Тема 1.7 Конструкційні елементи будівель та споруд.

Мета: Навчитися орієнтуватися та розрізняти конструктивні елементи

будівель та споруд.

ПЛАН

1. Каркаси та їх конструктивні схеми.

2. Стіни, перегородки та їх класифікація.

3. Перекриття їх призначення та класифікація.

4. Підлоги їх призначення та класифікація.

5. Покрівлі, покриття їх призначення та класифікація.

6. Сходи, вікна та двері.

Питання 1 Каркаси та їх конструктивні схеми.

Основою для вибору конструктивної схеми промислової будівлі є: об’ємно планувальна структура, яка забезпечує раціональну організацію виробничо – технологічного процесу; навантаження на конструкції; вимоги міцності, стійкості та довговічності.

Для більшості одноповерхових промислових будівель характерні два варіанти каркасної конструктивної схеми – з поперечними і повздовжніми несучими рамами. Рами багатоповерхових будівель можуть мати різне геометричне і конструктивне рішення.

Рама – це плоска або просторова стрижньова система, у якої всі або деякі вузлові з’єднання жорсткості. Жорсткий вузол характеризується тим, що кут між осями стрижнів, що його утворюють, не змінюється при деформації.

Залізобетонні каркаси одноповерхових промислових будівель проектують, як площинні стояково – балочні системи, змонтовані із збірних залізобетонних елементів заводського виготовлення.

У поперечному напрямі міцність та стійкість забезпечують системою одно- або багатоповерхових рам, стояки яких жорстко закріплені в фундаментах, а зверху шарнірно зв’язані з несучими елементами покриття, що дає великі можливості для типізації елементів каркаса.

У повздовжню раму каркаса входять усі колони поперечних рам температурного блоку, які знаходяться на одній координатній осі з розміщеннями на них підкрановими балками або розпірками і вертикальними зв’язками по колонах.

Збірний варіант залізобетонного каркасу одноповерхової будівлі складається з поперечних рам, які об’єднані в просторову систему повздовжніми конструктивними елементами (плитами, прогонами, підкрановими і об’язочними балками, підкрановими конструкціями тощо) і зв’язками.

У багатоповерхових промислових будівлях навантаження на перекриття від технологічного обладнання в багатьох випадках суттєво перевищують навантаження, які діють на перекриття в житлових і громадських будівлях, тому їх найчастіше проектують за каркасною конструктивною системою.

У просторовій каркасній системі будівель з рамною конструктивною схемою, колони і ригелі з’єднують жорсткими вузлами у повздовжньому та в поперечному напрямках. Жорсткість системи забезпечується опором всіх її елементів, які сприймають вертикальні та горизонтальні навантаження. За такою конструктивною схемою працюють будівлі з такими видами перекриттів:

• Монолітно – ребристі з системою головних і другорядних балок;

• Монолітно – ребристі з балками роз шаровими по колонах в обох напрямах, або часторебристі – кесонні перекриття;

• Монолітні без балочні перекриття;

• Збірні без ригельні каркаси або каркаси із збірними залізобетонними безбалочними перекриттями;

• збірно – монолітні перекриття.

Каркасні будівлі з рамно – зв’язковою конструктивною схемою

складаються з системи плоских багатоярусних рам із жорсткими вузлами в місцях стикування ригелів з колонами в одному напрямі (переважно поперечному). В перпендикулярному напрямі жорсткість і стійкість рам забезпечують вертикальними сталевими зв’язками або монолітними стінками, які установлюють всередині кожного температурного блоку по кожному повздовжньому ряду колон. У тих випадках коли цієї жорсткості недостатньо, установлюють додаткові повздовжні ригелі (розпірки), які спирають на сталеві столики приварені до закладних деталей колон у рівні залізобетонних консолей. Така схема задовольняє експлуатаційні вимоги багатоповерхових виробничих будівель в багатьох галузях промисловості та дозволяє використовувати індустріальні залізобетонні та металеві конструкції з уніфікованими вузлами з’єднання колон і ригелів.

Каркаси зв’язкової конструктивної схеми з вертикальними

Діафрагмами жорсткості використовують для багатоповерхових житлових і не житлових будівель з невеликими розмірами приміщень і коли виникає потреба змішувати в одній будівлі приміщення з різними розмірами. Такі каркаси не мають рамних властивостей, а працюють по зв’язковій схемі з шарнірним з’єднанням ригелів з колонами. Всі навантаження, які викликають горизонтальні переміщення каркасу, сприймає система вертикальних діафрагм жорсткості у вигляді заповнень із збірних або монолітних стінок, металевих зв’язків спарених ригелів тощо. Збірні залізобетонні діафрагми жорсткості є стінки, товщиною 140 мм, які влаштовують між двома ригелями та двома колонами. У збірному варіанті вони з’єднуються з колонами по висоті за допомогою металевих накладок, які приварюють до закладних деталей, а з вище- і нижче розташованими конструкціями – шляхом омонолічування горизонтального шва дрібнозернистим бетоном класу В 15. Омонолічування зазорів між діафрагмою жорсткості та колонами суттєво майже в 10 разів, збільшує жорсткість вертикального стикування на зсув

Колони каркасу – це основні несучі конструктивні елементи будівлі, які

являють собою вертикальні лінійні залізобетонні конструкції, довжина яких суттєво перевищує розміри поперечного перерізу, призначені для сприйняття вертикальних навантажень. Збірні колони багатоповерхових будівель виготовляються постійного перерізу довжиною на 1...3 поверхи.

Ригелі – збірні залізобетонні ригелі міжповерхових перекриттів і

покриття можуть розміщуватись в повздовжньому та в поперечному напрямках або змінювати напрям у будь–якому місці будівлі. Вони мають тавровий переріз із поличкою внизу, для спирання плит перекриття, з метою зменшення сумарної конструктивної висоти перекриття.

Питання 2. Стіни, перегородки та їх класифікація.

Стіна – це один із основних конструктивних елементів будівлі, вертикальна несуча і огороджувальна конструкція, яка віддаліє будівлю від зовнішнього простору (зовнішні стіни) або розділяє внутрішнє середовище на окремі приміщення (внутрішні стіни).

За функціональним призначенням стіни поділяють на зовнішні та внутрішні. До зовнішніх стін висувають вимоги міцності, стійкості, жорсткості, вогнестійкості, довговічності та забезпечення необхідних якостей із термічного опору, опору повітро- та паро проникнення. До внутрішніх стін висувають вимоги міцності та забезпечення необхідної звукоізоляції.

За характером сприйняття навантажень у залежності від конструктивної системи і схеми будівлі стіни поділяють на : несучі, само несучі і несучі. Несучі сприймають навантаження від власної ваги, вітру, перекриттів і покриттів. Самонесучі – від власної ваги стін усіх поверхів будівлі та від вітру. Несучі – від власної ваги та вітрового навантаження в межах одного поверху або однієї стінової панелі висотою не більше 6 м *при більшій висоті поверху ці стіни відносять до само несучих). Несучі та само несучі стіни передають навантаження на фундаменти, а несучі – на інші несучі конструкції (колони, балки, або плити перекриття тощо).

За способом зведення стіни поділяють на монолітні, які зводять із цегли, дрібно розмірних каменів, блоків на розчинні або формують із пластичної бетонної, шлакобетонної та іншої суміші в опалубці, і збірні, які монтують на будівельному майданчику із великорозмірних панелей або блоків заводського виготовлення.

За величиною об’ємної ваги, ступенем теплової інерції та видом матеріалу стіни поділяють на: важкі (з цегли, природного каменю, важкого бетону); полегшені (з порожнистих каменів або елементів з легкого і ніздрюватого бетону); легкі (з листового металу, дерева, азбестоцементу в поєднанні з ефективним утеплювачем); особливо легкі (з пластмас у поєднанні з ефективними утеплювачами). У малоповерховому будівництві застосовують також дерев’яні стіни – суцільні, що виготовляють із колод або з брусів, і каркасні – з брусків і дощок або щитків із заповненням товщини стіни утеплювачем.

За конструктивними ознаками розрізняють стіни одношарові та багатошарові. В багатошарових стінах кожний шар виконує певну функцію: сприйняття навантаження, теплоізоляцію, повітро- або пароізоляцію, опорядження тощо.

За видом стінових матеріалів, ступенем збірності та заводської готовності стіни поділяють на: кам’яні – з цегли, з пустотних керамічних, бетонних і природних каменів, у сполученні - з великих бетонних блоків або панелей, одношарові або багатошарові, які виготовляють на будівельних комбінатах; монолітні – бетонні або залізобетонні, одношарові або багатошарові; дерев’яні – з колод або брусів і каркасні з брусів та дощок або щитків із заповненням товщини стіни утеплювачем; з використанням матеріалів та пластмас – із сталевими, алюмінієвими або пластиковими обшивками та утеплювачем між ними.

Перегородки встановлюються в будівлях в залежності від їх призначення, а саме від типу перегородки.

Перегородки громадських будівель повинні мати гарні звукоізолюючі якості, вогнестійкість, малу масу, гвоздимість, не мати щілей та тріщин, повинні бути індустріальними та економічними.

До перегородок санітарних вузлів та кухонь висувають слідуючи вимоги: вони повинні не поглинати вологу, мати гладку поверхню, яка дозволяє вологе прибирання.

За виглядом матеріалів перегородки громадських будівель можуть бути дерев’яними з фібролітових пліт, цегляні, з гіпсобетонних, керамзитобетонних та шлакобетонних панелей.

Питання 3. Перекриття їх призначення та класифікація.

Перекриття – це один із елементів будівель, внутрішня, горизонтальна або похила, несуча і огороджувальна, площина конструкція, яка розділяє внутрішні об’єми будівлі на поверхи.

Призначення перекриття – сприйняти і передати на вертикальні несучі конструкції (стіни, колони) силові навантаження, ізолювати приміщення один від одного і забезпечувати їх звуко- і теплоізоляцію. Загалом перекриття складаються з підлоги, несучого диска і підвісної стелі. В багатоповерхових будівлях перекриття виконують функцію горизонтальних діафрагм жорсткості, забезпечують підвищену стійкість і міцність будівель.

За функціональним призначенням перекриття за видами: міжповерхові, горищні, над підвалами і проїздами, перекриття прогонів тощо.

За конструктивним рішенням, або за конструкцією несучого диска, перекриття поділяються: на балочні або плитні; суцільні або роздільні.

За типом і розміщенням конструктивних елементів перекриття поділяються на дві групи: дрібно розмірні, які складаються з несучих залізобетонних, металевих або дерев’яних балок і елементів без балочного заповнення; крупно розмірні у вигляді настилів – багато порожнистих панелей, суцільних і ребристих плит розміром на приміщення або його частину.

За способом зведення перекриття поділяють на монолітні, збірні та збірно – монолітні. Монолітні перекриття поділяють на монолітні,збірні та збірномонолітні. Монолітні перекриття виготовляють у вигляді балочних конструкцій з багато прогоновою плитою, за необхідності гладкої стелі, - плитних настилів суцільного перерізу. Збірні перекриття проектують у вигляді настилів із плит або панелей, які спираються на стіни або на балки.

За звукоізоляційними характеристиками міжповерхові перекриття поділяються на акустично однорідні та акустично неоднорідні.

За конструктивними рішеннями перекриття можуть бути балочними і плитними. Балочні перекриття із дрібно розмірних елементів використовують у малоповерхових житлових будинках. Конструктивно такі перекриття складаються із залізобетонних, металевих або дерев’яних балок, які спираються на несучі стіни з кроком 800.....1000 мм, а відстані між балками заповнюють вкладишами із дерев’яних щитів або дрібно розмірних бетонних, легкобетонних чи гіпсобетонних плиток.

Значно більше поширення отримали залізобетонні перекриття – монолітні, збірно – монолітні плитні перекриття.

Монолітні та збірно – монолітні перекриття проектують у вигляді багато прогонної нерозрізної плити суцільного перерізу із залізобетону.

У багатоповерхових виробничих будівлях із металевим каркасом використовують металеві перекриття, які складаються із головних та другорядних балок і настилу.

Питання 4. Підлоги їх призначення та класифікація.

Підлога – це багатошарова конструкція, яка складається із ряду послідовно розташованих шарів, які укладають на міжповерхові перекриття, а на перших поверхах та в підвалах – по ґрунту.

У конструкції підлоги в залежності від її призначення та виду, виділяють такі основні елементи: покриття, підстильний шар, прошарок, стіжку, гідроізоляцію та основу.

Покриття – це верхній шар, який безпосередньо зазнає експлуатаційних впливів. За видом матеріалу, з якого виготовлено покриття, дають назву підлозі: дощата, паркетна, плиточна тощо. В промисловому будівництві використовують більше 80 – ти типів покриттів підлог. У залежності від матеріалу покриття розрізняють підлоги: безшовні із суцільним покриттям, із штучних, із рулонних та із листових матеріалів. Безшовні підлоги виготовляють із бетону та бетону з різними домішками, асфальтобетону, цементно – піщаного розчину, полімерів, ксилоліту тощо. Підлоги з покриттям із штучних матеріалів є більш трудомісткими. Для влаштування таких підлог використовують залізобетонні та металеві плити, керамічні та пластмасові плитки, цеглу, камінь тощо.

Підстильний шар – елемент підлоги, який розподіляє навантаження на грунт. Його виготовляють із бетону, асфальтобетону, гравію, щебеню, піску та інших матеріалів. Товщину підстильного шару визначають на основі розрахунків у залежності від навантажень і приймають: із бетонів В22.5 і вище – не менш 100 мм; із піску – не менше 60мм; із гравію та щебеню – не менше 80 мм. У бетонних підстильних шарах підлог, при експлуатації яких можливі перепади температур, влаштовують деформаційні шви, які розміщують у взаємно перпендикулярному напрямках через 8... 12 м.

Прошарок – це проміжний шар, який зв’язує покриття підлоги з нижче розташованим шаром і виконує функції пружної постелі. Як прошарки використовують: цементно – піщаний розчин товщиною 10.....15 мм; рідке скло з ущільнюючою домішкою товщиною 10.....12 мм; зв’язуюче на основі бітумних мастик товщиною 2.....3 мм і синтетичних смол товщиною 3....4 мм; дрібнозернистий бетон класу не нижче В30 товщиною 30.....35 мм. У підлогах із металевих та бетонних плит обладнують піщані прошарки товщиною 60.....150 мм. Прошарки можуть виконувати теплоізоляційні функції. В цьому випадку їх виготовляють із теплоізоляційних матеріалів товщиною 60.....150мм.

Стіжка – це шар підлоги, який виконує такі функції: вирівнювання поверхні нижче розташованого шару; розподіл навантажень по нежорстких шарах підлоги на перекритті; забезпечення нормативного тепло засвоєння підлоги; надання покриттю підлоги заданого ухилу; укритті різних трубопроводів.

Стіжки виконують: для вирівнювання нижче розташованого шару і укриття трубопроводів – із бетону класу не нижче В 12,5; для створення ухилу на перекритті – із бетону В7,5 або цементно – піщаного розчину; під наливні полімерні покриття - із бетону В 7,5 або цементно – піщаного розчину; під наливні полімерні покриття - із бетону класу не нижче В 15 або цементно – піщаного розчину з міцністю на стиск не нижче 20 МПа. Легкий бетон у стяжках використовують лише у випадках необхідного забезпечення нормативного тепло засвоєння покриття підлоги.

Гідроізоляція – це елемент підлоги, який перешкоджає проникненню через підлогу стічних вод та інших рідин, а також проникненню в підлогу ґрунтових вод. Гідроізоляцію від проникнення стічних вод та інших рідин застосовують при середній і великій інтенсивності впливу на підлогу: води і нейтральних розчинів – у підлогах на перекритті і набухаючи ґрунтових основах, а також у підлогах на здиральних ґрунтових основах підлоги в приміщеннях, які не опалюються: органічних розчинників, мінеральних мастил і емульсій з них – тільки в підлогах на перекритті; кислотних та лужних розчинів, а також речовин тваринного походження– в підлогах на ґрунті і на ґрунті і на перекритті. Гідроізоляцію передбачають і при відсутності впливу на підлогу стічних вод середньої і великої інтенсивності, коли бетонних підстильний шар розташовується в зоні небезпечного капілярного підняття ґрунтових вод або нижче рівня вимощення будівлі.

Основи під підлоги. В багатоповерхових будівлях основами під підлоги плити міжповерхових перекриттів, а в одноповерхових – ґрунти основ. Підлогу облаштовують тільки на ґрунтах, які виключають можливість деформації конструкції від просідання ґрунтів.

Як основи під підлоги не допускається торф, чорнозем та інші рослинні ґрунти. При використанні під основи підлоги природних ґрунтів з порушеною структурою або насипних ґрунтів їх попередньо ущільнюють. При здиральних ґрунтах в основах підлоги, якщо можливе їх промерзання, підлоги утеплюють, для чого їх конструкцію вводять утеплювальний шар або здійснюють заміну здирального ґрунту нездимальним. При укладці бетонного підстильного шару на основі із декількох ґрунтів у них заглиблюють щебінь або гравій на глибину не менше 40мм.

Питання 5. Покрівлі, перекриття їх призначення та класифікація.

Покрівля це поверхневий елемент покриття (даху), який захищає будівлю або споруду від проникнення атмосферних опадів у вигляді дощу і талого снігу.

Покрівля – відповідальний конструктивний елемент будівлі, надійність та довговічність якої суттєво впливає на її нормальну експлуатацію. Конструкції покрівель працюють в складних умовах: вплив атмосферних опадів, дія різниці температур, навантаження від снігу, вітру і деяких інших факторів як зовнішнього, так і внутрішнього середовища.

Спектр покрівель за конструктивними рішеннями і геометричним формами дуже різноманітний, а тому існує велика кількість покрівельних матеріалів. Найбільш вживані для матеріали для покрівельних робіт можна об’єднати в декілька груп: мастикові, рулонні, штучні, монолітні та напилені.

У промисловому будівництві найчастіше використовують мастикові та рулонні покрівлі.

Покриття (дах) – це верхня огороджувальна конструкція будівлі та споруди для захисту приміщень від зовнішніх кліматичних факторів і впливів атмосферних опадів, вітру, сонячного опромінювання.

Конструкцію покриття у вигляді суміщених чи горищних (прохідних, напівпровідних або технічних) дахів призначають з урахуванням функціонального призначення будівлі, її конфігурації, архітектурно-будівельних і економічних вимог, забезпечення надійного відведення води з покрівлі, а також кліматичних районів будівництва.

Суміщене покриття (дах) – це верхня огороджувальна конструкція будівлі або споруди, у якої паро-, тепло- і водоізоляційні шари укладені один по одному безпосередньо на поверхню несучих елементів покриття. За наявності в складі покриття теплоізоляційного шару суміщене покриття називають теплим, а при його відсутності – холодним. Суміщене покриття називають експлуатованим за наявності на його поверхні захисного облицювання, яке запобігає руйнуванню покрівлі у випадку використання покриття як зони відпочинку або зони постійного нагляду за встановленим на ньому обладнанням.

Горищне покриття (дах) – це огороджувальна конструкція будівель і споруд із замкнутим повітряним простором (горищем), що утворюються поверхнею горищного перекриття, фризовими стінами і покриттями (покрівлею), яке функціонально використовують: для вбудованих житлових приміщень – мансард; як елемент вентиляційної системи – тепле або відкрите горище; для розміщення інженерного обладнання – технічне горище; для зберігання кормів і підстилки для худоби тощо або яке функціонально не використовують.

Питання 6. Сходи, вікна та двері.

Вікно - світло прозоре заповнення прорізу в зовнішніх стінах будівель, призначене для природного освітлення, інсоляції та вентиляції приміщень. Заповнюють віконним блоком, що складається з віконної коробки і засклених віконних рам.

Конструкції та форма світло прозорих огороджень впливають на архітектурне обличчя будівлі, на внутрішній облік. Вони виготовляються з деревини, металу та пластмаси. Конструкції вікон повинні задовольняти теплотехнічні та звукоізоляційні вимоги. Окрім того, вони повинні забезпечити необхідне освітлення, вентиляцію приміщень.

Двері складаються з дверних коробок та полотен, які відчиняються. За кількістю дверних полотен розрізняють двері з однім полотном, двома полотнами та полуторні(тобто з двома полотнами неоднакової ширини). Дверні полотна роблять як правило щитові. Щитові двері гігієнічні, економічні та мають гарний зовнішній огляд, особисто при оклеюванні їх шпонам з цінних паперів. В громадських будівлях застосовують прозорі двері з плоского закаляного скла.

Сходи – нахилені сучасні конструктивні елементи, призначені для пересування людей між поверхнями або приміщеннями, розташованими на різних рівнях. Для захисту від вогню та задимлення сходи ізолюють від інших приміщень вогнестійкими вертикальними стінами. Такі стіни, простір, обгороджений ними, та розташовані в ньому сходи і площадки називають сходовою клітиною. Об’ємно-планувальний елемент будівлі, що включає сходову клітку, шахти ліфтів та обслуговуючі їх площадки, називають сходово-ліфтовим вузлом. Конструкція сход в загалі складається з маршів (нахилених елементів з сходами) та майданчиків. Для безпеки пересування по сходах марші огороджуються перилами.

Питання для контролю знань:

1. Що Ви можете сказати про каркасні конструктивні схеми? Які вони бувають?

2. Дайте визначення рами.

3. Як класифікуються каркаси за матеріалом виготовлення та призначенням?

4. Що Ви можете сказати про просторові каркасні системи?

5. Що Ви можете сказати про каркасні будівлі з рамно – з’язковою конструктивною схемою?

6. Що Ви можете сказати по каркаси зв’язкової конструктивної схеми?

7. Що Ви можете сказати про колони каркасу та ригелі?

8. Дайте визначення стіни, як вони класифікуються за призначенням та характером сприйняття навантажень?

9. Дайте визначення самонесучої стіни, як вони поділяються за способом зведення та величиною об’ємної ваги?

10. Як само несучі стіни класифікуються за конструктивними ознаками та за видом стінових матеріалів?

11. Де і для чого встановлюють перегородки в будівлях і спорудах, як вони класифікуються?

12. Де і для чого влаштовують перекриття, поясніть їх призначення?

13. Як класифікуються перекриття за функціональним призначенням, конструктивним рішенням та за типом і розташуванням конструктивних елементів?

14. Як класифікуються перекриття за способом зведення, звукоізоляційними характеристиками та за конструктивними рішеннями?

15. Що Ви можете сказати про підлоги та покриття?

16. Що Ви можете сказати про підстильний шар, як елемент підлоги?

17. Що Ви можете сказати про прошарок, як проміжний шар підлоги?

18. Що Ви можете сказати про стіжку, як шар підлоги?

19. Що Ви можете сказати про гідроізоляційне покриття, як елемент підлоги?

20. Що Ви можете сказати про основ, як елемент підлоги?

21. Дайте повне визначення покрівлі, поясніть їх призначення?

22. Дайте визначення покриттю, поясніть його конструкцію та призначення?

23. Дайте визначення сумісного покриття, поясніть його конструкцію та призначення?

24. Дайте визначення горищного покриття, поясніть його конструкцію та призначення?

25. Що Ви можете сказати про вікна, поясніть їх призначення та конструкцію?

26. Що Ви можете сказати про двері, поясніть їх призначення та конструкцію?

27. Що Ви можете сказати про сходи, поясніть їх призначення та конструкцію?