и выставочных залов (рис.9.6.). 111 Рис.9.6. Покрытие из тросовых ферм а) б) Рис.9.7. а) Мембранное покрытие; б) Висячее покрытие с центральной опорой 9.1.2 Мембранные покрытия Мембранные покрытия получили развитие в связи со становлением специализированных заводов металлических конструкций, позволяющие изготовлять тонколистовые (2-5 мм) рулонные заготовки шириной до 10 м и длиной на пролет. На строительстве рулоны раскатывают по специальной «постели» из направляющих. В качестве направляющих используют стальные полосы, балки или висячие фермы. Элементы постели обеспечивают одновременно стабилизацию покрытия. Продольные края «лепестков» соединяют друг с другом шовной сваркой или высокопрочными болтами (рис.9.7.). 112 Стрела провиса мембран составляет 1/15 – 1/20 пролета, форма поверхности покрытия на круглом плане – параболоид вращения, на эллиптическом – эллиптический параболоид. Преимуществом мембранных покрытий перед покрытиями из стержней и тросов является совмещение мембранной оболочкой несущих и ограждающих функций. 9.2. Мягкие оболочки Мягкие оболочки – особый класс пространственных конструкций, выполненных из материалов, обладающих высокой прочностью при растяжении и практически неспособных к сопротивлению каким-нибудь другим видам напряженного состояния. В строительстве используют ткани с покрытием из синтетических смол или пленки, армированные сетками. Наиболее распространенный материал – ткани с покрытием, состоящие из текстильной силовой основы и изолирующего покрытия с обеих сторон в виде пасты или привариваемой пленки. Кроме прочности и водо- и воздухонепроницаемости к материалам предъявляется ряд дополнительных требований: долговечность, негорючесть, морозостойкость, умеренная стоимость и технологичность. Срок службы мягких оболочек невелик и составляет в среднем 7-10 лет. Оболочки уникальных сооружений делают из специальных, дорогостоящих материалов (основа – стеклоткань, покрытие – политетрафторэтилен), они рассчитаны на эксплуатацию в течение 25-30 лет. Мягкие оболочки могут воспринимать внешние нагрузки только в состоянии предварительного натяжения. В строительных конструкциях оно может быть создано двумя способами: пневматическим и механическим. Первый способ приводит к созданию конструкций пневматических, второй – тентовых. Различают два вида пневматических конструкций: воздухоопорные и воздухонесомые. Существуют также и комбинированные конструкции, совмещающие признаки обоих типов. Воздухоопорная конструкция – это оболочка больших размеров, образующая целое здание. Поддерживается оболочка в состоянии способности противодействия внешним нагрузкам при сравнительно невысоком (200-500 Па) внутреннем избыточном давлении воздуха. Оболочка как бы опирается на множество невидимых колонн из сжатого воздуха, что и определило название – воздухоопорная (рис.9.8). 113 а) Оболочка Шлюз б) Вентилятор Рис.9.8. Принципиальные схемы пневматических конструкций: а) воздухоопорная конструкция; б) воздухонесомые конструктивные элементы. Для подачи воздуха под оболочку используются вентиляторы низкого давления, большой производительности, действующие непрерывно. Сжатый воздух стремится поднять оболочку, оторвать ее от основания, чему препятствуют опорные (анкерные) устройства. Наличие избыточного давления в эксплуатируемом пространстве заставляет принимать меры против его падения при открытии ворот или дверей. С этой целью устраивают шлюзы – камеры с двойными воротами. Формообразование таких оболочек подчинено физическим законам, т.е. форма должна соответствовать наибольшему объему, возможному при данном раскрое материала. И если материал малорастяжим, то образуются складки (морщины). В оболочке идеальной формы усилия от внутреннего давления воздуха одинаковы по всей поверхности и во всех направлениях (модель – мыльная пленка). Поскольку оболочки воздухоопорных сооружений работают на растяжение, величины их пролетов определяются только разрывной прочностью материала. Увеличение пролетов за счет повышения прочности материалов экономически целесообразно до 40-60 м. Перекрытие больших пролетов требует использования усиливающих канатов и сетей, принимающих на себя основные усилия растяжения, оставляя оболочке локальные функции перекрытия участков, ограниченных канатами. Расположение усиливающих элементов зависит от формы оболочки. Основные достоинства воздухоопорных зданий: 1.малый расход материалов; 2.возможность перекрытия больших пролетов; 3.быстрота монтажа; 4. низкая стоимость; 5. транспортабельность; 6. невозможность обрушения. К недостаткам воздухоопорных зданий можно отнести: необходимость поддержания постоянного давления, недолговечность, трудность ввода и 114 вывода крупногабаритной техники (обычно склады, хранилища, здания со сроком службы 7-10 лет, опалубка для бетонирования куполов). Уникальными считаются покрытия над спортивным залом из воздухоопорных оболочек. Воздухонесомые конструкции, в отличие от воздухоопорных, представляют собой не цельное здание, а только его конструктивные элементы – пневматические стержни (балки, стойки, арки, рамы) и панели. Пневмостержни используются как легкий каркас сооружениий, обтягиваемый в дальнейшем мягким покрытием. Из пневмопанелей создают пространственные конструкции – своды, купола. Несущая способность воздухонесомых конструкций (сопротивление сжатию, изгибу, кручению) обеспечивается высоким давлением воздуха в полностью замкнутом объеме. Высокое давление требует высокой степени герметичности. Другой недостаток воздухонесомых конструкций сводится к их высокой стоимости, в 3-4 раза выше чем у воздухоопорных, а также ограниченность перекрываемых пролетов. Величина перекрываемых пролетов не превышает 18 м. Достоинства: нет избыточного давления воздуха и отпадает забота о его поддержании, теплотехнические показатели панельных конструкций несравненно выше, чем у однослойных воздухоопорных оболочек. К наиболее распространенным видам воздухонесомых конструкций относятся пневмоарки. Их экономически обоснованные пролеты находятся в пределах 10-20 м, хотя технические возможности гораздо шире. Например, в японском городе Осаке перекрыт выставочный павильон пневмоарками пролетом до 50 метров. Тентовые покрытия будучи чрезвычайно легкими, очень чувствительны к ветровому воздействию, как положительному, так и отрицательному (+ и - ). Тент, натянутый на плоский контур или закрепленный в точках, лежащих в одной плоскости, неустойчив под воздействием ветра и «полощет», что приводит к износу материала. Поэтому поверхность тента должна быть натянутой, чтобы тент в равной степени сопротивлялся нагрузкам противоположных направлений. Этому требованию удовлетворяют оболочки с поверхностью отрицательной гауссовой кривизны. Они испытывают двухосное растяжение. При приложении нагрузки любого знака натяжение по одной из осей возрастает (не доходя до разрывного), а по другой уменьшается (не доходя до 0). Этим обеспечивается жесткость формы тента, стабильность его поверхности. Тент может существовать, будучи закрепленным в 3-х точках и туго натянутым, однако при этом он будет нестабильным. Условия стабильной формы требует наличия 4-ой точки прикрепления, не лежащей в плоскости трех остальных. Эта 4-ая точка может находиться на контуре оболочки или внутри нее. Так же с замкнутым плоским контуром. Тентовым покрытиям свойственно бесконечное многообразие форм. При проектировании поверхности 115 тентового покрытия предполагают, что опорные конструкции обеспечивают равномерное натяжение оболочки во всех направлениях. Вопросы для самоконтроля по лекции: 1. Виды висячих конструкций покрытия. 2. Особенности применения и эксплуатации висячих систем. 3. Варианты стабилизации вант. 4. Виды пневматических конструкций покрытий. 5. Особенности эксплуатации воздухоопорных систем. 6. Формообразование мягких оболочек. 7. Достоинства и недостатки пневматических конструкций покрытия. 8. Особенности эксплуатации тентовых покрытий. 116 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проектирование общественных зданий должно полностью удовлетворять современным функциональным и эстетическим требованиям и обеспечивать экономичность строительства благодаря широкому применению прогрессивных объемно-планировочных и конструктивных решений, а также максимальному использованию индустриальных методов возведения зданий. Наиболее полно эти требования удовлетворяются в типовом проектировании, которое является ведущим направлением в проектировании массовых гражданских зданий. Изложены вопросы конструирования зданий наиболее распространенных строительных систем: крупно-панельных, каркасно-панельных и бескаркасных. В пособии рассмотрены узловые вопросы конструирования зданий по каркасной конструктивной системе. Предпочтение, оказываемое каркасным системам, связано с функциональными требованиями к гибкости объемнопланировочных решений общественных зданий и необходимости их неоднократных перепланировок в процессе эксплуатации. В приложении приведены узлы сопряжения основных конструктивных элементов каркасных зданий. Цель пособия – подготовить студентов к профессиональному решению задач проектирования массовых гражданских зданий путем освоения методики проектирования гражданских объектов, приближения учебного процесса к условиям профессиональной деятельности в проектной организации, обеспечения необходимой информацией, способствующей выработке подходов и навыков самостоятельного формирования, и разработки проектных решений. Пособие представлено в форме лекционного материала, что позволит студентам, при необходимости, самостоятельно изучить некоторые вопросы по проектированию гражданских зданий и быть компетентными при решении профессиональных задач. 117 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Маклакова. Т.Г. Архитектура. [Текст]/ Т.Г. Маклакова, С.М. Нанасова, В.Г Шарапенко, А.Е. Балакина. - М.: АСВ.2010г.-472с. 2. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Учебник в 5-ти томах. Том3. Жилые здания.[Текст]/ Под общей ред. К.К. Шевцова.- М.: Издво Интеграл 2013.-233с. 3. Маклакова. Т.Г. Конструкции гражданских зданий. [Текст]/ Т.Г. Маклакова, С.М. Нанасова. – М.: Изд-во АСВ,2000.-280с. 4. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания. [Текст]/ Под ред. А.В. Захарова. – М.: Стройиздат, 1993.-509с. 5. Маклакова. Т.Г. Проектирование жилых и общественных зданий. [Текст]/ Т.Г. Маклакова, С.М. Нанасова, В.Г Шарапенко. – М.: Высшая школа 1998.-399с. 6. . Викторова О.Л. Проектирование общественных зданий. Учебное пособие. [Текст]/ О.Л Викторова, В.М. Разживин, С.В. Зворыгина. - Пенза: ПГУАС 2007.-100с. 7. Викторова О.Л. Большепролетные конструкции общественных зданий. Учебное пособие. [Текст]/ О.Л Викторова, С.В Зворыгина, Л.Н. Петрянина - Пенза: ПГУАС 2010.-70с. 8. Викторова О.Л. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Проектирование гражданских зданий с применением индустриальных конструкций. Учебное пособие. [Текст]/ О.Л Викторова, В.М. Разживин, Л.Н. Петрянина. - Пенза: ПГУАС 2015.-107с. 9. Разживин В.М., Викторова О.Л., Петрянина Л.Н. Архитектура гражданских зданий. Функциональные основы проектирования зрительных залов с естественной акустикой. Учебное пособие. [Текст]/ В.М. Разживин, О.Л Викторова, Л.Н. Петрянина. Пенза: ПГУАС 2015.-107с. 10.СП 54.13330.2011 СНиП 31-01-2008 Здания жилые многоквартирные. М.: Минрегионразвития РФ, 2011 11.СП 55.13330.2011 СНиП 31-02-2001 Дома жилые одноквартирные. М.: Минрегионразвития РФ, 2011 12.СП 59.13.330.2012 СНиП 35-01-2001 Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения. М.: Минрегионразвития РФ, 2013 13.СП 118.13330.2012 СНиП 31-06-2009 - Общественные здания и сооружения М.: Минрегионразвития РФ.2013 14.СП 42.13330.2011 СНиП 2.07.01-89 – Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М.: Минрегионразвития РФ.2011 15.СП 4.13130.2013 Общие требования пожарной безопасности. М.:. Минрегионразвития РФ. 2013 16.Общесоюзный каталог. Серия 1.020-1/83. Сборные железобетонные изделия межвидового применения для каркаснопанельных общественных и промышленных зданий. – М.Стройиздат: 1983. 118 17. Общесоюзный каталог типовых конструкций и изделий. Сборники 3.01.МП – 1.92 и 3.01.МП – 3.92 Конструкции и изделия межвидового применения каркаснопанельных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий для обычных условий строительства. – М.Стройиздат: 1993. 18.Технические указания по герметизации стыков полносборных зданий полимерами http://www.promalpservice.ru/tekhnicheskie-ukazaniya-pogermetizacii-stykov-polnosbornyh-zdanij-polimerami.html 119 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1.Лекция 1. Основные виды гражданских зданий 5 2. Лекция 2. Общие принципы объемно-планировочных решений гражданских зданий 11 3. Лекция 3. Пожарная безопасность при проектировании гражданских зданий 16 4. Лекция 4.Конструктивные системы гражданских зданий 30 5. Лекция 5. Каркасно-панельные конструкции гражданских зданий 6. Лекция 6. Крупнопанельные гражданские здания 53 7. Лекция 7. Плоскостные конструкции покрытий гражданских зданий 69 8. Лекция 8. Пространственные конструкции покрытий залов гражданских зданий 81 9. Лекция 9.Висячие конструкции покрытий гражданских зданий. Мягкие оболочки. 109 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 118 ОГЛАВЛЕНИЕ 119 120 Учебное издание Составители: Викторова Ольга Леонидовна, АРХИТЕКТУРА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ Курс лекций. Учебное пособие. Редактор Набор и верстка Лицензия ЛР № Подписано в печать . Формат 6084/16. Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Усл.печ.л. . Уч.- изд.л. . Тираж 80 экз. Заказ№ Издательство ПГУАС Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ПГУАС. 440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28. 121