ВЫБОР КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ ЗДАНИЯ

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЗДАНИЯ

Предпосылки выбора конструктивного решения здания

Решение конкретных конструктивных задач начинается с уточнения основных геометрических параметров здания, характера протекающих в нем технологических процессов и всех особенностей площадки строительства, позволяющих сформулировать требования, которым должны удовлетворять конструктивные элементы здания. Полученные таким путем исходные данные дают возможность выявить все силовые и несиловые воздействия, которым подвергаются конструктивные элементы здания. Эти воздействия после их всесторонней качественной и количественной оценки группируются по природе их возникновения и по влиянию на характер протекающих в элементах здания последствий. При этом учитывается, что одни и те же воздействия могут оказывать на конструкцию как силовое, так и несиловое влияние и что сами они могут изменяться по величине, времени действия, степени повторяемости и вероятности достижения максимальных значений. Конструктивные элементы здания разделяют на несущие и ограждающие. Однако это разделение достаточно условно, так как многие из них могут выполнять те и другие функции одновременно. Сюда относятся стены, покрытия, перекрытия, перегородки, составляющие до 60...70% общей стоимости здания. К конструкциям, выполняющим ярко выраженные только несущие функции, относятся прежде всего каркасы здания, представляющие его главный несущий остов. Ограждающие функции конструкций оценивают расчетами, основанными на законах физики.

Факторы, определяющие выбор конструкции несущего остова здания

Выбор материала и конструктивной схемы несущего остова здания является ответственной инженерной задачей, так как от ее решения в значительной степени зависят все остальные конструктивные элементы здания. Современный уровень развития строительной индустрии способствует наиболее широкому использованию в промышленном строительстве сборных железобетонных и металлических каркасов. Однако окончательное решение этого вопроса определяется правилами по экономному расходованию основных строительных материалов и сравнительными технико-экономическими сопоставлениями. Основными преимуществами сборных железобетонных каркасов являются их высокая долговечность, огнестойкость, малая деформативность, поэтому в стране создана развитая индустриальная база, позволяющая изготовлять сборные железобетонные элементы разнообразной номенклатуры. Расход металла на изготовление сборных железобетонных элементов (по сравнению с металлическим каркасом) ограничен, эксплуатационные затраты незначительны. К недостаткам его относятся большая масса, трудоемкость устройства стыковых соединений, трудность переустройства при реконструкции. В целях снижения массы железобетонных конструкций успешно проводятся работы по созданию предварительно напряженных конструкций, в которых бетону задают необходимые сжимающие усилия, улучшающие его работу при возникновении в сечении растягивающих напряжений. Применением бетонов более высоких классов (В60 и более), и высокопрочной арматуры снижают размеры поперечных сечений изделий. Кроме того, облегчают массу бетона применением легких заполнителей. Перспективно применение легких железобетонных конструкций, изготовляемых в виде тонких (40...50 мм) плит, допускающих их изгиб при установке. Создаваемые таким путем оболочки способны выполнять одновременно и несущие, и ограждающие функции, что делает их весьма экономичными как по расходу бетона, так и металла. Стальные каркасы обладают по сравнению с железобетонными значительно меньшей массой. Сечения их более ажурны, транспортировка и монтаж просты и менее трудоемки. Однако металлические каркасы подвержены коррозии, менее огнестойки, в процессе эксплуатации, особенно при наличии агрессивных сред, требуют постоянного наблюдения и проведения защитных мероприятий. Кроме того, дефицит стали в стране вынуждает применять металлические каркасы лишь при пролетах более 24 м, высоте здания свыше 15 м, грузоподъемности кранов более 50 т, над горячими участками цехов, при сейсмичности 8...9 баллов, отсутствии базы строительных материалов или когда принимается решение все здание возводить из легких конструкций, комплексно поставляемых на строительную площадку. Деревянные конструкции в капитальном строительстве до последнего времени находили ограниченное распространение, несмотря на то, что дерево имеет малую объемную массу, большую прочность при работе на изгиб и сжатие, что выгодно отличает его от стали и железобетона. Кроме того, было распространено мнение, что дерево как материал с анизотропным строением вынуждает принимать большие запасы прочности, утяжеляющие и усложняющие конструкции, а способность древесины при изменении влажности окружающей среды разбухать или усыхать при неблагоприятных условиях способствует быстрому ее загниванию. По сравнению с другими конструкциями деревянные считались менее огнестойкими. Бурное развитие химической промышленности и промышленности полимерных материалов позволило применять склеивание древесины в слоистые конструкции и создавать разнообразные рациональные и пластические архитектурные формы. Пропитка древесины антисептиками повысила ее устойчивость против гниения, а обработка антиперенами повысила ее невозгораемость. Металлические и железобетонные конструкции полностью теряют свою несущую способность уже при нагреве до 450° С. Скорость же обугливания древесины при температуре горения около 800° С составляет 0,5...0,8 мм/мин, что позволит при соблюдении пожарной безопасности своевременно ликвидировать пожар. Кроме того, выяснилась исключительно высокая стойкость деревянных конструкций в условиях агрессивной воздушной среды, при которой железобетон и металл разрушаются сравнительно быстро.

Расчет и конструирование элементов несущего остова изучаются по программам соответствующих конструктивных дисциплин.

Факторы, определяющие выбор ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции зданий предназначаются для формирования в его помещениях производственной среды, отвечающей по своим параметрам условиям ведения технологического процесса и обеспечению комфортных условий труда людей, занятых в этом производстве. # Ограждающие конструкции, предназначенные для защиты омещений от неблагоприятного влияния погодных условий тены, покрытия), называют наружными. Конструкции, разго

раживающие внутренний объем здания на отдельные помещения с различными параметрами внутренней среды или требующие их выделения по специфическим условиям эксплуатации, а также преграды противопожарного назначения именуют внутренними. Теплозащитные качества определяют конструктивное решение наружных ограждений. Так, при строительстве в районе низких расчетных зимних температур решающее значение будет иметь снижение потерь теплоты в холодное время года. При строительстве в районах с жарким климатом (средняя температура июля 21° С и выше) ограждающие конструкции проверяют в первую очередь на опасность перегрева.

Экономически целесообразное сопротивление теплопередачи наружных ограждений принимается из условия обеспечения минимального размера приведенных затрат при обязательном соблюдении установленного санитарными нормами допустимого перепада температур между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения. В многослойных преградах не должно допускаться выпадение конденсата в теплоизоляционном слое во избежание увлажнения последнего. В производственных зданиях, в которых предъявляются особо высокие требования к параметрам микроклимата помещений, не должно происходить выпадение конденсата * на внутренней поверхности наружных ограждений. В целях предупреждения потери теплоты производится проверка ограждений на воздухопроницаемость. Конструктивное решение внутренних ограждений зависит от функциоцально-технологических процессов, определяемых условиями эксплуатации отдельных помещений. Это может быть выделение в ходе технологического процесса избытка теплоты и влаги, попадание в воздушное пространство твердых, жидких или газообразных веществ, вредно действующих на организм человека или нарушающих контролируемые параметры внутренней среды, опасность случайных механических воздействий, повышенные шум и вибрация и др. Если технологический процесс сопровождается выделением сильно агрессивных производственных вредностей, кроме решения задач по защите от них персонала особое внимание уделяется вопросам долговечности конструкций и устранению опасности преждевременной потери эксплуатационных качеств. В этих целях предусматриваются систематический осмотр, очистка, а при необходимости протирка и промывка поверхностей. Частота этих операций определяется степенью загрязненности среды и характером производства. К местам, требующим систематического контроля, необходимо обеспечить подход. Очень важно создавать условия, устраняющие опасность накопления пыли на конструкциях помещений электронной, пищевой, медицинской промышленности, в прецизионных производствах, требующих строгого соблюдения режима чистоты и герметизации помещений. По условиям установленной для производственных помещений категории пожаровзрывоопасности и принятой степени огнестойкости зданий для отдельных элементов конструкций пожарными нормами (СНиП 2.01.02 — 85) устанавливаются требуемые пределы их огнестойкости и скорости распространения огня, а часть конструкций, на случай производственной аварии (взрыва), устраивается легкосбрасываемой.

Ограждающие конструкции и в первую очередь наружные вертикальные ограждения, как формирующие внешний облик здания, должны обладать необходимыми архитектурно-художественными качествами, принятыми по зданию в целом. Эти качества могут иметь самостоятельное значение или быть подчинены решению общего ансамбля окружающей застройки (см. гл. 1). Внутренние конструкции участвуют в архитектурном решении интерьера.

Развитие индустриального строительства выдвинуло требования широкого использования укрупненных сборных элементов высокой заводской готовности. Геометрические параметры таких укрупненных элементов и их масса определяется удобствами и возможностями транспортировки и монтажа.

Проектируя ограждающие конструкции, необходимо исходить из того, что они всегда на виду, с ними человек соприкасается повседневно и по ним во многом судит о качестве строительства. Поддержание ограждающих конструкций на должном техническом и эстетическом уровне, обеспечение их долговечности и надежности — важнейшая задача.

Если ограждающая конструкция протекает, промерзает, не защищает от холода или шума, теряет эксплуатационные качества, то это не только портит настроение, наносит ущерб здоровью человека и снижает производительность труда, но и одновременно вызывает перерасход энергоресурсов.

Устранение проявившихся дефектов требует существенных непроизводительных затрат. Основы проектирования отдельных видов конструкций рассматриваются в соответствующих главах настоящего пособия.