21. Обеспечение пространственной жесткости здания
Здание в целом и отдельные его элементы, подвергающиеся воздействию различных нагрузок, должны обладать:
прочностью, которая определяется способностью здания и его элементов не разрушаться от действия нагрузок;
устойчивостью, обусловленной способностью здания сопротивляться опрокидыванию при действии горизонтальных нагрузок;
пространственной жесткостью, характеризующейся способностью здания и его элементов сохранять первоначальную форму при действии приложенных сил.
Общая устойчивость и пространственная жесткость здания зависят от взаимного сочетания и расположения конструктивных элементов, прочности узлов соединений и т.д.
В зданиях с несущими стенами пространственная жесткость обеспечивается:
внутренними поперечными стенами, в том числе и стенами лестничных клеток, соединяющимися с продольными наружными стенами;
междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и расчленяющими их по высоте на ярусы.
В каркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается:
совместной работой колонн, ригелей и перекрытий, образующих геометрически неизменяемую систему;
устройством между стойками каркаса специальных стенок жесткости;
стенами лестничных клеток, лифтовых шахт;
укладкой в перекрытии настилов-распорок;
надежными соединениями узлов.
Рис. 5. Элементы, обеспечивающие пространственную жесткость каркасных зданий 1 — стенки жесткости; 2 — ригели; 3 — панели-распорки; 4 — колонны
Здание любого типа находится под воздействием различных нагрузок и поэтому должно обладать: – прочностью, т. е. способностью здания и его отдельных элементов не разрушаться от действия приложенных нагрузок; – устойчивостью, т. е. способностью здания сопротивляться опрокидыванию при действии горизонтальных нагрузок; – пространственной жесткостью, т. е. способностью здания и его элементов сохранять первоначальную форму при действии приложенных сил.
Пространственная жесткость бескаркасных зданий обеспечивается: – внутренними поперечными стенами, в том числе стенами лестничных клеток, связанными с наружными продольными стенами; – междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и расчленяющими их по высоте здания на отдельные ярусы.
Этот тип здания отличается достаточной пространственной жесткостью и устойчивостью.
Пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается: – совместной работой колонн, связанных между собой ригелями и перекрытиями и образующих геометрически неизменяемую систему; – установкой между колоннами стенок жесткости и стальных вертикальных связей (диафрагмы жесткости); – сопряжением стен лестничных клеток, лифтовых шахт с конструкциями каркаса; – укладкой в междуэтажных перекрытиях (между колоннами) настилов-распорок; – надежным соединением стыков.
Диафрагмы жесткости могут быть образованы сборными ограждениями лестничных клеток (пространственные диафрагмы жесткости) и межквартирными стенами на ширину дома (плоские диафрагмы жесткости).
Основания. Классификация грунтов
Прочность и устойчивость любого сооружения, прежде всего, зависят от надежности основания и фундамента.
Толщину грунта, залегающую под фундаментом и воспринимающую нагрузку от здания, называют естественным основанием.
Если природный массив грунта не способен воспринимать нагрузки от возводимого здания и требуется работ по его усилению, то такое основание называют искусственным.
Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента, воспринимающие нагрузку от здания или сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения.
При проектировании несущего остова учитывают следующие факторы:
- геологическое и гидрогеологическое строение грунта;
- климатические условия района строительства;
- конструкция сооружаемого здания и фундамента;
- характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т.д.
Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.
Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения.
Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта. Их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.
Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений.
К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты.
Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.
Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1...2 мм. Пески крупностью 0,25...2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не вспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.
Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.
Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.
Лёссовые грунты — то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При Увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.
Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».
Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия.
К слабым грунтам относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.
При возведении зданий на естественном основании:
- грунты, залегающие в толще этого основания, должны иметь небольшую и равномерную сжимаемость. Это обусловлено тем, что в естественном состоянии между частицами грунта имеются неплотности, которые уменьшаются под воздействием нагрузки.
Уплотнение грунтов под нагрузкой вызывает равномерную осадку здания, не представляющую для него опасности. Однако значительная и неравномерная сжимаемость грунтов может вызвать повреждение и даже разрушение здания;
- грунты должны иметь достаточную несущую способность. Их физико-механические свойства определяют при инженерно-геологическом исследовании площадки строительства;
- грунты не должны иметь пучинистых свойств. Известно, что при замерзании грунты увеличиваются в объёме, а при оттаивании уменьшаются. Это приводит к неравномерной осадке здания и появлению в нём деформационных трещин;
- грунты должны противостоять воздействию грунтовых вод, которые растворяя некоторые породы, выносят из их толщи мельчайшие частицы. В результате появляется пористость основания, которая снижает его несущую способность.
При возведении зданий наибольшую опасность представляет деформация основания. Коренное изменение структуры залегающих грунтов под воздействием нагрузки от здания, называют их просадкой. Просадка возможна и при недостаточной толщине плотных грунтов, т.е. если ниже залегает массив рыхлых грунтов.
При наклонном залегании грунтов на косогорах под действием нагрузок от здания возможен оползень, т.е. сползание залегающего массива основания.
23. ВИДЫ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
Фундамент (лат. fundamentum означает основание, опору) — подземная часть здания, принимающая нагрузку от конструкции (в том числе и от собственного веса) и передающая этот вес на грунтовое основание. От правильного выбора типа фундамента, качества его проектирования и возведения зависит и долговечность здания и безопасность проживания в нем. Стоимость строительства фундамента высока и составляет 20% и более от стоимости всех строительно-монтажных работ.
Основные типы фундаментов, применяемых в индивидуальном домостроении:
ленточный монолитный бутобетонный фундамент
ленточный сборный фундамент
столбчатый монолитный
блочный фундамент
свайный фундамент с ростверком
свайный фундамент
плитный не заглубленный фундамент;
Верхняя часть фундамента называется обрезом. Нижняя поверхность фундамента называется подошвой.
Строительству фундаментов предшествует изучение грунтов, глубины залегания грунтовых вод и только после этого делается математический расчет нагрузок и выбор конструкции основной опоры дома.
Виды фундаментов, применяемые для строительства жилых домов малой этажности: ленточные, столбчатые, свайные, МЗФ – фундаменты мелкого заложения, плита.
Жесткие ленточные и столбчатые фундаменты. Выполняются из бетона, бутобетона, бутовой кладки, т. е. из тех материалов, которые хорошо работают на сжатие. Бутовая кладка ведется на цементном растворе или сложном цементном растворе. Предварительно проектом определяется площадь подошвы фундамента.
Учитываются все характеристики грунта, рассчитывают давление на грунт основания под подошвой фундамента, выбирают глубину заложения. Большинство грунтов обладают способностью вспучиваться при замерзании, поэтому важное значение имеет уровень грунтовых вод.