Способы обеспечения жесткости каркаса

Устойчивость – способность здания противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического или динамического равновесия – сопротивление опрокидыванию.

Потеря устойчивости здания может произойти в результате неравномерной осадки фундаментов и (или) при действии динамических (ветровых и сейсмических) нагрузок.

Устойчивость обеспечивается целесообразным взаимным сочетанием и расположением элементов конструкций зданий в соответствии с величиной и направлением внешних усилий. Условие устойчивости здания при больших ветровых (горизонтальных) нагрузках – равнодействующая вертикальных нагрузок и давления ветра, которая должна проходить через подошву фундамента.

Способы обеспечения устойчивости здания

Устойчивость высотных зданий зависит от формы их объема, высокое и протяженное здание с узким корпусом (здание-пластина) – самая неэффективная форма с позиции устойчивости, так как имеет большое сопротивление ветровой нагрузке (парусность) и узкую опорную часть.

Для повышения устойчивости рекомендуется применять эффективные формы зданий, что достигается:

- развитием формы плана здания;

- сокращением габаритов здания с ростом его высоты (террасность, пирамидальность, конусность);

- обтекаемостью формы (цилиндрические и близкие к ним формы).

Особой проблемой является обеспечение устойчивости очень высоких зданий, когда требуется обеспечить восприятие у основания здания очень больших изгибающих моментов, возникающих от действия горизонтальных ветровых нагрузок. Обычно решением является надежная анкеровка здания через фундамент в грунт основания. Тогда здание работает как вертикальный консольный стержень, воспринимающий большие горизонтальные нагрузки. Примером может служить здание бизнес-центра высотой 450 м в городе Куала-Лумпур (Малайзия) – одного из самых высоких небоскребов в мире. Для устройства фундамента был вырыт котлован глубиной 20 м и площадью 57 тыс. кв. м. Четыреста бетонных опор, уходящих в грунт на глубину 150 м и объединенных мощной плитой сверху, образовали фундамент анкерного типа для двухбашенного здания.

Долговечность – способность здания и его элементов сохранять во времени заданные качества в определенных условиях при установленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций. Установлены следующие степени долговечности:

- I степень – срок службы не менее 100 лет;

- II степень – срок службы не менее 50 лет;

- III степень – срок службы не менее 20 лет

Требуемая степень долговечности зданий и их конструкций обеспечивается:

- выбором строительных материалов, имеющих соответствующую огнестойкость, морозостойкость, влагостойкость, биостойкость, коррозионную стойкость;

- применением конструктивных решений, исключающих или снижающих разрушающее воздействие на конструкции;

- специальной защитой элементов конструкций, выполняемых из недостаточно стойких материалов.

Пожарная безопасность – комплекс организационно-планировочных и конструктивно-технических мероприятий, направленных на предотвращение пожара и ущерба от него, а также на создание условий быстрой и безопасной эвакуации из здания в случае экстремальных ситуаций.

Главной составляющей организационно-планировочных мероприятий является организация путей эвакуации из здания. Основными путями эвакуации из здания в аварийных ситуациях являются лестницы. Для безопасности путей эвакуации лестницы располагают в замкнутом несгораемыми стенами объеме – лестничной клетке, конструкции которой выполняют из несгораемых материалов. Эвакуационные лестницы должны иметь естественное боковое освещение. Для безопасности движения уклон основных эвакуационных лестниц принимают не больше 1:1.75, а ширину не менее 1.05 м в секционных домах, не менее 1.2 м – в коридорных домах, не менее 1.35 м – в общественных зданиях. Расстояния от наиболее удаленных помещений до эвакуационной лестницы или наружного выхода имеют нормативные ограничения (в диапазоне от 5 до 50 м в зависимости от огнестойкости здания и его назначения, а также местоположения помещения относительно эвакуационных выходов). Все или часть лестниц должны иметь выход на крышу. В зданиях выше 5-ти этажей эвакуационная лестница должна быть завершена на уровне входа в здание, не продолжаясь в подвальные помещения. Входы в подвалы или технические подполья по противопожарным требованиям располагают вне лестничной клетки. Лестничные марши эвакуационных лестниц должны быть прямолинейными, содержать не менее 3 и не более 16 ступеней, иметь постоянную ширину и высоту ступеней

Конструктивно-технические мероприятия пожарной безопасности определяются важнейшим требованием к зданиям – их огнестойкостью. Нормы проектирования устанавливают пять основных степеней огнестойкости зданий. Каждая из этих степеней взаимосвязана с конструктивными характеристиками здания, его этажностью и устанавливается в зависимости от назначения здания. Каждой степени огнестойкости здания должны соответствовать: минимальные пределы огнестойкости строительных конструкций, максимальные пределы распространения огня по ним и группы горючести применяемых строительных материалов.

Минимальный предел огнестойкости конструкций – это время в часах, в течение которого данная конструкция сопротивляется действию огня или высокой температуры до появления одного из следующих признаков: образование в конструкции сквозных трещин; температура на поверхности конструкции, противоположной действию огня, не превышает в среднем 140^оС; потеря конструкцией несущей способности и устойчивости.

Пределы огнестойкости строительных конструкций составляют от 0.25 до 4 часов.

Предел распространения огня, выраженный в сантиметрах, определяется размерами повреждения конструкции вследствие ее горения за пределами зоны нагрева (зоны действия огня), производимого по стандартной методике в течение 15 минут. Максимальные пределы распространения огня начинаются в пределах от 0 (для негорючих материалов) до 40 см.

Понятие «группа горючести» относится не к конструкциям, а к строительным материалам (их способность гореть). Установлены три группы горючести (возгораемости) материалов: негорючие (несгораемые): негорючие (несгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и горючие (сгораемые).

Общая характеристика зданий по степеням огнестойкости:

- I степень огнестойкости – наиболее огнестойкие здания, несущие и ограждающие конструкции которых выполнены из несгораемых материалов – камень, бетон или железобетон, плитные и листовые негорючие материалы;

- II степень огнестойкости – допускается применение незащищенных стальных конструкций покрытий (трудносгораемые) при несгораемых других конструкциях;

- III степень огнестойкости – несущие и ограждающие конструкции выполняются из каменных, бетонных и железобетонных элементов (несгораемые) с применением также трудногорючих материалов – незащищенных стальных элементов или дерева с огнезащитной обработкой;

- IV степень огнестойкости – деревянные здания с защитой от воздействия огня и высоких температур в виде штукатурки, листовых или плитных негорючих материалов, а также здания (как правило, одноэтажные) со стальным незащищенным каркасом, негорючими листовыми ограждающими конструкциями с горючим утеплителем;

- V степень огнестойкости – наименее огнестойкие здания, к которым требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня не предъявляются – здание может быть выполнено с широким применением дерева как горючего материала.

Требования по долговечности, огнестойкости зданий могут быть различными в зависимости от назначения здания. Для того чтобы проектировщик правильно ориентировался в вопросах выявления требований, предъявляемых к конкретному зданию, установлено понятие «класс здания по капитальности».

Капитальность – совокупность свойств, присущих зданию в целом, его народохозяйственное и градостроительное значение; это также комплекс важнейших требований к зданию и его элементам. Класс здания – уровень этих требований. Установлены четыре класса зданий по капитальности, и каждому классу соответствует своя степень долговечности, огнестойкости, предельная этажность, а также уровень благоустроенности, оснащения инженерными и санитарно-техническими системами. К первому классу относятся здания, удовлетворяющие повышенным требованиям; ко второму – средним, к третьему и четвертому – средним, пониженным и минимальным требованиям:

Капитальность	Значимость (назначение)	Долговечность	Огнестойкость	Этажность
I класс	Доминирующие в застройке и уникальные здания: музеи, театры, вокзалы, электростанции, жилые дома высотой более 9-ти этажей, др.	I степень (100 и более лет)	I степень	нет ограничений по этажности
II класс	Общественные здания массового строительства: школы, больницы, детские учреждения, административные здания, предприятия торговли и питания; жилые дома высотой 6-9 этажей; крупные производственные здания	I, II степени (не менее 50 лет)	I, II степени	не более 9-ти этажей
III класс	Жилые дома высотой не более 5-ти этажей, общественные здания небольшой вместимости в сельских населенных пунктах	I, II степени (не менее 50 лет)	I, II, III степени	не более 5-ти этажей
IV класс	Малоэтажные жилые дома; временные общественные здания; производственные здания, рассчитанные на возможность их эксплуатации в течение короткого времени	I, II, III степени (не менее 20 лет)	не нормируется	не более 2-х этажей

На основании представленного в таблице легко уяснить последовательную схему выбора материалов и конструкций. После установления класса здания по капитальности, выявляют соответствующие ему минимально необходимые требования по степеням огнестойкости и долговечности, а также предельно допустимую этажность здания.

СТРУКТУРНЫЕ ЧАСТИ ЗДАНИЙ

Объемно-планировочные элементы

Объемно-планировочные элементы – крупные части, из которых состоит объем здания: помещения, этажи, лестнично-лифтовой узел, чердак, мансарда, веранда и т.п. Эти элементы образуют объемно-планировочную структуру здания, определяющую его архитектурные качества.

Помещения – пространство внутри здания, имеющее определенное функциональное назначение и ограниченное со всех сторон строительными конструкциями. Помещения по функции разделяют на группы:

- основные – соответствуют основным функциям здания (жилые комнаты квартир в жилых домах, классы и кабинеты школ, аудитории учебных заведений, торговые залы магазинов и т.п.);

- вспомогательные – для обеспечения основных функций здания (фойе, кулуары, конференц-залы, архивы, подсобные помещения магазинов и т.п.);

- обслуживающие – повышающие комфорт и санитарно-гигиенические условия, но не имеющие прямого отношения к основной функции здания (вестибюли, холлы, бары, уборные и т.п.);

- коммуникационные – для связей внутри здания (коридоры, галереи, лифтовые холлы);

- технические (иногда этажи) – предусматриваются для размещения инженерно-технического оборудования (машинные помещения лифтов, камеры мусоросборные, вентиляционные и кондиционирования и т.п.).

Этаж – часть здания между верхом перекрытия или пола по грунту и верхом расположенного над ним перекрытия. В зависимости от назначения и расположения этажи имеют определенное название:

- подвальный (или подвал) – этаж, заглубленный относительно планировочной отметки земли более чем наполовину высоты помещения;

- цокольный (или полуподвал) – этаж, заглубленный относительно планировочной отметки земли на высоту не более половины высоты помещений;

- надземный этаж – этаж (первый, второй и т.д.) при отметке пола помещений не ниже планировочной отметки земли;

- мансардный этаж (или мансарда) – этаж, фасад которого полностью или частично образован поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши, при этом линия пересечения плоскости крыши и стены должна быть на высоте не более 1.5 м от уровня пола мансардного этажа;

- чердак – пространство между поверхностью покрытия (крыши), наружными стенами и перекрытием верхнего этажа;

- технический этаж – этаж для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций; может быть расположен в нижней (техническое подполье) или в средней части здания.

Лестнично-лифтовой узел – пространство. предназначенное для размещения вертикальных коммуникаций – лестничной клетки и лифтов.