Понятия о конструкциях зданий. Основы конструктивных решений зданий классификация строительных конструкций по Как классифицируются строительные конструкции

Строительные конструкции очень разнообразны по своему на­значению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. про­классифицировать, уточнив при этом некоторые понятия.

Воз­можны различные подходы к классификации конструкций.

Имея в качестве основной конечной цели учебника расчет кон­струкций, целесообразнее всего проклассифицировать их по сле­дующим признакам:

1) по геометрическому признаку конструкции принято разде­лять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержне­вые системы (рис. 1.3):

Рис. 1.1. Классификация конструкций по геометрическому признаку: а) массив; б) брус; в) плита; г) оболочка

Массив -конструкция, в которой все размеры одного поряд­ка, например у фундамента размеры могут бьггь такими: а= 1,8 м; Ъ - 1,2 м; И = 1,5 м. Размеры могут бьггь и другими, но порядок их один - метры;

Брус - элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: Ь« /, А « /. Например, у же­лезобетонной балки они могут быть такими: Ь- 20 см, И = 40 см, а /= 600 см, т.е. они моїуг отличаться друг от друга на целый по­рядок (в 10 и более раз).

Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью - аркой (рис. 1.2, а, б);

Плита - элемент, в котором один размер во много раз мень­ше двух других: И « а, И « /. В качестве примера можно приве­сти ребристую железобетонную плиту (точнее, поле плиты), у ко­торой толщина собственно плиты И может быть 3-4 см, а длина и ширина порядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия - оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г). Рассмотрение оболочек вы­ходит за рамки нашего курса;

Стержневые системы представляют собой геометрически не­изменяемые системы стержней, соединенных между собой шар­нирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балоч­ные или консольные) (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Разновидности брусьев: а) рама; б) арка

Рис. 1.3. Примеры простейших стержневых систем: а) балочная ферма; б) консольная ферма

Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнес­ти конструкцию к тому или иному виду по этому признаку. В рам­ках данного учебника все конструкции вполне вписываются в приведенную классификацию;

2) с точки зрения статики конструкции делятся на стати­чески определимые и статически неопределимые. К первым от­носятся системы (конструкции), усилия или напряжения в ко­торых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым - такие, для которых од­них уравнений статики недостаточно. В настоящем учебнике преимущественно рассматриваются статически определимые конструкции;

3) по используемым материалам конструкции делятся на сталь­ные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные)",

4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряже­ний и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их на три группы: простейшие, простые и слож­ные (табл. 1.1). Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряжен­но-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике и будут рассмотрены в учебнике. В представленной таблице трудно отразить все тон­кости и особенности указанных состояний, но она дает возмож­ность сравнить и оценить их в целом. Подробнее о стадиях на­пряженно-деформированных состояний будет сказано в соответ­ствующих главах.

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• ключевые понятия, определения и принципы, принимаемые в курсе "Архитектурно-строительные конструкции ";
• основные виды архитектурно-строительных конструкций для использования в зданиях и сооружениях различного назначения;
• основные нормативные документы для проектирования зданий и сооружений;
• функциональные, технические, эстетические, противопожарные и экономические требования, предъявляемые к строительным конструкциям различного назначения;

уметь

• проводить классификацию строительных объектов по методу их возведения, материалу, назначению и т.д.;
• выбирать соответствующие строительные конструкции для проектирования и возведения зданий и сооружений различного назначения;
• четко формулировать и доводить до каждого участника проектирования его цели и задачи, достигать единого понимания целей и задач, стоящих перед исполнителями при проектировании конкретных объектов;
• организовывать разработку и внедрение прогрессивных методов и технических средств проектирования;
• пользоваться базами данных, информационно-справочными и поисковыми системами для поиска необходимой информации по расчету и проектированию жилых, промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий;

владеть

• информацией о последних достижениях строительной науки применительно к архитектурно-строительным конструкциям различного назначения;
• представлением, что будет иметь специалист в запасе, взявшись за исследование или проектирование объекта заданного назначения;
• навыками проектирования зданий, сооружений, объектов и строительных изделий из каменных, армокаменных, бетонных, железобетонных, металлических и деревянных строительных материалов;
• навыками организации процесса проектирования строительных объектов;
• навыками проектирования жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий.

Классификации строительных конструкций, зданий и сооружений

Здания – надземные постройки с помещениями для проживания, культурно-бытовых или производственных целей. Сооружения – постройки технического назначения для удовлетворения отдельных нужд человека, например мосты, водонапорные башни, градирни, резервуары и т.д.

Здания по назначению подразделяются на следующие группы:

• жилые (дома, общежития, гостиницы);
• общественные (предприятия торговли, общественного питания, государственные учреждения, учреждения просвещения, культуры, здравоохранения, школы, детские сады и т.п.);
• промышленные (корпуса заводов, фабрик, предприятия транспорта, энергетики и т.д.);
• сельскохозяйственные (для различных отраслей сельскохозяйственного производства).

Жилые и общественные здания называют также гражданскими зданиями.

По своему назначению жилые дома подразделяют на жилые квартирные дома для посемейного заселения и постоянного проживания; общежития для временного проживания рабочих на период работы и учащейся молодежи на время учебы; гостиницы для кратковременного проживания людей; интернаты для постоянного проживания инвалидов, престарелых и детей без родителей. В массовом жилищном строительстве более 90% зданий – квартирные дома, предназначенные для посемейного заселения.

Жилые многоквартирные дома по своей объемно-планировочной структуре могут быть секционными, коридорными, галерейными, коридорно-секционными, галерейно-секционными, блокированными. В секционных домах группы квартир размещены поэтажно и имеют входы с лестничных площадок или из лифтовых холлов. В коридорных жилых домах квартиры расположены с двух сторон коридора, связывающего их с лестницами и лифтами. В жилом здании галерейного типа все квартиры этажа имеют выходы через общую галерею нс менее чем на две лестницы. В коридорно-секционных и галерейно-секционных домах каждая квартира размещена на двух этажах и имеет внутриквартирную лестницу, а коридоры расположены через этаж. В таких домах можно размещать только 3– 5-комнатные квартиры. Многоквартирные блокировочные дома, как правило, двухэтажные, также состоят из квартир, расположенных в двух этажах, но с входами не из коридоров, а с улицы. Каждая квартира может иметь небольшой участок земли шириной, равной ширине квартиры. В блокированных двухэтажных домах можно размещать 3–5-комнатные квартиры. Этот тип домов применяют в поселках и малых городах.

По этажности здания классифицируют следующим образом: одно-, двухэтажные здания; малоэтажные (3–5 этажей), средней этажности (6–12 этажей), многоэтажные (13–25 этажей) и высотные (свыше 25 этажей).

По конструкции стен здания подразделяются на мелкоэлементные (из кирпича, керамического камня, мелких блоков и др.), крупноэлементные (из крупных блоков, панелей, объемных блоков) и из монолитного железобетона.

По технологии возведения здания можно разделить на неиндустриальные, выкладываемые из мелкоштучных материалов (кирпича, мелких блоков и др.), и полносборные, монтируемые из индустриальных конструкций заводского изготовления.

По долговечности (сроку службы основных конструктивных элементов) здания делятся на три степени: I – со сроком службы не менее 100 лет; II – не менее 50 лет; III – не менее 20 лет.

По огнестойкости здания имеют пять степеней: I, II, III – каменные конструкции, IV – деревянные оштукатуренные и V – деревянные неоштукатуренные.

Степень долговечности, огнестойкости и другие эксплуатационные качества определяют капитальность здания. По капитальности здания разделяют на четыре класса:

I – здания и сооружения, к которым предъявляют повышенные требования (театры, музеи, административные здания, жилые дома повышенной этажности). Долговечность и огнестойкость этих зданий и сооружений должны быть не ниже I степени;

II – жилые, общественные и другие здания с числом этажей не более девяти. Их долговечность и огнестойкость должны быть не ниже II степени;

III – малоэтажные дома, общественные здания, возводимые в районных центрах, сельских населенных пунктах и проч., долговечностью не ниже II степени, огнестойкостью не ниже III и IV степеней;

IV – постройки, удовлетворяющие минимальным архитектурно-эксплуатационным требованиям. Их огнестойкость не нормируется, а долговечность – не ниже III степени.

Класс здания – показатель капитальности здания, характеризуемый степенью его огнестойкости, долговечностью основных конструктивных элементов и качественным уровнем выполненных строительных работ. К I классу принадлежат крупные промышленные и общественные здания, жилые дома высотой в девять этажей и более с повышенными эксплуатационными и архитектурными требованиями. К II классу относят большинство небольших промышленных и общественных зданий и жилые дома до девяти этажей. III класс – это здания со средними эксплуатационными и архитектурными требованиями и жилые дома до пяти этажей. Временные здания с минимальными эксплуатационными и архитектурными требованиями относятся к IV классу. Класс зданий и сооружений или основной группы их в комплексных объектах строительства назначается организацией, выдающей задание на проектирование.

Каждая надземная постройка разделяется горизонтальными перекрытиями на этажи. Этаж надземный – этаж с отметкой пола помещений не ниже планировочной отметки земли. Этаж подземный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на всю высоту помещений. Этаж цокольный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на высоту не более половины высоты помещений. Этаж подвальный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли более чем наполовину высоты помещений. Этаж мансардный – этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностями крыши. Этаж технический – этаж высотой 1,8 м и менее для размещения инженерного оборудования здания и прокладки коммуникаций, может быть расположен в нижней части здания (техническое подполье), верхней (технический чердак) или между надземными этажами. Чердак – пространство между перекрытием верхнего этажа, покрытием здания (крышей) и наружными стенами, расположенными выше перекрытия верхнего этажа.

Архитектурно-строительные конструкции в зависимости от назначения подразделяют на несущие конструкции, которые воспринимают внешние нагрузки от собственного веса, снега, ветра, оборудования, мебели и т.д., ограждающие конструкции, которые защищают помещения от воздействия внешней среды или отделяют помещения друг от друга, и совмещающие конструкции, которые могут выполнять одновременно обе вышеназванные функции.

По функциональному назначению строительные конструкции можно разделить на фундаменты, стены, элементы каркаса, перекрытия, перегородки, лестницы, крыша, окна, двери, ворота, фонари и прочие конструкции.

Координационные размеры строительных конструкций – это условные модульные размеры конструктивных элементов, включающие соответствующие части швов и зазоров. Конструктивные размеры – это проектные размеры строительных конструкций, изделий, элементов оборудования, отличающиеся от координационных, как правило, на проектную величину шва или зазора. В строительстве используют также натурные размеры, т.е. фактические размеры элементов с учетом допусков.

Подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт, называется фундаментом. Перекрытия разделяют здания на этажи и передают нагрузку на нижележащие стены или колонны. Стены – вертикальные ограждения, защищающие помещения от внешней среды, или разделяющие помещения друг от друга, или передающие нагрузку на фундамент. В зависимости от отношения стены к нагрузке стены бывают несущие, самонесущие и навесные. Перегородки – вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения. Лестницы предназначены для сообщения между этажами. Балкон – выступающая из плоскости стены фасада огражденная площадка. Лоджия – встроенное или пристроенное, открытое во внешнее пространство помещение, огражденное с трех сторон стенами. Терраса – огражденная открытая площадка, пристроенная к зданию или размещаемая на кровле нижерасположенного этажа. Понятие "крыша" употребляется только для жилых и общественных зданий. Это завершающая часть здания, защищающая его от воздействия внешней среды. Окна – светопрозрачные ограждения, предназначенные для естественного освещения и проветривания помещений. Двери – подвижные ограждения, обеспечивающие проход людей из одного помещения в другое или выход наружу. Ворота – подвижные ограждения, обеспечивающие проезд транспорта и проход людей. Надстройки на покрытиях для освещения и аэрации производственных помещений называют фонарями.

Пожары легче предупредить, чем потушить. Эта достаточно расхожая фраза имеет огромное значение при проектировании зданий и сооружений, когда уже на самой ранней стадии возгорания можно предупредить пожар или, по крайней мере, его дальнейшее развитие.

В этом большую роль играет так называемая пассивная защита - правильно выполненные конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения зданий и других строительных сооружений, обеспечивающие выполнение общих требований противопожарной защиты на всех этапах их создания и эксплуатации.

В ст.34 Технического регламента прописано, что строительные конструкции классифицируются по огнестойкости для установления возможности их применения в зданиях, сооружениях, строениях и пожарных отсеках определенной степени огнестойкости или для определения степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков.

Строительные конструкции классифицируются по пожарной опасности для определения степени участия строительных конструкций в развитии пожара и их способности к образованию опасных факторов пожара.

Согласно ст.35 Технического регламента строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:

1) ненормируемый;

2) не менее 15 минут;

3) не менее 30 минут;

4) не менее 45 минут;

5) не менее 60 минут;

6) не менее 90 минут;

7) не менее 120 минут;

8) не менее 150 минут;

9) не менее 180 минут;

10) не менее 240 минут;

11) не менее 360 минут.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:

1) потеря несущей способности (R);

2) потеря целостности (Е);

3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

Пределы огнестойкости строительных конструкций устанавливаются по ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Пределы огнестойкости несущих и ограждающих конструкций устанавливает ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

В соответствии с требованиями ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 в нашей стране проводят испытания строительных конструкций на огнестойкость, в том числе и металлических с огнезащитой. В этих же нормативных документах изложены основные положения метода испытаний конструкций на огнестойкость.

Сущность метода заключается в том, что образец конструкции, выполненной по возможности в натуральную величину, нагревают в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций по ГОСТ 30247.1-94 используются следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам – только потеря несущей способности конструкций и узлов R;

Для наружных несущих стен и покрытий – потеря несущей способности R и целостности Е, для наружных ненесущих стен - целостности Е;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирующей способности I и целостности Е;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности R, целостности Е и теплоизолирующей способности I.

Обозначение предела огнестойкости состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний, а также - цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний в минутах.

Например:

R 120- предел огнестойкости 120 мин - по потере несущей способности;

RЕ 60- предел огнестойкости 60 мин - по потере несущей способности и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее.

В ст.36 Технического регламента прописано:

1. Строительные конструкции по пожарной опасности подразделяются на следующие классы:

1) непожароопасные (К0);

2) малопожароопасные (К1);

3) умереннопожароопасные (К2);

4) пожароопасные (К3).

2. Класс пожарной опасности строительных конструкций определяется в соответствии с таблицей 6 приложения к Техническому регламенту.

таблица 6 приложения к Техническому регламенту

Порядок определения класса пожарной опасности строительных конструкций

Класс по­жар­ной опас­ности кон­ст­рук­ций	Допускаемый размер повреждения конструкций, сантиметры	Наличие	Допускаемые характеристики пожарной опасности поврежденного материала +
Группа
верти­кальных	горизон­тальных	тепло­вого эффекта	горения	горюче­сти	воспламе­няемости	дымооб­разую­щей спо­собности
К0			отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует
К1	не более 40	не более 25	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г2+	не выше В2+	не выше Д2+
К2	более 40, но не более 80	более 25, но не более 50	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г3+	не выше В3+	не выше Д2+
К3	не регламентируется

Примечание. Знак "+" обозначает, что при отсутствии теплового эффекта не регламентируется.

3. Численные значения критериев отнесения строительных конструкций к определенному классу пожарной опасности определяются в соответствии с методами, установленными нормативными документами по пожарной безопасности.

В ст.37 Технического регламента прописано:

1. Противопожарные преграды в зависимости от способа предотвращения распространения опасных факторов пожара подразделяются на следующие типы:

1) противопожарные стены;

2) противопожарные перегородки;

3) противопожарные перекрытия;

4) противопожарные разрывы;

5) противопожарные занавесы, шторы и экраны;

6) противопожарные водяные завесы;

7) противопожарные минерализованные полосы.

2. Противопожарные стены, перегородки и перекрытия, заполнения проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки, клапаны, окна, шторы, занавесы) в зависимости от пределов огнестойкости их ограждающей части, а также тамбур-шлюзы, предусмотренные в проемах противопожарных преград в зависимости от типов элементов тамбур-шлюзов, подразделяются на следующие типы:

1) стены 1-й или 2-й тип;

2) перегородки 1-й или 2-й тип;

3) перекрытия 1, 2, 3 или 4-й тип;

4) двери, ворота, люки, клапаны, 1, 2 или 3-й тип;

экраны, шторы

5) окна 1, 2 или 3-й тип;

6) занавесы 1-й тип;

7) тамбур-шлюзы 1-й или 2-й тип.

3. Отнесение противопожарных преград к тому или иному типу в зависимости от пределов огнестойкости элементов противопожарных преград и типов заполнения проемов в них осуществляется в соответствии со статьей 88 настоящего Федерального закона».

В ст.58 Технического регламента указано:

1. Огнестойкость и класс пожарной опасности строительных конструкций должны обеспечиваться за счет их конструктивных решений, применения соответствующих строительных материалов, а также использования средств огнезащиты.

2. Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций, выбираемые в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и строений, приведены в таблице 21 приложения к настоящему Федеральному закону».

таблица 21 приложения к Техническому регламенту

По функциональному назначению строительные конструкции подразделяются на несущие и ограждающие. Существуют также такие конструкции, как арки, фермы или рамы. Они являются несущими. А такие строительные конструкции как панели для стен, оболочки, своды соединяют в себе и ограждающие и несущие функции.

Несущие строительные конструкции в зависимости от расчетной схемы делятся на плоские (балки, фермы, рамы и др.) и пространственные (оболочки, своды, купола и др.). Пространственные строительные конструкции обладают более выгодным распределением усилий, в сравнении с плоскими конструкциями. Это, в свою очередь, требует меньшего расхода материалов, однако сборка и производство таких строительных конструкций является крайне трудоемким. На сегодняшний день появились новые типы пространственных конструкций - структурные конструкции, изготовленные из прокатных профилей, закрепленных болтовыми соединениями. Такой тип строительной конструкции обладает простотой изготовления и монтажа, экономичностью.

Строительные конструкции по виду материала бывают:

• бетонные;

Это наиболее встречающиеся виды строительных конструкций на данный момент.

Современное строительство применяет железобетон в виде сборных конструкций. Сфера применения таких конструкций: строительство жилых, производственных зданий, различных сооружений. Целесообразное применение монолитного железобетона — это различные гидротехнические постройки, покрытия дорог, аэродромов, строительство фундаментов под промышленное оборудование, всевозможные резервуары, элеваторы и т. п.

При возведении сооружений, которые эксплуатируются в условиях агрессивной внешней среды или особых климатических условиях (например, повышенная температура, влажность), используют специальные виды бетона и железобетона. К примеру такими сооружениями являются тепловые агрегаты, здания химической промышленности и другие.

В железобетонных строительных конструкциях за счет использования особо прочных бетонов, арматуры, увеличения изготовления напряженных конструкций допустимо уменьшение массы конструкции, понижение цены и расхода материалов, увеличение сфер применения лёгких и ячеистых бетонов.

Области применения строительных конструкций.

Сфера применения стальных строительных конструкций иногда совпадает с использованием железобетонных конструкций. Это, в частности, каркасы большепролетных зданий , цеха с тяжелым и громоздким оборудованием, промышленные резервуары больших емкостей, мосты и др. Выбор типа строительной конструкции зависит от его стоимости, района строительства, расположения предприятия. Главное преимущество стальных строительных конструкций от железобетонных - малая масса. Это позволяет применять данные конструкции в малодоступных районах: на Крайнем Севере, в районах с повышенной сейсмической активностью, пустынных, горных районах и т. д.

Создание продуктивных объемных конструкций (из тонколистовой стали), увеличение объемов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката сделают возможным уменьшить вес зданий и сооружений.

Главная область применения каменных строительных конструкций - возведение стен и перегородок. Архитектурные сооружения и здания из кирпича, мелких блоков и природного камня меньше соответствуют требованиям промышленного строительства, чем крупнопанельные здания, поэтому их доля во всех объемах строительства, падает.

В строительстве также применяют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие. Несущие конструкции состоят из нескольких слоев древесины и склеены между собой. Зачастую их усиливают путем вставления арматуры.

Изготовление клееных деревянных конструкций осуществляется в заводских условиях, все процессы производятся механическим путем

Основная тенденция в изменении деревянных конструкций - это переход к строительным конструкциям из клееной древесины. Допустимость промышленного изготовления и получения элементов определенной конструкции нужных размеров с помощью их склеивания дает преимущества в сравнении с деревянными конструкциями других типов. Клееные строительные конструкции находят широкое применение в сельскохозяйственном строительстве.

В тенденциях современного строительства широкое распространение получают новые виды промышленных строительных конструкций : асбестоцементные, пневматические, конструкции из легких сплавов. Достоинствами данных конструкций являются: низкая удельная масса, возможность заводского изготовления на механических поточных линиях. Более легкие трехслойные панели начинают применяться как ограждающие конструкции вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

Требования, предъявляемые к строительным конструкциям.

По соображениям требований эксплуатации, строительные конструкции должны быть огнеустойчивыми, коррозиестойкими, удобными, экономичными и безопасными в использовании. С увеличением масштабов и темпов строительства к строительным конструкциям предъявляют требования их изготовления в заводских условиях, конструкции должны быть экономными по стоимости и оптимальными по расходу материалов, удобными при транспортировке и отличаться быстротой и простотой сборки на объекте строительства.

Большое значение уделяется снижению трудоемкости, как при изготовлении строительных конструкций , так и в процессе сооружения из них зданий.

Важной задачей современного строительства является уменьшение массы строительных конструкций за счет применения легких производительных материалов и развитии различных конструктивных решений.

Расчет строительных конструкций.

Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций.

Строительные конструкции, несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений.

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

Бетонные и железобетонные конструкции - наиболее распространённые (как по объёму, так и по областям применения). Специальные виды бетона и железобетона используют при строительстве сооружений, эксплуатируемых при высоких и низких температурах или в условиях химически агрессивных сред (тепловые агрегаты, здания и сооружения чёрной и цветной металлургии, химической промышленности и др.). Уменьшение массы, снижение стоимости и расхода материалов в железобетонных конструкциях возможны на основе использования высокопрочных бетонов и арматуры, роста производства предварительно напряженных конструкций, расширения областей применения лёгких и ячеистых бетонов.

Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов большепролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, домен, резервуаров большой ёмкости, мостов, сооружений башенного типа и др. Области применения стальных и железобетонных конструкций в ряде случаев совпадают. Существенное преимущество стальных конструкций (по сравнению с железобетонными) - их меньшая масса.

Требования, предъявляемые к строительным конструкциям. С точки зрения эксплуатационных требований С. К. должны отвечать своему назначению, быть огнестойкими и коррозиеустойчивыми, безопасными, удобными и экономичными в эксплуатации.

Расчёт С. К. Строительные конструкции должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость и колебания. При этом учитываются силовые воздействия, которым конструкции подвергаются при эксплуатации (внешние нагрузки, собственный вес), влияние температуры, усадки, смещения опор и т.д., а также усилия, возникающие при транспортировке и монтаже строительных конструкций.

Фундаменты зданий и сооружений - части зданий и сооружений (преимущественно подземные), которые служат для передачи нагрузок от зданий (сооружений) на естественное или искусственное основание.
Стена здания - основная ограждающая конструкция здания. Наряду с ограждающими функциями стены одновременно в той или иной степени выполняют и несущие функции (служат опорами для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок).

Каркас (франц. carcasse, от итал. carcassa) в технике - остов (скелет) какого-либо изделия, конструктивного элемента, целого здания или сооружения, состоящий из отдельных скрепленных между собой стержней. Каркас выполняется из дерева, металла, железобетона и др. материалов. Он определяет собой прочность, устойчивость, долговечность, форму изделия или сооружения. Прочность и устойчивость обеспечиваются жёстким скреплением стержней в узлах сопряжения или шарнирного соединения и специальными элементами жёсткости, которые придают изделию или сооружению геометрически неизменяемую форму. Увеличение жёсткости каркаса нередко достигается включением в работу оболочки, обшивки или стенок изделия или сооружения.

Перекрытия - горизонтальные несущие и ограждающие конструкции. Они воспринимают вертикальные и горизонтальные силовые воздействия и передают их на несущие стены или каркас. Перекрытия обеспечивают тепло- и звукоизоляцию помещений.

Полы в жилых и общественных зданиях должны удовлетворять требованиям прочности и сопротивляемости износу, достаточной эластичности и бесшумности, удобства уборки. Конструкция пола зависит от назначения и характера помещений, где он устраивается.

Крыша - наружная несущая и ограждающая конструкция здания, которая воспринимает вертикальные (в том числе снеговые) и горизонтальные нагрузки и воздействия. (Ветер - нагрузка)

Лестницы в зданиях служат для вертикальной связи помещений, находящихся на разных уровнях. Расположение, число лестниц в здании и их размеры зависят от принятого архитектурно-планировочного решения, этажности, интенсивности людского потока, а также требований пожарной безопасности.

Окна устраиваются для освещения и проветривания (вентиляции) помещений и состоят из оконных проемов, рам или коробок и заполнения проемов, называемого оконными переплетами.

Вопрос №12. Поведение зданий и сооружений в условиях пожара, их огнестойкость и пожарная опасность

Нагрузки и воздействия которым, подвергается здание в нормальных условиях эксплуатации, учитывают при расчете прочности строительных конструкций. Однако при пожарах возникают дополнительные нагрузки и воздействия, которые во многих случаях приводят к разрушению отдельных конструкций и зданий в целом. К неблагоприятным факторам относится: высокая температура, давление газов и продуктов горения, динамические нагрузки от падающих обломков обрушившихся элементов здания и пролитой воды, резкие колебания температур. Способность конструкции сохранять свои функции (несущие, ограждающие) в условиях пожара сопротивляться воздействию огня называется огнестойкостью строительной конструкции.

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.

Строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:

Ненормируемый;- не менее 15 мин;- не менее 30 мин;-не менее 45 мин;- не менее 60 мин;-не менее 90 мин;- не менее 120 мин;- не менее 180 мин;- не менее 360 мин.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:потери несущей способности (R);потери целостности (Е);потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса: КО (непожароопасные); К1 (малопожароопасные); К2 (умереннопожароопасные);КЗ (пожароопасные).

Вопрос№ 13. Металлические конструкции и их поведение в условиях пожара, способы повышения огнестойкости конструкций.

Хотя металлические конструкции выполнены из несгораемого материала, фактический предел их огнестойкости в среднем составляет 15 минут. Это объясняется достаточно быстрым снижением прочностных и деформативных характеристик металла при повышенных температурах во время пожара. Интенсивность нагрева МК (металлической конструкции) зависит от ряда факторов, к которым относятся характер нагрева конструкций и способы их защиты. В случае кратковременного действия температуры при реальном пожаре, после воспламенения горючих материалов металл подвергается нагреву более медленно и менее интенсивно, чем нагрев окружающей среды. При действии «стандартного» режима пожара температура окружающей среды не перестает повышаться и тепловая инерция металла, обуславливающая некоторую задержку нагрева, наблюдается только в течение первых минут пожара. Затем температура металла приближается к температуре нагревающей среды. Защита металлического элемента и эффективность этой защиты также влияют на нагрев металла.

При действии на балку высоких температур при пожаре сечение конструкции быстро прогревается до одинаковой температуры. При этом снижается предел текучести и модуль упругости. Обрушение прокатных балок наблюдается в сечении, где действует максимальный изгибающий момент.

Воздействие температуры пожара на ферму приводит к исчерпанию несущей способности ее элементов и узловых соединений этих элементов. Потеря несущей способности в результате снижения прочности металла характерна для растянутых и сжатых элементов поясов и решетки конструкции.

Исчерпание несущей способности стальных колонн, находящихся в условиях пожара, может наступить в результате потери: прочности стержнем конструкции; прочности или устойчивости элементами соединительной решетки, а также узлов крепления этих элементов к ветвям колонны; устойчивости отдельными ветвями на участках между узлами соединительной решетки; общей устойчивости колонны.

Поведение в условиях пожара арок и рам зависит от статической схемы работы конструкции, а также конструкции сечения этих элементов.

Способы повышения огнестойкости:

· облицовка из негорючих материалов(обетонирование, облицовка из кирпича, теплоизолюционных плит, гипсокартонными листами, штукатурка);

· огнезащитные покрытия (невспучивающиеся и вспучивающиеся покрытия);

· подвесные потолки (между конструкцией и потолком создается воздушный зазор, который повышает ее предел огнестойкости).

Предельное состояние металлической конструкции: σ=R n *γ tem