7910

51

щита работающих на предприятии людей и оборудования от атмосферных воздействий.

Это назначение в основном определяет объемно-планировочные и конструктивные решения промышленных зданий.

Промышленные здания классифицируются по отраслям производства (черная и цветная металлургия, машиностроение, электроэнергетика, добыча и переработка нефти, химическая промышленность и др.).

Независимо от отрасли производства промышленные здания разделяются на четыре основные группы: производственные, энергетические, транспортно-складского хозяйства и вспомогательные здания или помещения. К производственным относятся здания, в которых размещены цеха, выпускающие готовую продукцию или полуфабрикаты.

Производственные здания по назначению разделяются на многие виды соответственно отраслям производства. Это могут быть металлообрабатывающие, механосборочные, термические, кузнечноштамповочные и другие цеха.

Кэнергетическим относятся здания ТЭЦ, котельные, трансформаторные подстанции, компрессорные и др.

Здания транспортно-складского хозяйства включают гаражи, склады готовой продукции и сырья, пожарные депо и т. п.

Квспомогательным относятся здания для размещения администра- тивно-конторских помещений, общественных организаций, бытовых помещений и устройств пунктов питания и медицинского обслуживания работников.

По капитальности здания и инженерные сооружения подразделяются на четыре класса в зависимости от прочности конструктивных элементов, наружной и внутренней отделки, архитектурно-художественного оформления, благоустройства, а также эксплуатационных требований к ним.

Капитальность здания и сооружения определяется степенью огнестойкости и степенью долговечности его в условиях эксплуатации. Под долговечностью зданий и сооружений понимают срок их службы, в течение которого они сохраняют прочность и устойчивость основных конструкций (фундаментов, наружных и внутренних стен, перекрытий и покрытий, лестничных клеток) и обеспечивают возможность нормальной их эксплуатации.

Долговечность зданий и сооружений в свою очередь зависит от долговечности строительных материалов, из которых они возведены.

Строительными нормами установлены три степени долговечности зданий и инженерных сооружений:

I степень - со сроком службы более 100 лет; II степень - не менее 50 лет;

III степень - не менее 20 лет.

Материалы и конструкции со сроком службы менее 20 лет применяются только для временных зданий и сооружений.

52

В зависимости от народнохозяйственного значения, мощности предприятия, концентрации материальных ценностей и уникальности оборудования, устанавливаемого в зданиях и сооружениях, они подразделяются на классы, а все производства по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности - на категории (А, Б, В, Г, Д, Е). Более подробно эти вопросы изучаются на старших курсах в специальных дисциплинах

4.3. Основания и фундаменты

Инженеру-строителю в процессе его производственной деятельности приходится сталкиваться с целым рядом задач, успешное решение которых связано с правильной оценкой совместной работы оснований и фундаментов, их реальных свойств в условиях строительства и последующей эксплуатации зданий и сооружений.

Фундаментостроение является одной из наиболее трудоемких и материалоемких работ в строительстве. Качеством подготовки оснований и устройства фундаментов определяется эксплуатационная надежность возводимых зданий и сооружений.

Основанием называют толщу грунтов, воспринимающую нагрузку от здания или сооружения. В свою очередь, грунтом называется горная порода или почва, используемая в качестве основания для возведения зданий и сооружений. Основания разделяют на скальные и нескальные. Скальным основанием называют массивные горные породы, имеющие жесткие связи между зернами, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива и характеризующиеся значительной прочностью при сжатии (5 МПа и более).

Нескальные или грунтовые основания представляют собой либо толщу несвязных горных пород, либо связных, но при этом прочность связей во много раз меньше прочности минеральных частиц. К этому типу относят основания из крупнообломочных, песчаных и пылевато-глинистых грунтов. Нескальные основания подразделяют на естественные и искусственно улучшенные.

Чаще всего располагать здание или сооружение на поверхности земли бывает нецелесообразно, поскольку верхние слои грунта имеют низкую несущую способность и не могут воспринять нагрузку от массы здания или сооружения, они способны значительно деформироваться под влиянием климатических факторов в результате пучения при промерзании, просадки при оттаивании, усадки при высыхании и набухания при увлажнении.

Это вызывает необходимость применения специальной конструкции, которую называют фундаментом.

Фундаменты должны быть прочными, долговечными, устойчивыми к воздействию подземных вод, опрокидывающих сил ветра, скольжению и др. Кроме того, они не должны допускать превышения осадок зданий и сооружений, регламентированных нормативными документами, и иметь наиболее экономичные формы для конкретных инженерно-геологических условий.

53

Таким образом, фундамент - это подземная часть здания, которая предназначена для передачи нагрузки от здания или сооружения на залегающие на некоторой глубине грунты основания.

Плоскость фундамента, опирающуюся на основание, называют подошвой (рис. 9). Поверхность фундамента, на которую опирается надземная конструкция, а также границу между соседними уступами называют обрезом.

Рис. 9. Конструкция фундамента

Фундаменты подразделяют на следующие основные категории: фундаменты, возводимые в открытых котлованах, фундаменты глубокого заложения и свайные фундаменты.

В зависимости от конструктивного решения фундаменты могут быть сплошными, ленточными, столбчатыми и смешанными.

Сплошные фундаменты устраиваются под всем сооружением в виде ребристых или гладких плит, в виде коробов или массивов под трубами, мостовыми опорами, элеваторами, водонапорными башнями, машинами.

Ленточные фундаменты (рис. 10) преимущественно устраивают под жилыми и общественными зданиями. При глубине заложения до 5 м их располагают в виде непрерывных протяженных элементов, параллельных или перекрещивающихся в плане.

Рис. 10. Ленточный фундамент: h - глубина заложения фундамента; hn - подушка фундамента; b - ширина подошвы фундамента

54

Столбчатые фундаменты (рис 11) - это компактные опорные конструкции, передающие сосредоточенную нагрузку. Такие фундаменты обычно устраивают под каркасными зданиями, а также под отдельно стоящими колоннами, мачтами, столбами.

Рис. 11. Отдельные столбчатые фундаменты: 1 - фундаментная балка; 2 - стена; 3 - бетонный или каменный столб; 4 - подушка

Смешанные фундаменты представляют собой сочетание ленточного или сплошного фундамента со столбчатым.

Основными элементами фундамента являются:

глубина его заложения h, ширина подошвы фундамента b, высота подушки h

n (рис. 10).

Свайные фундаменты. Свайным называют фундамент, в котором для передачи нагрузки от сооружения на грунт используют сваи (рис. 12). Такой фундамент состоит из свай, по верхней части которых устраивают специальный конструктивный элемент - ростверк. Свайные фундаменты устраивают там, где необходимо передать значительные нагрузки на слабые грунты (это могут быть грунты насыпные, водонасыщенные, просадочные).

По характеру работы в грунте сваи делят на висячие (рис. 12, б) и сваистойки (рис. 12, а). Висячие сваи не достигают прочного грунта и нагрузку от здания воспринимают главным образом за счет сил трения, возникающих между боковой поверхностью и грунтом. Сваи-стойки проходят через слабый грунт и нижними концами опираются на прочное основание, передавая на него всю нагрузку от здания.

По материалу сваи бывают железобетонные, бетонные, стальные, деревянные.

Говоря о фундаментах, следует отметить необходимость устройства их гидроизоляции для защиты от увлажнения и размораживания как самого материала фундаментов, так и подвальных помещений.

55

Рис. 12. Схемы свайного фундамента: а) - со сваями-стойками; б) - с висячими сваями: 1 - стена; 2 - ростверк; 3 - сваи; 4 - грунт, Р - нагрузка

Чаще всего применяют (за исключением специальных случаев) обмазочную и оклеечную гидроизоляцию. В первом случае вертикальные поверхности фундаментов после просушки покрывают слоем гидро-изоляционного материала, например, разогретого битума или битумной мастики. При устройстве оклеечной гидроизоляции на вертикальную поверхность фундамента, чаще всего только с наружной стороны, наклеивают несколько слоев рулонных гидроизоляционных материалов (например, рубероида) (рис. 13).

Рис. 13. Изоляция стен от сырости: а — стена бесподвального здания; б — стена подвального помещения; 1 — цементный раствор или рулонный материал; 2 — обмазка битумом за два раза

В обязательном порядке во избежание проникновения сырости в помещения первого этажа за счет капиллярного переноса влаги устраивают рулонную гидроизоляцию ниже уровня пола первого этажа. На это следует обратить особое внимание, поскольку восстановление пропущенной или

56

небрежно выполненной горизонтальной гидроизоляции технически очень сложно и требует, кроме того, больших материальных и трудовых затрат.

4.4.Стены и перегородки

4.4.1.Общие сведения

Стенами называют конструктивные элементы зданий, служащие для ограждения помещения от внешнего пространства или отделения одного помещения от другого.

Взависимости от необходимого температурно-влажностного режима помещений и климатических условий района постройки выбирают наиболее рациональные в данных условиях типы и материалы стен.

По назначению и расположению в здании стены подразделяют на наружные и внутренние. Наружные стены отапливаемых зданий служат главным образом для защиты помещений от внешних атмосферных воздействий и для поддержания в помещениях необходимой температуры и влажности воздуха. Внутренние стены и перегородки предназначены для разделения смежных помещений. Часто внутренние стены служат опорой для перекрытий и покрытия зданий (несущие стены).

Наружные стены должны быть сухими, даже в самые сильные морозы на их внутренних поверхностях не должно появляться конденсата, т. е. теплоизоляционные свойства стен должны отвечать нормативным показателям.

Следует отметить, что наружные стены зданий, построенных до середины 90-х годов, не обладают достаточными теплозащитными свойствами, что приводит к неоправданно большим расходам тепла в процессе их эксплуатации.

Всвязи с этим Постановлением правительства Российской Федерации с 1995 года значительно ужесточены требования к теплоизоляционным свойствам ограждающих конструкций (к которым относятся наружные стены). С 1 января 1996 года новое строительство, реконструкция, модернизация и капитальный ремонт зданий должны обеспечивать повышенные требования к теплозащите ограждающих конструкций. Термическое сопротивление наружных стен зданий, построенных до 31 декабря 1999 года, должно быть повышено примерно в 1,7 раза, а для зданий, строящихся с 1 января 2000 года - в 3,0-3,5 раза за счет применения материалов, обладающих высоким термическим сопротивлением.

Все чаще в проекты закладываются многослойные конструкции, в которых внутренний несущий слой проектируется из прочных стеновых материалов, наружный слой - из материалов, обладающих достаточной морозостойкостью, а между ними предусматривается слой из высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Это минераловатные плиты, плиты URSA, плиты из базальтового волокна и т. п.

57

Вэтих условиях значительно повышается роль ячеистых бетонов, к которым относятся пенобетоны и газобетоны. Чаще всего эти материалы применяются в виде мелкоразмерного камня, объем которого примерно равен объему восьми условных кирпичей. В зависимости от средней плотности, а следовательно и прочности при сжатии, камни из ячеистых бетонов могут выполнять функции теплоизоляции. Чаще применяют конструктивнотеплоизоляционные бетоны, которые обладают достаточной прочностью и в то же время, имея пониженную среднюю плотность, позволяют снизить массу наружных стен и обеспечить надежную теплоизоляцию.

На рис. 14 представлены варианты конструкций наружных стен, рекомендованных к применению в отапливаемых зданиях и сооружениях, с 1 января 2000 года.

Значительно сложнее обстоит дело с утеплением уже построенных отапливаемых зданий и сооружений.

По некоторым оценкам в настоящее время в РФ находятся в эксплуатации около 4,5 млрд. м2 общей площади отапливаемых зданий и сооружений, в том числе около 2,5 млрд. м2 жилых зданий.

Выполнение такого громадного объема работ (а это безусловно необходимо делать) связано с большими материальными затратами, техническими и организационными сложностями.

Всамом деле, процесс утепления наружных стен с внутренней стороны создает большие неудобства для жильцов и людей, которые работают или учатся в эксплуатируемых зданиях и сооружениях. Кроме того, такое решение менее предпочтительно с теплофизической точки зрения.

Рис. 14. Конструкции наружных стен, применяемых с 1 января 2000 года:

а) - многослойная стена из пенобетона с прослойкой из эффективного утеплителя; б) - однослойная стена из пенобетона с облицовкой кирпичом; в) - многослойная стена из силикатного кирпича с прослойкой из эффективного утеплителя

Утепление этих зданий с наружной стороны связано с решением непростых технических и организационных задач. Даже при современном раз-

58

витии техники нетрудно представить ситуацию, когда необходимо «одеть в шубу», например, девятиэтажный жилой дом.

Следует учесть, что в этом случае необходимо не только утеплить наружные стены, но и придать зданию соответствующий архитектурный облик. Кроме того, стены должны быть достаточно прочными, устойчивыми и долговечными, обладать высокими звукоизоляционными свойствами, особенно в жилых зданиях. Совершенно очевидно, что государство, все население страны стоят перед сложной и весьма дорогостоящей проблемой. Однако решать её надо.

Схема утепления рядового участка стены с наружной стороны представлена на рис. 15.

1.Полимерно-цементный клей

2.Плитный утеплитель

3.Тарельчатый дюбель

4.Базовый слой клея для армирующей сетки

5.Стеклосетка армирующая щелочестойкая

6.Покрывающий слой стеклосетки

7.Окрашенный декоративный слой с грунтовкой

Рис. 15. Вариант теплоизоляции рядового участка стены с наружной стороны

По виду применяемых материалов стены подразделяются на крупнопанельные, каменные (кирпичные и крупноблочные), деревянные и др., по характеру нагрузки – на несущие, самонесущие и навесные.

Несущие стены воспринимают нагрузку от собственной массы, других конструктивных элементов, полезной нагрузки и передают ее на фундаменты.

Самонесущие стены передают нагрузку на фундаменты только от собственной массы по всей своей высоте.

Навесные стены несут нагрузку от собственной массы только в пределах одного этажа. Они опираются, как правило, на каркас.

Нижняя часть наружной стены называется цоколем, который является базой, через которую стена опирается на фундамент. Поскольку цоколь расположен непосредственно у поверхности земли, он находится в особо неблагоприятных условиях вследствие механических повреждений, а также из-за влияния наледей, снега, дождевой и талой воды. Поэтому для устройства цоколя применяют атмосферо- и морозоустойчивые материалы. Для защиты цоколя от увлажнения поверхностными водами и удаляемой с кровли дождевой водой по всему периметру здания с наружной стороны устраивают водо-

59

непроницаемую отмостку шириной не менее 0,5 м с уклоном от здания 2 ÷ 3 %. Цоколь имеет также весьма существенное архитектурное значение, создавая впечатление устойчивости здания.

Венчающую часть наружной стены, выступающую за ее плоскость, называют карнизом. Карниз служит для защиты стен от воды, стекающей с кровли. Он является также и архитектурным элементом фасада здания. К конструктивно-архитектурным элементам стен относятся балконы, лоджии, эркеры.

Балконом называют площадку с ограждением, выходящую за плоскость наружной стены (рис. 16).

Рис 16. Балкон

Лоджия в противоположность балкону заглублена внутрь объема здания, создавая западающее открытое помещение (рис 17).

Рис. 17. Лоджии

Эркер - полукруглый или многогранный выступ в стене, проходящий через несколько этажей, как правило, с окнами (рис. 18).

60

Рис. 18. Общий вид эркера

4.4.2. Стены из кирпича и мелкоразмерных камней

Несущие каменные стены гражданских и промышленных зданий могут быть как сплошные, так и облегченные. При строительстве сплошных стен расходуется много кирпича и раствора и, кроме того, во многих случаях прочностные свойства сплошных стен полностью не используются.

Поэтому для повышения теплозащитных свойств стен кладку их необходимо выполнять в облегченной конструкции - с пустотами, или с заполнением средней части толщины стены малопрочным, но эффективным теплоизоляционным материалом. С этой же целью целесообразно выполнять кладку из эффективного, многощелевого кирпича и камней. Способы возведения стен изучаются студентами на старших курсах, а также в процессе обучения рабочим профессиям. Фрагменты стен из кирпича представлены на рис. 19.

Рис. 19. Сплошная кирпичная кладка