Лекция8 (Все лекции)

11

Лекция №8.

Многоэтажные здания

Многоэтажные здания целесообразны с точки зрения совмещения площадей, при этом сокращаются протяженности коммуникаций и транспортных путей. Но при этом возникают ограничения в расположении оборудования в верхних этажах здания. Нормативная полезная нагрузка на пол в многоэтажных зданиях принимается 500÷1500 кг/м². Для сравнения отметим, что на полы, расположенные на грунте нормальной плотности, допускается нагрузка до 2500 кг/м². При плотном грунте нагрузка может больше.

Конструкция здания с полным каркасом. Применяются унифицированные габаритные секции 6х6м или 9х9м (сетка колонн L x t).

Высота этажей – 3,6 м; 4,8м; 6 м. Для первого этажа может быть 7,2 м, так же и для верхнего этажа.

Пролет верхнего этажа до 18м. Кран грузоподъемностью до 10 т. Общая ширина здания от 12÷60 м или семь девятиметровых пролетов – 63м. Количество этажей от 2 до 5. Рис. 15.

Рис.15. Поперечный разрез трехэтажных производственных зданий, скомпонованных из унифицированных секций.

Основные сведения по элементам строительной части

Строительные материалы

К наиболее распространенным строительным материалам относятся дерево, камни, строительные растворы, бетон, железобетон, металл, пластмассы.

Дерево широко применяется в строительном деле; оно легко обрабатывается, имеет сравнительно малый коэффициент теплопроводности, хорошее сопротивление действующим усилиям; в то же время оно легко загорается, склонно к загниванию, усыхает, разбухает, коробится; меха­ническая прочность дерева вдоль и поперек волокна различна, предел прочности при растяжении вдоль волокон колеблется в пределах от 800 до 1900 кГ/см²

(в зависимости от породы дерева), поперек волокон — от 15 до 100 кГ/см².

Несмотря на эти отрицательные свойства, дерево в силу многих достоинств и возможности применения его для разнообразных строительных кон­струкций широко применяется в строительстве. Из древесных пород наибольшее применение имеют сосна, ель и в некоторой мере дуб, береза, лиственница, пихта, липа, бук и др.

Для удлинения срока службы деревянных изделий, предохранения и обезвреживания их от действия микроорганизмов, грибков и насекомых древесина подвергается сушке, окраске, покрытию и пропитыванию антисепти­ками (фтористонатриевыми водными растворами, креозотовыми маслами и др.).

Для строительства пригодно дерево с влажностью не более 18—25%. Сушка древесины бывает естественная и искусственная. Естественной суш­ке под действием воздуха древесина подвергается в течение 0,5—1,5 года. Искусственная сушка древесины производится в сушильных камерах посредством горячего воздуха или при помощи специальных устройств с паровым отоплением; она дает возможность за короткое время уменьшить влаж­ность древесины до 10—12%. Для сушки древесины применяют также высокочастотные установки.

Уменьшение пожарной опасности при использовании дерева достигает­ся огнезащитными мерами: применением защитных покровов (штукатурки по войлоку, асбестового картона, кровельного железа по войлоку, асбо­фанеры и

т. д.) или огнеупорных красок.

Строевой материал бывает в виде круглого леса: бревна, тонкий круг­ляк, подтоварник (накатник), жерди и пиленого леса (пиломатериалов): брус строительный, пластины, шпалы, доски, тес, горбыль.

Пластические массы (пластмассы) различных видов и сортов благодаря их хорошим свойствам в последние годы широко приме­няют в строительстве. Пластмассами пользуются для отделки стен, перего­родок и других изделий и предметов с декоративной и гигиенической целью. Их используют для изготовления многих изделий, применяемых в строитель­стве, например древесноволокнистых, древесностружечных, минераловатных плит, плиток для полов и для облицовки стен, для изготовления лино­леума, труб, санитарно-технического оборудования и пр.

Изделия из пластмасс обладают большой прочностью и в то же время легкостью, водонепроницаемостью, хорошими изоляционными свойствами в отношении тепла, звука.

Каменные материалы бывают естественные и искусствен­ные. К естественным относятся гранит, песчаники, известняки; известня­ки делятся на кристаллические (мраморы), плотные (бутовый камень) и пористые (туфы). Кроме того, сюда относятся горные породы: гравий, песок, глина.

Искусственные каменные материалы могут быть обжиговые, твердею­щие на воздухе или в заправочных котлах. К обжиговым камням относятся: кирпич — сплошной, многодырчатый, семищелевой, клинчатый и гончарные изделия — канализационные трубы, метлахские плитки. Кирпич обжиго­вый бывает красный (из глины), пористый, клинкерный, огнеупорный и др. Безобжиговыми камнями являются силикатный кирпич (из извести и пес­ка), теплобетонные камни (пустотелые или сплошные) и др.

Строительные растворы применяются следующие: из­вестковый — для каменной кладки и для штукатурки; цементный — при строительстве сооружений, требующих высокой прочности; смешанный це­ментно-известковый (он обладает большой прочностью и вместе с тем эконо­мичнее цементного раствора); алебастровый, применяемый в случае необ­ходимости быстрого схватывания; известково-алебастровый — для штука­турных работ по дереву; глиняный — для обмуровки котлов, кладки печей и дымоходов; теплые растворы — для уменьшения теплопроводности кладки в швах, они содержат вместо песка (используемого в обычных растворах) в размолотом виде каменноугольный шлак или некоторые другие материалы.

Бетон — искусственный каменный материал; благодаря ряду положительных свойств он особенно широко применяется в строительных конструкциях. Бетон позволяет почти полностью механизировать процессы изготовления и укладки его при производстве строительных работ, дает возможность изготовлять из него на специальных заводах отдельные строительные элементы (балки, колонны, плиты и т. д.), доставляемые на строи­тельство в готовом виде, допускает изменение механических и теплозащитных свойств отдельных элементов конструкций. Для приготовления бетона мо­гут быть использованы отходы производства (шлак), местное сырье.

Бетон состоит из следующих основных частей: вяжущие, вода, наполнители. В качестве вяжущих применяют портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент и др. Вода (чистая, пресная) служит для получения, раствора. Отношение количества воды к количеству вяжу­щего называется водоцементным отношением.

В качестве наполнителей может быть использован песок, гравий, каменный или кирпичный щебень. Лучший песок представляет собой равномерную смесь мелкозернистых и крупнозернистых частиц (размером 0,15— 5,0 мм). Гравий, каменный или кирпичный щебень предварительно промы­вают водой и просеивают через механические сита до получения частиц раз­мером 5—80 мм.

Бетон в зависимости от его состава имеет различные свойства — прочность, теплопроводность, стойкость и др.; исходя из предъявляемых к бетону требований принимается определенное соотношение его составных частей.

Прочность на сжатие характеризуется маркой бетона, которая пока­зывает механическую прочность (определяемую в лаборатории) бетонного кубика размером 20x20x20 см в возрасте 28 дней. Наиболее часто приме­няют для строительных конструкций бетон марок 100; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600.

Марки бетона условно обозначают: = 150 кГ/см², R₂₈ = 200 кГ/см² и т. д., где R — временное сопротивление сжатию, индекс 28 — число дней, определяющее возраст бетонного кубика.

Состав бетона выражают в виде весового или, реже, объемного соотношения между количеством цемента, песка и гравия (щебня), причем коли­чество цемента принимают за единицу, например по весу — 1:2; 4:4,5 (цемент; песок; гравий — при водоцементном отношении 0,65); по объему — 1:2:4 или 1:3:5. Состав бетона можно также указывать в виде расхода отдельных его составляющих по весу на 1 м³ готового бетона. Весовая дозировка на 1 м³ бетона является более правильным способом обозначения состава бетона.

Так как обычный («холодный») бетон обладает значительной теплопроводностью, то при необходимости иметь меньшую теплопроводность приме­няется «теплый» бетон, в котором в качестве наполнителей используются не­органические (шлак, пемза и др.) и органические (торф, опилки, древесный уголь и др.) материалы. Из «теплого» бетона изготовляют пустотелые или сплошные штучные камни разного веса (от 20 кг до 3 т).

Железобетон представляет собой бетонную массу с помещенной в ней стальной арматурой, состоящей из стержней, связанных между собой отожженной проволокой. Таким путем образуется монолитная железобетон­ная конструкция, в которой сила сцепления железа с бетоном достигает весьма больших размеров. Прочность конструкции, изготовленной из желе­зобетона, значительно выше конструкции из бетона; железобетонная кон­струкция может сопротивляться изгибающим и растягивающим усилиям, в то время как бетон плохо сопротивляется таким усилиям. Арматура для железобетона изготовляется из круглой стали. Из железобетона делаются балки, колонны, перекрытия, рамы, плиты и т. д.

Помимо монолитных, в строительстве в последнее время широко при меняются сборные железобетонные конструкции. Изготовление отдельных элементов таких конструкций производится на специальных заводах с применением современных методов, обеспечивающих высокую прочность и плотность железобетона. Из доставленных с завода на строительную пло­щадку готовых конструктивных элементов производят сборку зданий. При сборке выпущенная из соединяемых элементов (балок, панелей, колони и др.) арматура сваривается или связывается и стык заполняется бетоном или раствором с применением высококачественного цемента.

Многолетний опыт применения железобетонных конструкций подтвердил, что они обладают высокими качественными показателями в отношении прочности, жесткости, огнестойкости, долговечности и поэтому их широко используют при строительстве крупных промышленных и жилых зданий и сооружений. При использовании сборных железобетонных конструкций по сравнению с монолитными значительно уменьшается трудоемкость работ, потребность в материалах, сокращается продолжительность строительства; все это дает высокий технико-экономический эффект применения сборных железобетонных конструкций.

Железобетонные конструкции, однако, не лишены некоторых недостатков, к числу которых относятся большой объемный вес (по сравнению со стальными конструкциями ферм железобетонные тяжелее в 3—4 раза), образование трещин, способствующих появлению коррозии арматуры, боль­шая теплопроводность и звукопроводность.

Микротрещины в растянутой зоне обычного бетона, который обладает весьма малой растяжимостью, появляются при незначительном удлинении растянутой зоны, в то время как стальная арматура, обладающая значитель­но большей растяжимостью, удлиняется в несколько раз больше (в 4—6 раз). Таким образом, весьма малая растяжимость бетона является причиной появ­ления микротрещин, а вследствие этого появления и коррозии арматуры.

Эти явления устраняются, если произвести предварительное напря­жение конструкционных элементов путем большого натяжения арматуры до нагружения их фактической эксплуатационной нагрузкой. Когда бетон получит надлежащую прочность, натяжение арматуры прекращается (на­тяжные устройства снимаются), и арматура, несколько укорачиваясь, сжи­мает бетон, этим самым улучшается работа бетона на растяжение в эксплуа­тационных условиях.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными железобетонными имеют меньшие размеры по высоте, меньший вес (примерно на 40—50%), меньшую сравнительно стоимость и другие технико-экономические преимущества, которыми не обладает обыч­ный железобетон.

В силу этого конструкции промышленных зданий и сооружений рекомендуется выполнять, как правило, в сборном железобетоне индустриального изготовления с минимальной построечной трудоемкостью и широким применением предварительно напряженных конструкций.

Стропильные фермы, балки, покрытия, подкрановые балки производственных зданий в настоящее время изготовляются сборными железобетон­ными, предварительно напряженными.

Элементы конструкций зданий

Основания зданий и сооружений

Слой грунта, воспринимающий вес всего здания или сооружения, называется его основанием.

По структуре грунты делятся на скальные, песчаные, глинистые, лёссовидные, растительные, насыпные и смешанные.

Растительные и насыпные грунты могут служить основанием только в том случае, если толщина их слоя не менее 2,0 м.

Ниже приводятся допустимые давления на грунты — основания при глубине заложения подошвы фундамента (см. далее) на 2 м ниже поверх­ности.

Грунт Допустимое давление,

кг/см^г

Скала..................... 8—50

Гравий .................... 3—8