Лекция №13

строительство в сложных условиях

План лекции:

1. Строительство в сейсмических районах.

1.1 Общие положения.

1.2 Объемно-планировочные и конструктивные особенности.

2. Строительство в районах жаркого климата.

2.1 Особенности южных районов.

2.2 Особенности архитектурно-планировочных и конструктивных решений.

2.3 Солнцезащитные устройства.

3. Строительство в районах крайнего севера.

3.1 Особенности северных районов.

3.2 Объемно-планировочные и конструктивные решения.

3.3 Методы строительства на вечномерзлых грунтах.

1. Строительство в сейсмических районах.

1.1. Общие положения.

Сейсмические районы характеризуются тем, что они подвержены периодическим землетрясениям.

Землетрясения сопровождаются колебаниями земной коры, которые приводят к разрыву скальных напластований, смещениям и перемещениям стиснутых блоков в новое положение равновесия, падению подземных кровель и др.

Эти явления проявляются при переходах из потенциальной энергии в кинетическую колебаний на глубине в пределах 25 – 60 км от поверхности земли. Глубинная область возникновения явления называется гипоцентром.

Над гипоцентром на поверхности земли размещается эпицентр. Из гипоцентра во всех направлениях расходятся колебания, которые приводят к возникновению волнообразных колебаний поверхности земли.

Степень землетрясений оценивают размером деформаций поверхностных слоев коры и оценивают по XII-бальной шкале.

Землетрясения до VI баллов не причиняют вреда обычным зданиям и сооружениям. При землетрясении в VII баллов в стенах каменных зданий и сооружений появляются трещины, а при VIII баллах значительные повреждения. Землетрясения в IX баллов приводят к сильным повреждениям, обвалам.

1.2. Объемно-планировочные и конструктивные особенности.

При назначении форм зданий и сооружений следует обеспечить симметрию относительно главных осей и равномерное в плане распределения масс и жесткости.

Невыполнение этих условий может привести к значительным внутренним перенапряжением от крутящих моментов и концентрации напряжений в конструктивных элементах.

Здания и сооружения должны быть простыми по форме, как в плане, так и по фасаду. Если по архитектурно-планировочному замыслу этого избежать невозможно, сложную форму разрезают на простые с помощью антисейсмических швов.

Максимальный размер блока зависит от материала несущих конструкций и расчетной сейсмичности по нормам. Конструктивная особенность антисейсмического шва сходна с деформационными швами.

Все основные несущие конструктивные элементы должны быть по возможности монолитными и однородными, легкими, с пониженным центром тяжести.

Крупные панели закрепляют в 4-х углах, а простеночные в 2-х по диагонали. Анкеровку самонесущих каменных стен предусматривают не реже, чем через 1,2 м с закладкой в стенах на этом уровне металлических сеток.

Элементы перекрытия и покрытия выполняют по принципу жестких дисков на шпонках с установкой вертикальных и горизонтальных дисков по колоннам и фермам.

Взаимосвязь колонн с ригелями выполняют по жесткой схеме и приваркой плит покрытия и перекрытия к ригелю и между собой.

Основаниями под фундаменты должны быть скальные или сухие естественные песчаные и гравелистые грунты.

Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений проектируют:

• по жесткой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на сдвиг и имеют маленькие деформации от действия сейсмических нагрузок, благодаря чему колебания сооружения быстро затухает;

• по гибкой конструктивной схеме с несущими вертикальными элементами, которые работают на изгиб; благодаря чему снижаются сейсмические нагрузки.

По гибкой конструктивной схеме проектируют одноэтажные здания, в которых колонны жестко закреплены в фундамент и шарнирно соединены с фермами (балками) покрытия. Такая схема менее чувствительна к неравномерным осадкам от сейсмических нагрузок. Многоэтажные здания проектируют с несущим каркасом по полной схеме с жесткими узлами, или бескаркасные сборные или монолитные. Наиболее рациональным решением является монолитное решение всех несущих элементов.

Фундаменты.

В бескаркасных схемах типом фундаментов является ленточный тип с сейсмостойкими железобетонными поясами, арматура которых назначается по расчету.

В каркасных конструктивных схемах одноэтажных зданий применяют столбчатые фундаменты, устойчивость которых на сдвиг усилят поясами-распорками, размещенными на уровне подошвы и фундаментной балки.

Для многоэтажных зданий применяют фундаменты в виде перекрестных лент, или сплошных плит, размещенных на песчаных, или песчано-гравиетных подушках.

Стены и каркас.

Стены сейсмических зданий следует предусматривать легкобетонными, асбестоцементными или металлическими по самонесущим и навесным (ненесущим) схемам.

Если самонесущие стены возводят из кирпича или блоков их высота не должна быть больше, чем 18, 16, 9м при сейсмичности 7,8 и 9 баллов.

В стенах высотой 12, 9 и 6 м при сейсмичности 7, 8, 9 баллов следует предусматривать вертикальную арматуру площадью из расчета 0,1 % от площади сечения стен.

2. Строительство в районах жаркого климата.

2.1. Особенности южных районов:

• долгое жаркое лето и интенсивная солнечная радиация;

• повышенная относительная влажность и легкая зима;

• низкая влажность с температурой +50^оС и холодная зима –30^оС.

под влиянием внешних не силовых факторов в помещениях зданий и сооружений создаются дискомфортные условия, влияющие на технологию и трудоспособность работников.

Дискомфортные условия климатического характера в период эксплуатации можно исключить полностью, или частично благодаря архитектурно-планировочным решениям.

2.2. Особенности архитектурно-планировочных и конструктивных решений.

При размещении объектов на местности следует учитывать природные условия (рельеф, растительность, ветер и воду).

В жарко-влажных районах предприятия следует располагать на повышенной местности, или на северных и южных наветренных склонах местности.

В жарко-сухих районах застраиваются нижние участки юго-восточных и восточных склонов низин.

Наиболее эффективной мерой борьбы с перегревом объектов является правильная ориентация относительно сторон света и направления ветра.

Наилучшей ориентацией является направление продольной оси здания восток-запад с параллельным направлением потоков ветра, или углом 45^оС.

Расстояние между зданиями и сооружениями должно быть не менее 7 высот здания. Эффективной мерой защиты территории от перегрева являются зеленые насаждения с правильно подобранной высотой и формой кроны деревьев и кустарников. Площадь асфальтовых и бетонных дорог, тропинок и площадок должна быть минимальной с максимальной засаженностью газонами и цветниками.

Приоритет в архитектурно-планировочном решении промышленных предприятий отдается обычным схема с максимальной блокировкой и многоэтажным размещением технологических процессов, активным аэрационным профилем с открытым размещением технологического оборудования.

В зданиях и сооружениях, в которых по условиям технологического процесса требуется постоянство температурно-влажностного режима, а также в районах с большими колебаниями наружной температуры, возводят стены с высокой степенью теплостойкости, возможность их аэрации наружным воздухом. Площадь оконных проемов должна определяться по расчету с применением теплозащитного стекла, стеклоблоков и стеклопакетов, светозащитных устройств. Конструкция покрытия должна быть с утеплением (пенопласт, вермикулит, шевелен, войлок, трепел, стекловата, пенополиуретан) с покрытием кровель специальным рубероидом с алюминиевой фольгой или бронированным слоем.

В условиях жаркого климата аэрационные и светоаэрационные фонари применяются с односторонним вертикальным остеклением, например, шедовые или П-образные фонари.

2.3. Солнцезащитные устройства.

Солнцезащитные устройства предусматривают с целью снизить затраты на строительство и эксплуатацию устройств воздухообмена. Их разделяют на постоянные и временные, которые по форме они могут быть горизонтальными, вертикальными и комбинированными.

Горизонтальные устройства (маркизы, козырьки, жалюзи) предусматривают на южных фасадах при высоком солнцестоянии.

Вертикальные устройства (ребра и экраны) предусматривают для затенения окон восточных и западных фасадов.

В многоэтажных домах на фасадах любой ориентации применяют комбинированные (коробчатые) солнцезащитные устройства.

Все устройства рекомендуют красить в белый цвет. Геометрические параметры солнцезащитных устройств зависят от геометрической широты и ориентации световых проемов.

Способ затенения стекло поверхности принимается из условий ориентации фасада, материала стен, формы и размеров оконных проемов, природных особенностей местности.

3. Строительство в районах крайнего севера.

3.1. Особенности северных районов:

• густые туманы при температуре -30^оС, -40^оС, долгая зима (от 185 до 205 дней), короткое лето, сильные ветры (30-40 м/с) и большой годовой перепад температур до 100^оС;

• вечномерзлое состояние грунтов, резкая их структура и состояние залегания, поверхностное залегание деятельного слоя, ежегодно замерзающего зимой и оттаивающего летом;

• высокая относительная влажность воздуха (90%), долгие полярные день и ночь, отсутствия ультрафиолетового излучения и малое естественное освещение;

• сильные и долгие метели с заносами до 10-15 м и оголение земли.

От поверхности земли вечная мерзлота отделяется деятельным слоем, который замерзает зимой и оттаивает летом. Таким образом, в деятель ном слое проходят те же явления, которые имеют место в поверхностных слоях обычных грунтов.

3.2. Объемно-планировочные и конструктивные решения.

При застройках северных районов преимущества следует отдавать многоэтажным зданиям и сооружениям с максимальной их блокировкой, и одноэтажным с крупной сеткой, или ячейковой схемой.

Помещения с мокрым процессом следует размещать в середине, с вредными выбросами (пыли, газа, дыма) по наружной зоне с подветренной стороны.

Печи и агрегаты, которые выделяют тепло, устанавливают на перекрытиях или отдельных, несвязанных с несущими конструкциями фундаментах.

Покрытия зданий и сооружений должны быть плоскими или криволинейными с направлением скатов перпендикулярно направлению ветра. Форма объектов застройки может иметь разный вид, но приоритет следует отдать обтекаемым формам со специальными аэродинамическими устройствами и конструктивными решениями снегозащитных устройств (продуваемое под половое пространство) каркасы, стены, экраны. Подъездные пути к цехам, входам и въездам, размещают в стенах, параллельных направлению ветра или с наветренной стороны.

Входы в отопительные здания образуют двойными тамбурами, ворота предусматривают подъемными или горизонтальными раздвижными.

3.3. Методы строительства на вечномерзлых грунтах.

В зависимости от природных условий и особенностей зданий принимается один из принципов использования вечномерзлых грунтов:

• принцип 1 – деятельный поверхностный слой используется в мерзлом состоянии на весь период эксплуатации зданий и сооружений благодаря холодному этажу (подполью);

• принцип 2 – грунты деятельного слоя используют в оттаянном или оттаивающем состоянии.

В зданиях, которые сооружаются по 1 принципу строительства не следует предусматривать подвалы и цокольные этажи, подземные каналы и галереи. Если они предусмотрены по технологии, то их гидро- и термоизолируют.

Для сохранения грунтов в мерзлом состоянии предусматривают не отапливаемый первый этаж или холодное под половое вентилируемое пространство через продухи. Среднегодовая температура должна быть не ниже 0^оС.

Если по технологической схеме не возможно предусмотреть не отапливаемый этаж, предусматривают охлаждающие каналы или трубы на уровне летнего оттаивания с засыпкой песком, щебнем или шлаком.

При строительстве зданий по 1 принципу их конструкции проектируют независимо от деформации грунтов.

При строительстве по 2 принципу конструкции предусматривают из расчета на возможные деформации грунта в оттаявшем или оттаивающем состояниях.

Для обеспечения долговечности в эксплуатационный период применяют:

• жесткую конструктивную схему, которая обеспечивает равномерность деформаций;

• податливую (гибкую) конструктивную схему, в которой взаимные смещения элементов в маршах не влияют на устойчивость и несущие характеристики;

• разрезки осадочными швами на отсеки (блоки) для жестких схем 24 – 42м, для податливых (гибких) схем через 30 – 60м;

• в жестких конструктивных схемах следует предусматривать симметричное расположение продольных и поперечных стен относительно главных осей здания с равномерным расположением проемов и одинаковыми размерами; поэтажным размещением поясов, армированием простенков и углов каменных стен, жесткую связь всех конструктивных элементов, столбчатые фундаменты и сборные сваи;

• в гибких конструктивных схемах следует предусматривать конструкции с минимальными жестокостями на срез и на сдвиг в вертикальной плоскости; предусматривать перекрытия и покрытия в виде жестких горизонтальных диафрагм и шарнирным решением соединения элементов покрытия с колоннами, ленточные фундаменты и фундаменты в виде плит или столбчатые; разрезные подкрановые балки с возможностью рихтовки по высоте.

Литература

1. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Учебник для вузов. В 5-ти т. Т. 3. Жилые здания. Под ред. Шевцова К.К. М.: Стройиздат, 1988.- с. 223 – 230.

2. Орловский Б.Я., Орловский Я.Б. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Промышленные здания: Учеб. для вузов по спец. «Пром. и гражд. стр-во». 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1991.- с. 274 – 278.

3. Лицкевич В.К. Жилище и климат. – М.: Стройиздат, 1984. с. 138 – 216.