2. Конструктивные схемы каркасных зданий

Каркасная систем (каркас (франц.) - скелет) (рис. 2 3). Остов образуется путем совместной работы колонн с ригелями и междуэтажными перекрытиями.

В каркасной системе различают следующие конструктивные схемы:

с продольным расположением ригелей;

- с поперечным расположением ригелей;

- безригельными.

Несущие элементы такой системы - колонны, ригеля, перекрытия, в данном случае воспринимают все нагрузи, действующие на здание.

По характеру работы каркасы бывают трех типов: рамные, связевые и рамно-связевые. Стойки и ригели рамного каркаса (рис. 4, а) соединяются между собой жесткими узлами и образуют поперечные и продольные рамы, воспринимающие все действующие на каркас вертикальные и горизонтальные нагрузки.

В зданиях со связевым каркасом (рис. 4, б) узлы между стойками и ригелями нежесткие, поэтому для восприятия горизонтальных нагрузок (например, ветровых) необходимы дополнительные связи. Роль этих связей в многоэтажных зданиях выполняют чаще всего перекрытия, образующие горизонтальные диафрагмы и передающие горизонтальные нагрузки на жесткие вертикальные диафрагмы (стены лестничных клеток, шахты лифтов, железобетонные перегородки и др.).

В практике строительства часто применяют здания с комбинированным типом каркаса, который называется рамно-связевым. В нем в одном направлении ставят рамы, в другом связи.

Каркасы общественных зданий

Каркас представляет собой совокупность верти­кальных (колонны) и горизонтальных (ригели) линейных несу­щих конструкций. Ригели могут отсутствовать, в этом случае их роль выполняют безбалочные плиты перекрытий. Сетка колонн каркаса может колебаться в широких пределах от 3 х 3 до 15 х 15 м и определяется величиной укрупненного модуля, при­нятого в проекте.

Каркасы применяют в общественных зданиях по условиям гибкой планировочной структуры помещений и при значитель­ных ветровых нагрузках на здание. Каркасы выполняют из де­рева, железобетона и металла.

По способу восприятия нагрузок и внешних воздействий различают рамные, связевые и рамно-связевые каркасы. Распо­ложение ригелей может быть продольным и поперечным.

В рамном каркасе колонны и ригели воспринимают все виды нагрузок и воздействий, узлы сопряжения колонн и риге­лей жесткие, унификация поперечных сечений колонн и риге­лей в многоэтажных зданиях малоэффективна.

В каркасах связевого типа сопряжение колонн и ригелей принимается шарнирным. Колонны воспринимают только вер­тикальные нагрузки, нагрузки от ветра воспринимают специ­альные связи, или диафрагмы жесткости. Поперечные сечения всех конструктивных элементов легко унифицировать.

Рамно-связевые каркасы применяют относительно редко.

В учебном курсовом проектировании многоэтажных зданий применяют преимущественно железобетонный унифицирован­ный каркас межвидовой серии 1.020 (связевой каркас) для обычных условий строительства.

Каркас состоит из колонн, ригелей и диафрагм жесткости. В комплекте чертежей унифицированного сборного железобе­тонного каркаса дополнительно разработаны также чертежи фундаментов, лестничных маршей, наружных ограждающих конструкций, плит перекрытий и узлов сопряжений конструк­ций между собой. Плиты перекрытий в учебном проекте могут быть приняты стандартные и специально разработанные

Каркасы одноэтажных промышленных зданий

Конструктивные схемы одноэтажных промышленных зданий разнообразны (рис. 1): наиболее распространенными являются од- нопролетная и многопролетная рамные схемы каркасов с системой покрытий (плоской и пространственной) в виде куполов и вантовых конструкций. По виду материалов конструкции каркасов бывают железобетонные и стальные. Железобетонные каркасы могут быть монолитными и из типовых сборных железобетонных элементов заводского изготовления.

Каркас одноэтажного здания с покрытием из плоских элементов состоит из поперечных рам, образованных защемленными в фундаментах колоннами, и шарнирно опирающимися на колонны стропильными фермами или балками. В продольном направлении рамы связаны подкрановыми балками, балками-распорками, подстропильными фермами, жестким диском покрытия и- в необходимых случаях — стальными связями. Жесткий диск образуют плиты, приваренные к стропильным фермам или к балкам с последующим

Каркас многоэтажных зданий – это жесткая пространственная система, обеспечивающая крепление ограждающих конструкций:

• производственных зданий, которые обычно не выше 9 этажей,

• производственно-лабораторных корпусов, которые могут достигать 25 этажей,

• открытых промышленных этажерок высотой до 100 метров и более.

Каркасы многоэтажных зданий подразделяются на

• связевые каркасы, которые являются самыми экономичными и простыми в изготовлении. Их недостаток – несоответствие современным архитектурно-строительным требованиям;

• рамные каркасы (плоские рамы), которые используются как в поперечном, так и в продольном направлениях. Однако такие рамы обладают сравнительно небольшой жест­костью, поэтому применяются для небольших по высо­те зданий. Кроме того использование рамной схемы сдерживается ещё тем, что возникающие в элементах рамы усилия затрудняют унификацию этих элементов;

• рамно-связевые каркасы – наиболее распространенная схема, в которой рамы используются в поперечном направлении, а вертикальные связи в продольном направлении здания. Эта схема каркаса соответствует эксплуатационным требованиям и дает возможность использовать двутавровые колонны, тем самым, обеспечивая экономичность и простоту рамных узлов сопряжения ригелей с колоннами.

Выбор материала каркаса (железобетон или сталь) определяется сравнением стоимости вариантов каркасов, выполненных из различных мате­риалов. При этом стальные каркасы главным образом используются в производственных зданиях с большими пролетами, высокими стенами и тяжеловесным технологическим оборудованием, поэтому каркасы промышлен­ных зданий - это наиболее металлоемкие и сложные системы металлоконструкций. Сравнение основных технико-экономических характеристик дополняется при этом учетом следующих особенностей.

Преимущества стальных каркасов:

1. Стальной каркас значи­тельно легче железобетонного, за счёт чего упрощаются монтажные, такелажные и транспортные работы;

2. Применение стального каркаса упрощает узлы крепления технологического оборудования, трубопроводов, пути подвесного транспорта;

3. Стальной каркас по сравнению с железобетонным позволяет значительно увеличивать размеры температурных блоков зданий;

4. Стальной каркас сравни­тельно легко может быть перемонтирован и, если необходимо, усилен при изменении технологического процесса или при реконструкции здания под новую технологию;

5. Унификация элементов каркаса позволяет снизить трудоемкость изготовления, перевозки и монтажа конструкций, и следовательно стоимость строительства в целом.

Основные недостатки стальных каркасов:

1. Большой расход металла по сравнению с железобетонными конструкциями (70-80% для гибкой арматуры и 20-30% для жесткой арматуры);

2. Необходимость дополнительной огнезащиты в пожароопасных зданиях за счёт применения огнезащитных красок и спринклерных установок, что увеличивает производственные затраты;

3. Подверженность коррозии.

Перекрытие жилого здания является конструкцией, воспринимающей нагрузку от массы людей, мебели и оборудования и передающей ее на стены. Перекрытия должны обладать необходимыми прочностными, тепло-техническими (перекрытия чердачные, над подвалами и над проездами), акустическими, водоизоляционными (перекрытия в санитарных узлах) и газоизоляционными (над котельными, столовыми и тому подобными помещениями) свойствами, а также быть достаточно огнестойкими. Конструкции перекрытий выполняют из железобетона, армосиликата, керамики и дерева.

Железобетонные перекрытия характеризуются прочностью, долговечностью и огнестойкостью. Железобетонные перекрытия подразделяются на монолитные и сборные. Наиболее часто в последние годы используют в жилищном строительстве сборныеперекрытия.

Монолитные железобетонные перекрытия применяли преимущественно над первыми этажами иподвалами жилых зданий при размещении в них магазинов и других нежилых помещений. По конструкции монолитные железобетонные перекрытия бывают ребристые, кессонные и безбалочные.

Сборные железобетонные перекрытия подразделяют на три группы: перекрытия по железобетонным балкам с мелкоразмерным заполнением (рис. 17), перекрытия из настилов массой до 0,5 т (рис. 18) и широких элементов массой 1,5—2 т, крупнопанельные перекрытия из элементов размером на комнату (массой 3—7 т).

Швы между железобетонными настилами, имеющими двухпустотное и лотковое поперечное сечение и укладываемыми впритык друг к другу, заделывают цементным раствором. В раздельной лотковой конструкции перекрытия нижние лотки заделывают в стену, а верхние опирают у стен на нижние лотки и упругие прокладки. Раздельная конструкция перекрытия обладает лучшей изоляцией от ударного шума.

Настилы из элементов бывают ребристыми и часто-ребристыми с вкладышами, многопустотными, одно-и многослойными.

Трехслойный настил состоит из нижнего и верхнего слоев железобетона толщиной 20—30 мм и среднего слоя из легкого бетона (керамзитобетона и т. п.). Двухслойный настил имеет нижний слой толщиной 30—50 мм из обычного бетона класса В 15, а верхний — из легкого бетона класса В 7,5. Однослойные панели изготовляют из бетона классов В 7,5—В 12,5.

Из многопустотных панелей наиболее эффективны панели с круглыми и овальными пустотами, поэтому они рекомендованы Госстроем СССР к широкому применению в жилищно-гражданском строительстве.

Крупнопанельные перекрытия размером на комнату (массой до 7 т) в отличие от перекрытий из элементов небольшой ширины не имеют стыков над перекрываемыми помещениями, что повышает их звукоизолирующие и эксплуатационные качества. Шатровая панель представляет собой плоскую плиту, окаймленную ребрами по контуру в виде карнизов, которая опирается на продольные и поперечные стены.

Изоляция междуэтажных железобетонных перекрытий от ударного шума достигается устройством слоев из шлака и установкой специальных звукоизоляционных плит (древесно-волокнистых, из минеральной пробки идр.), входящих в состав пола.

В местах примыкания полов на упругих прокладках или засыпках к стенам, перегородкам или каркасу следует оставлять зазор шириной 1 —1,5 см, заполняемый упругим материалом. Плинтусы следует прикреплять только к перегородкам или полу.

Примеры примыкания перекрытий с полами из различных материалов к стенам или перегородкам приведенына рис. 19.

Перекрытия по стальным и деревянным балкам (рис. 20) в настоящее время почти не применяют, так как для устройства 1 м² перекрытия требуется до 30— 35 кг прокатного металла. Однако в существующих лданиях, особенно с пролетами 6—8 м, эти перекрытия встречаются часто.

Перекрытия по стальным балкам могут быть двух видов — со сгораемым (деревянным) и несгораемым наполнением. Несгораемым междубалочным заполненной является монолитная железобетонная плита или из * борных плит и пустотелых блоков.

Деревянные перекрытия выполняют в жилых зданиях высотой до трех этажей. Однако до 1954 г. такие перекрытия устраивали в зданиях большей этажности. Пространство между балками заполняют накатом из пластин или щитов. Применяют также междубалочное заполнение из легкобетонных и гипсовых плит.

Для звукоизоляции и предохранения от промокания перекрытия при мытье полов по накату устраиваютглинопесчаную смазку или укладывают рулонный материал. По смазке устраивают рыхлую засыпку толщиной 60—80 мм. Лаги укладывают через 500—700 мм. Чистый пол выполняют из шпунтованных досок; при устройстве пола из паркета, ксилолита или линолеума основание под него, называемое черным полом, предусматривают из нестроганых досок. Звукоизоляционные прокладки между балками и лагами устраивают из трех слоев рулонного материала, антисептированных древесно-волокнистых плит и др. Лаги создают по всей площади пола воздушную прослойку, улучшающую вентиляцию подпольного пространства.

Для увеличения срока службы деревянных перекрытий исключительно важное значение имеют правильная заделка концов балок в каменные стены и предохранение их от увлажнения и гниения. Глубину заделки концов балки в стену принимают равной 150—200 мм. Концы балок антисептируют 3%-ным раствором фтористого натрия и обмазывают (кроме торцов) битумной мастикой или смолой и обертывают двумя слоями толя.

В зданиях старой постройки встречается изоляция концов балок березовой корой. Гнезда для балок делают таких размеров, чтобы вокруг конца балки остались зазоры 20—30 мм.

Если толщина наружных стен не более 510 мм, то в гнездах может образоваться конденсат, приводящий к загниванию концов балок. Чтобы избежать этого, зазоры между концами балок и гнездами необходимо залить раствором или утеплить гнезда деревянными осмоленными коробами. При опирании деревянных балок на наружные степы толщиной более 510 мм, а также при опирании на внутренние стены зазоры между балками и гнездами оставляют, что обеспечивает вентиляцию концов балок. Связь балок со стенами осуществляется анкерами, устанавливаемыми через одну балку (рис.21).

Особенности устройства некоторых видов перекрытий.

В санитарных узлах перекрытия делают с гидроизоляционным слоем, который располагают между покрытием пола и основанием. Гидроизоляция состоит из двух-трех слоев рулонного материала на мастике, которые в примыкании к стенам и перегородкам поднимают на 50—100 мм. В железобетонных перекрытиях вместо рулонной гидроизоляции применяют цементный раствор с уплотняющими или гидрофобными добавками (алюминат натрия, хлорное железо и др.).

Полы в санитарных узлах обычно устраивают из керамических плиток, укладываемых на цементном растворе по сборному или монолитному железобетонному перекрытию.

При наличии в санитарных узлах деревянных перекрытий по балкам укладывают сплошной настил из шпунтованных брусков толщиной 50—60 мм, по настилу наклеивают гидроизоляционный ковер, а по ковру настилают чистый пол. Все деревянные элементы перекрытия антисептируют.

Перекрытия, устраиваемые над холодным подпольем и над проездом, отличаются от междуэтажных тем, что имеют теплоизоляционный слон (по расчету).

Чердачные перекрытия (рис, 22) также утепляют. Теплоизоляцию устраивают из рыхлых засыпок или плитных материалов и укладывают между балками или по верху настилов. Стальные и железобетонные балки утепляют сверху от промерзания. Для предохранения теплоизоляции от уплотнения при хождении по чердаку укладывают две-три доски, устраивают теплоизоляцию из сыпучих материалов, которые защищают коркой из пористого глиняного или цементного раствора. У наружных стен толщину теплоизоляции увеличивают

Констр кирпич стен

Для уменьшения потерь тепла и расхода кирпича меняется экономичная конструкция наружных стен колодцевая кладка. При этом виде стена практически выкладывается из двух самостоятельных стенок тол­щиной в полкирпича, соединенных между собой верти­кальными и горизонтальными кирпичными мостиками

с образованием замкнутых колодцев. Колодцы заполня­ют шлаком, керамзитом, легким бетоном, песком, сме­шанными с опилками и известью-пушенкой в соотно­шении 1:4:1.

Поперечные стены делают через 3 кирпича, наруж­ные углы выкладывают тычковым рядом. Засыпку укла­дывают по мере возведения стен, слоями по 10—15 см, . тщательно утрамбовывая. Каждые два слоя поливают известковым раствором.

, В завершение колодцевой кладки выкладывают 3 ря­да сплошной кладки с армированной сеткой в последнем ряду. Колодцевая кладка рекомендуется для домов с де­ревянными перекрытиями. К недостаткам такого вида можна отнести ослабленную прочность стены. Кроме рядовой кирпич имеет грубую поверхность, из-за «возведенные из него внутренние и наружные стеку: в последствии необходимо штукатурить

Кирпич пустотелый предназначен для возведения наружных стен с повышенной теплоизолирующей способностью. Наличие пустот в кирпиче уменьшает подревность в сырье, затраты на транспорт, облегчает обжиг, повышает морозостойкость. В целях сокращения расхода кирпича, уменьшения массы стен и нагрузки на фундамент наружные стены иногда можно полностью выкладывать из пустотелого кирпича. Этот материал изготавливают со сквозными и не­сквозными круглыми, щелевидными, овальными или квадратными пустотами. Благодаря тому что диаметр сквозных пустот не превышает 16 мм, а ширина щели — 12 мм, в процессе кладки раствор незначительно заполняет пустоты, и кладка обладает пониженной теплопроводностью. Кирпич может быть пластиче­ского или полусухого прессования: при пластическом прессовании кирпич изготавливается со сквозными густотами, а при полусухом — с несквозными (еще его называют пятистенным и укладывают пустотами вниз).

Кирпич облицовочный используется практически во всех видах наружных работ. Выдерживает воздействие воды и мороза. Некоторые его виды, применяемые для наружной отделки печей, каминов, на внешней поверх­ности имеют отпечатанные орнаменты, придающие кирпичу некоторый декоративный вид. С применением облицовочного кирпича стоимость стен возрастает, но разница примерно равна стоимости оштукатуривания фасада. Если учитывать расходы на ремонт штукатурки и периодическую" окраску наружных стен, то поручается, что стены, облицованные кирпичом, по материалам дешевле оштукатуренных на 15 %,

И Трудозатратам — на 25 %,

Красивы облицовочные кирпичи светлых тонов — желтые и кремовые, сделанные из светложгущихся глин. Вообще в природном состоянии глины имеют серый, желтый, красноватый, зеленоватый, бурый и поч­ти черный цвет. Но на цвет уже обожженного кирпича в большей мере влияет содержание в глине различных соединений, и прежде всего окиси железа.

Своеобразный эффект достигается при использова­нии профильного лицевого кирпича. В старину такой ма­териал получали при обтесывании обычных кирпичей или в специальных формах. Так, в храме Василия Бла­женного были использованы 7 видов профильных кир­пичей, представленных в различных вариантах кладки.

Кирпич фигурный, обладая высокой морозо и вла­гостойкостью, также предназначается в основном для внешней отделки. Правда, и стоит он недешево. По­этому уже на этапе проектирования стоит реально оце­нить финансовые возможности, выяснив, что больше подходит — классически прямые углы или затейливые формы фасада. В отличие от отечественных предпри­ятий зарубежные фирмы предлагают широкий выбор конфигураций и цветовой гаммы. Обычно фигурный кирпич изготавливается на заказ с учетом требований застройщика.

\.

I*. Кирпичом с соломой облицовываются внешние сте­ны. Цвет красно-коричневый. Кирпич имеет шерохо­ватую, относительно ровную поверхность и выемку с одной из сторон, что характерно для старинного кирпича ручной работы. Кладка, выполненная из такого кирпича, создает иллюзию старинного здания, что са­мо по себе эффектно, а порой и просто необходимо (например, при реконструкции старинных зданий или строительстве новых в исторических местах). Использование соломы при изготовлении кирпича позволяет в значительной степени повысить его прочностные характеристики. Причем сам рецепт «соломенного» _; кирпича не является новым — в древности его исполь­зовали для борьбы с хрупкостью, как бы «армируя» .при помощи волокон соломы.

Кирпичом керамическим клинкерньм модульным об­лицовываются наружные стены. Цвет белый, серый, светло-черный, красный. Особенности керамического клинкерного кирпича— в его термостойкости и морозостойкости (выдерживает не менее 50 циклов нагревания - охлаждения), в низком уровне влагопоглощения 0,2%). Это достигается как выбором исходных

материалов, так и особой технологией обжига (при температуре 1800°С). Кирпич имеет гладкие торце­вые стенки, как у керамической плитки, и нестандарт­ный размер — больший, чем у обыкновенного обли­цовочного кирпича (в связи с этим его еще называют модульным). За счет меньшего количества требуемых кирпичей в возводимой стене можно сократить время кладки