Несущая стена (рис.1) – основная несуще-ограждающая вертикальная конструкция здания, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от перекрытий и собственного веса стены, разделяющая смежные помещения в здании и защищающая их от воздействия внешней среды.
Самонесущая стена (рис.2) – наружная ограждающая вертикальная конструкция, защищающая внутренние помещения здания от воздействия внешней среды, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от собственного веса.
 |
| Рис.2. Самонесущая стена (наружная стена опирается на фундамент, а перекрытие примыкает к стене) |
Ненесущая стена (рис.3) – наружная стена, опирающаяся на перекрытие в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6м. (при большей высоте этажа эти стены относятся к самонесущим) и защищающая здание снаружи от воздействия внешней среды.
Перегородка – внутренняя вертикальная ограждающая ненесущая стена, опирающаяся на перекрытие, и разделяющая смежные помещения в здании.
В зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стенами нагрузки от покрытий, перекрытий и т.п. передаются на каркас или поперечные конструкции зданий.
В доме стены, которые стоят на фундаменте и на которые опираются перекрытия будут несущими.
А стены, стоящие на фундаменте без опирания на них перекрытия будут самонесущими .
 |
| Рис.3. Ненесущая стена (наружная стена опирается на перекрытие этажа) |
Стены разного конструктивного назначения несут разную нагрузку. Для обеспечения необходимой несущей способности для разных стен выбирают определенную толщину стены и прочность используемых материалов.
Например, внутренние и наружные несущие стены зданий из газобетонных блоков высотой до 3-х этажей включительно рекомендуется изготавливать из блоков классов по прочности на сжатие не ниже В2,5, на клею или на растворе марки не ниже М75; при высоте до 2-х этажей включительно – не ниже В2 на клею или на растворе марки не ниже М50.
Для самонесущих стен зданий высотой до 3-х этажей класс блоков должен быть не ниже В2.
Стены - основной элемент дома, определяющий его внешний вид, эксплуатационные и эстетические характеристики. Они должны удовлетворять целому ряду требований по архитектурной выразительности, теплозащите и огнестойкости, обладать достаточной прочностью и долговечностью, обеспечивать необходимую звукоизоляцию и т. п.
Выбор материала для стен зависит от вкуса и финансовых возможностей хозяина дома, традиций района застройки, но при этом следует обратить внимание на соседние дома и прислушаться к мнению архитектора. Ваш дом должен вписываться в архитектурный ансамбль и, независиме от вложенных в строительство средств, выглядеть красивым и органичным.
Материалом для стен может служить дерево, кирпич, природный камень, а также блоки и панели из бетона с различными дополнителями (шлак, керамзит, опилки и др.).
По назначению стены бывают наружными и внутренними, а по восприятию нагрузок - несущими и ненесущими.
В зависимости от применяемых материалов стены условно подразделяются на следующие типы:
деревянные из бревен, брусьев, деревянного каркаса,
кирпичные из полнотелых и пустотелых глиняных,
керамических и силикатных кирпичей н блоков,
каменные из булыжного камня, известняка, песчаника, ракушечника, туфа и др.,
легкобетонные из газосиликата, керамзитобетона, шлакобетона, арголита,опилкобетона,
грунтобетонные из самана, уплотненного грунта.
По конструктивному решению стены бывают:
рубленные из бревен и собранные из деревянных брусьев,
мелкоблочные из кирпича и мелких блоков массой более 50 кг.,
панельные или щитовые из готовых элементов стен высотой на этаж,
каркасные из стоек и обвязок с обшивкой листовыми или погонажными материалами,
монолитные из бетона и грунта,
композитные или многослойные с использованием различных материалов и конструкций.
Материалы для возведения стен и их конструктивное решение выбирают с учетом местных климатических условий, экономики, заданной прочности и долговечности здания, внутреннего комфорта и архитектурной выразительности фасадов.
Наибольшей прочностью и долговечностью обладают природные камни и полнотелый кирпич.
Вместе с тем по своим теплозащитным качествам они значительно уступают легким бетонам, эффективному кирпичу и дереву. Применение их в «чистом виде» без сочетания с другими, менее теплопроводными материалами оправдано лишь в южных районах страны.
При возведении кирпичных стен следует стремиться к облегченной кладке, применяя эффективный кирпич и устраивая пустоты, используя теплый раствор.
Сплошная кирпичая кладка стен из полнотелого кирпича толщиной более 38 см считается нецелесообразной.
Надежны в эксплуатации и в 1,5-2 раза дешевле кирпичных легкобетонные стены на основе шлака, керамзита или опилок с использованием цемента.
Если использовать заранее изготовленные легкобетонные блоки, можно значительно сократить сезонные сроки строительства.
Традиционным материалом для стен малоэтажных зданий является дерево.
Рубленые и брусчатые стены по санитарно-гигненическим требованиям являются самыми комфортными. К их недостаткам относятся невысокая огнестойкость и осадочные деформации в первые 1,5-2 года.
При наличии пиломатериалов и эффективных утеплителей вполне оправданны каркасные стены.
Они, как и рубленые, не требуют массивных фундаментов, но в отличие от них не имеют послепостроечных деформаций.
При облицовке каркасных стен кирпичом значительно повышаются их огнестойкость и капитальность.
В южных районах с резкими перепадами дневных и ночных температур наружного воздуха хорошо «ведут себя» стены, сложенные из грунтобетона (самана). Благодаря большой тепловой инерционности (медленно нагреваются и охлаждаются) они создают в таком климате оптимальный тепловой режим.
Виды в конструкции крыш
Крыша дома - это не только защита от атмосферных воздействий (снега, дождя, солнца, ветра и т. д.), но и внешний вид дома. Красивая крыша, как элегантная шляпа, украшает дом и подчеркивает его индивидуальность, является венцом архитектурного сооружения.
Крыша почти любой конфигурации состоит из несущей конструкции - стропильных ферм и обрешетки - и собственно кровли.
Наличие тех или иных элементов крыши определяется ее формой и конструктивными особенностями.
Форму крыши выбирают в зависимости от назначения постройки и ее размеров.
Односкатной крышей чаще всего кроются хозяйственные постройки, гаражи, навесы. Для жилых и садовых домов традиционны двускатные и мансардные формы крыши. Они просты в изготовлении и кроются любыми кровельными материалами. В южных районах чаще устраиваются вальмовые крыши, так как они лучше противостоят ветровым нагрузкам.
Кровельные материалы
Из кровельных материалов наиболее надежными и долговечными свойствами обладает шифер. Для малоэтажных домов лучшим кровельным материалом является черепица, но она требует усиленных стропил из-за веса черепицы.
Кровельную сталь применяют при сложных конфигурациях крыш. Рулонные кровли используют при покрытии хозяйственных помещений или как временное покрытие в жилых домах. В одноэтажных домах со средней несущей стеной обычно устраивают крышу с наклонными стропилами, опирающимися одним концом на наружную стену, другим - на прогон или стойку, устанавливаемую над средней стеной. Элементы стропил соединяют между собой стропильными скобками, гвоздями.
: 1 - двускатная; 2 - мансардная; 3, 4 - вальмовая; 5 - шатровая; 6 - многощипцовая.
К рубленым стенам конца стропил крепятся скобами. К каменным стенам стропила крепятся следующим образом: вначале в стену, не выше четвертого шва кладки, сверху забивается металлический ерш. К ершу скрутками из проволоки в две петли крепятся стропила.
Конца стропил каменного дома опираются на брус, положенный по всей длине стены, который распределяет нагрузку от стропил на стену. В стропилах и обрешетке в месте пропуска дымовой трубы от печки устраивают противопожарный разрыв, между элементами стропил, трубой и обрешеткой оставляют зазор в 13 см.
Элементы крыши: 1 - скаты; 2 - конек; 3 - наклонное ребро; 4 - разжелобок; 5 - карнизный свес; 6 - фронтонный свес; 7 - желоб; 8 - водосточная труба; 9 - дымовая труба.
Строительные фермы для крыш различной формы имеют свои особенности. В основе любой стропильной фермы лежит треугольник, как наиболее жесткая и экономичная конструкция. Он образуется из 2-стропильных ног (верхний пояс фермы) и затяжки (нижний пояс). Стропильные ноги верхними концами соединяются с коньковым прогоном. Нижние концы стропильных нг, а также концы нижнего пояса крепятся на наружных стенах дома. Конструкция, состоящая лишь из верхнего и нижнего поясов, способна выдержать лишь очень легкую кровлю. Для большей надежности фермы снабжены дополнительным внутренними подпорками (подкосами, стояками, схватками).
Строительные фермы создают необходимый уклон кровли, который зависит от ряда фактором:
Особенностей климата: при большом количестве осадков уклон крыши 45° и более, при преобладающих ветрах уклон значительно ниже и т.д.;
Кровельного материала: при использовании штучных кровельных материалов уклон не менее 22°, для рулонных материалов - 5-25° и более, для асбоцементных листов и черепицы - 25-35° и более.
Необходимо помнить, что с увеличением уклона крыши возрастает расход материалов, и соответственно, ее стоимость.
В зависимости от способа крепления фермы к стенам дома различают конструкции с висячими или наклонными стропилами.
Висячие стропила находятся в одной плоскости, жестко связаны между собой и опираются на две крайние опоры (наружные стены).
: 1 - раскос; 2 - одинарная затяжка; 3 - доска-накладка; 4 - подкладка; 5 - наружная стена; 6 - накладка.
Опорой для нижних концов стропил служат мауэрлаты, обтесанные на два канта. Простейшие висячие фермы состоят из стропильных ног и затяжки (нижнего пояса). Для предохранения от прогиба стропильных ног при недостаточном их сечении между ними вводят решетку из стойки, подкосов и ригеля. Это увеличивает жесткость конструкции стропильной фермы. Стропильные ноги укрепляют скобами и привязывают проволокой толщиной 4-6 мм к ершам, забиваемым в стену. Это предохраняет крышу от возможного срыва при сильном ветре. Нижний конец такой скрутки закрепляют за костыль или ерш, забитый в шов кладки на 250-300 мм ниже обреза стены, или за балку чердачного перекрытия. В деревянных рубленых домах стропила скрепляют скобами со вторым венцом сруба.
: 1 - раскос; 2 - мауэрлат; 3 - скрутка; 4 - наружная стена; 5 - внутренняя стена; 6 - врубка; 7 - лежень; 8 - рубероид.
Для установки висячих стропил необходимо изготовленные заранее стропила поднять, каждое отдельно, на чердачное перекрытие, а потом уж производить их сборку, применяя вспомогательные раскосы и распиловки из досок для временного крепления фермы. Узлы стропильной фермы висячих стропил собирают с ригелем или без ригеля на пролеты до 6 или 8 метров. Одинарную затяжку изготовляют из тех же досок, что и стропила, для двойной затяжки подойдут доски меньшей толщины. Для накладок ригеля подойдут доски 25-30 мм. Если жесткость крыши обеспечивается стропильной фермой, то для противодействия ветровым нагрузкам в поперечном направлении устанавливаются 1-2-диагональные связки (раскосы). Раскосы делают из досок толщине 30-40 мм, крепят к основанию стропильной ноги и к середине соседней. Удобнее всего раскосы ставить над средней стеной. Доски в таком случае прибивают к стойке и лежню. Сечение стропил зависит от размера пролета, шага стропил и уклона крыши. Наиболее распространенный шаг стропил - 120 см.
Наклонные стропила укладывают наклонно, на опоры разной высоты. Опорами служат либо две наружные стены, либо наружная и внутренняя стены. При устройстве двускатной крыши для наклонных стропил необходима стена-опора.
Стропильные ноги противоположных скатов крыши могут быть в одной плоскости и укладываются на коньковый прогон попеременно. Наслонные стропила просты в сборке, не требуют сложных механизмов при монтаже. Узлы наслонных стропил собирают с подкосами, стойками.
Если ширина здания составляет 10 м, достаточно одной дополнительной опоры, а если она доходит до 15 м, тогда желательно наличие двух опор. Верхние концы стропильных ног соединяются внахлест при помощи угловых накладок. Нижние концы стропил крепятся к опорным брускам (мауэрлатам) размером 100х100 мм. Мауэрлаты в большинстве случаев заготавливаются из целых бревен, обтесанных на два канта, но иногда в целях экономии их делают из обрезков длиной 0,6-0,7 метра. В середине фермы устанавливается средняя стойка, на которую опирается вершина верхнего пояса фермы.
В вершине стропильной конструкции крыши укладывается прогон, служащий основой будущему коньку крыши. Коньковый прогон либо делается из бревен с широким сечением, либо сколачивается из двух досок толщиной 50 мм.
Для мансардных крыш изготавливают фермы особой конструкции. Они также могут устанавливаться с креплением на внутреннюю стену (для двухпролетных домов) или без него (для однопролетных домов). Особенностью мансардных ферм является наличие междуэтажного перекрытия вместо затяжки. Это обусловлено тем, что нижний пояс служит основой для пола мансардного помещения. Верхние и нижние пояса, а также вертикальные стояки и горизонтальные схватки должны быть спаренными, выполненными из двойных брусьев. Для двухпролетной мансардной конструкции удвоение необязательно, так как она имеет дополнительную опору в центре.
Современные дома с мансардой часто делают и без ломаной конструкции крыши, с расположением стены под углом к полу.
: А - висячая ферма однопролетного дома; Б - ферма с подкосами; В - ферма для однопролетного дома шириной более 8 м; Г - наклонная стропильная ферма; Д - ферма для мансардной крыши.
Для освещения мансардного этажа в скатах крыш часто устраивают дополнительные окна. Такие окна могут устраиваться не только для освещения. Часто их выполняют в виде отдушин, предназначенных для выхода на крышу и вентиляции чердачного помещения.
Чтобы крыши зданий имели свес, необходимый для отвода воды от стен, затяжки или стропильные ноги выпускают за линию стены. У деревянных зданий свес должен составлять не менее 550 мм.
Обрешетка строения является основой для настила кровли. В зависимости от вида кровли обрешетка может выполняться из досок, брусков или теса.
Обрешетка непосредственно воспринимает нагрузку кровельного материала и, в свою очередь, давит на стропила, а стропила передают тяжесть крыши несущем стенам.
Обрешетка может быть сплошной, когда зазор между брусьями не превышает 1 см, или разреженной. Сплошная опалубка, как правило, устраивается из двух слоев: первого - разряженного и второго - сплошного из досок, уложенных под углом в 45° по отношению к доскам нижнего слоя.
Сплошная обрешетка устраивается под мягкую кровлю, плоский асбестоцементный и безасбестовый шифер, металлочерепицу и мягкую черепицу. Разреженная обрешетка вполне подходит для стальной кровли, кровли из глиняной или цементно-песчаной черепицы, а также для кровли из волнистых асбестоцементных листов.
Обрешеточные брусья прибивают к стропилам гвоздями, длина которых равна толщине двух брусьев. В местах стыков и пересечений скатов (на коньке, ребрах, ендовах, разжелобках), а также по карнизным свесам всегда делают сплошную обрешетку.
Обычно несущая конструкция выполняется из древесины хвойных пород.
В кирпичных и блочных домах стропила и обрешетка могут быть выполнены из железобетона или металла.
Оптимальным размером обрешетки для большинства кровельных покрытий являются бруски размером 50х50 мм (60х60 мм) или жерди диаметром 70 мм. Среднее расстояние между стропильными ногами составляет около 1 м. На крышах с уклоном более 45° это расстояние увеличивается до 1,2-1,4 м и на крышах домов, рас положенных в снежных районах, уменьшается до 0,8-0,6 метра.
Расстояния между стропилами несущей конструкции (м)
В настоящее время для облегчения частного строительства промышленность выпускает готовые стропильные конструкции, которые остается лишь собрать, уложить на наружные стены и поверх них устроить обрешеточный настил. Изготавливают несущие конструкции из древесины, железобетона или металла. Все конструкции - сборные. Их доставляют к месту строительных работ в разобранном виде и складывают уже на месте. Складная конструкция может состоять из нескольких элементов, упакованных вместе. Некоторые конструкции довольно громоздки даже в разобранном виде, так как разбиты на три больших детали: для прикарнизных и коньковую. Другие комплектуются из более мелких плоскостей. Наиболее удобны в применении шарнирные конструкции, снабженные шарнирами либо в коньковом прогоне, либо вдоль карнизов. Шарниры позволяют несущую конструкцию без проблем складывать и раскладывать.
Формы готовых стропильных конструкции отражают почти все существующие конфигурации крыш.
Обрешеточные брусья крепятся к готовым стропильным фермам тем способом, который предусмотрен самой конструкцией. К стропилам, выполненным из древесины, обрешетины просто прибиваются. Что касается железобетонных стропильных ферм, то они могут иметь либо отверстия для гвоздей, либо выпуски диаметром до 6 мм, которые обхватывают и прочно удерживают бруски обрешетки, либо шипы, на которые накалываются обрешетины.
Нередко основание под кровельные материалы требует дополнительного выравнивания. Так, железобетонные плиты, а также основание, по которому уложен полужесткий или сыпучий утеплитель, выравнивают стяжками из цементно-песчаного раствора или из асфальтобетона.
: 1 - двухскатная ферма; 2 - ферма со сложной формой верхнего пояса; 3 - ферма-ножницы; 4 - сводчатая ферма; 5 - мансардная ферма.
Выравнивание песчаным асфальтобетоном допустимо лишь на крышах с уклоном не более 20%.
стяжки выполняются в следующем порядке: при уклоне до 15% - сначала в местах примыкании и разжелобках (ендовах), а затем - на скатах; при уклоне более 15% работа по выравниванию основания ведется в обратном порядке.
Выравнивающие стяжки устраиваются не сплошняком на всей поверхности основания, а на участках размером 6х6 м (для цементно-песчаного раствора) или 4х4 м (для асфальтобетона). Между этими участками делаются температурно-усадочные швы шириной 5 мм или шириной 1 см с заложением в них реек. По вшам укладывают полосы рубероида шириной 150 мм с точечной приклейкой их с одной стороны шва.
Толщина асфальтобетонной стяжки зависит от материала основания: если основание из бетона или жестких теплоизоляционных плит, толщина стяжки должна составлять 15-20 мм, а если из нежесткого утеплителя, то 20-30 мм. Асфальтобетонную стяжку устраивают лишь на скатах.
После устройства выравнивающей стяжки основание необходимо сразу же огрунтовать, что обеспечит более прочную приклейку рулонных и гидроизоляционных материалов. До этого цементным раствором заделывают все неровности основания. Стяжки огрунтовываются полосами шириной 4-5 м.
Качество устройства основания проверяют по следующим показателям:
Ровность;
Прочность и жесткость (основание не должно проваливаться и прогибаться под ногами);
Плавность и округлость мест примыканий и разжелобков (для более прочной приклейки рулонных материалов).
Ленточный фундамент практически универсален. Его применяют и при строительстве малых деревянных построек и при строительстве крупногабаритных кирпичных домов. Прекрасно подходит для любых грунтов. Закладывать ленточный фундамент необходимо минимум на 50-70 см или на 20 см ниже глубины замерзания.
Рассмотрим подробнее устройство ленточных фундаментов. Вначале дно ямы, вырытой под фундамент, засыпают песком (15-20 см). Потом заливают водой и утрамбовывают. Дальше укладывается щебень или гравий слоем 10 см и заливают цементом. Дальше данную процедуру повторяют слой за слоем. Над землей бетон укладывается в опалубку до требуемого уровня. Через 3 часа после завершения укладки всю поверхность накрывают мешковиной. При такой схеме заливки ленточного фундамента происходит экономия бетона до 50 процентов.
Чтобы ленточный фундамент был прочным необходимо использовать цемент высших марок. Также для достижения наилучшего качества при приготовлении бетона необходимо применять чистую воду, желательно из колодца.
Плитные фундаменты достаточно популярны и распространены. Благодаря жесткой конструкции – монолитной плите, выполненной под всей площадью здания, им не страшны никакие перемещения грунта: плита двигается вместе с ним, предохраняя от разрушения конструкции дома. Поэтому подобного рода фундаменты также называют плавающими.
Сплошная плита плавающих фундаментов изготавливается из железобетона и имеет жесткое армирование по всей несущей плоскости. Это еще увеличивает их устойчивость к нагрузкам, возникающим при замораживании, оттаивании и просадке грунта.
Сплошные (плитные) фундаменты применяются в следующих случаях:
при слабых грунтах на строительной площадке или при значительных нагрузках от здания;
при разрушенных, размытых или насыпных грунтах основания;
при неравномерной сжимаемости грунтов;
при необходимости защиты от высокого уровня грунтовых вод.
Устройство плитных фундаментов требует относительно большого расхода бетона и металла и может быть оправдано в малоэтажном строительстве при сооружении небольших и простых по форме плана зданий и сооружений на тяжелых пучннистых, подвижных и просадочных грунтах, а также в случаях, когда не требуется устройства высокого цоколя и верх плитного фундамента может быть использован в качестве цокольного перекрытия.
Плитные фундаменты конструируют в виде плоских и ребристых плит или в виде перекрёстных лент. Для зданий с большими нагрузками, а также в случае использования подземного пространства применяются коробчатые фундаменты.
Плитные фундаменты проектируют под здания в основном с каркасной конструктивной системой. Для повышения жёсткости плиты устраивают рёбра в перекрёстных направлениях, которые могут выполняться как рёбрами вверх, так и вниз по отношению
На пересечениях ребер фундаментной плиты устанавливаются колонны при каркасной конструктивной системе, а при стеновой рёбра используются как стены цокольной части здания, на которые устанавливают несущие конструкции его наземной части.
Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом замкнутые различной конфигурации сечения.
Столбчатый фундамент, как уже понятно из его названия, представляет собой набор отдельных вкопанных в землю столбов. В первую очередь такие столбы располагаются в местах пересечения стен дома, и вместе с тем они могут располагаться в пролетах между ними. Верхний конец столбов называется оголовком, нижний - основанием. На оголовки впоследствии будет ставиться дом, поэтому у всех столбов они должны находиться на одинаковом уровне - это будет уровень пола первого этажа, обычно на высоте 40-50 см от земли. Такой зазор между полом дома и землей необходим, чтобы избежать сырости, от которой деревянные конструкции нижней части дома (а именно деревянные дома чаще всего возводят на столбчатых фундаментах) быстро сгниют.
Форма столбов фундамента может быть различной - квадратной, прямоугольной, круглой, но больше всего распространены столбы с круглым поперечным сечением, потому что под такие столбы скважины можно бурить ручным буром. Диаметр столбов может быть самый разный от 15 см и более, но при строительстве столбчатого фундамента своими руками выбирать придется из следующих диаметров: 150 мм, 200 мм, 250 мм, 400 мм. Скважины именно такого диаметра можно бурить с помощью большинства продающихся ручных буров. Глубина заложения столбчатого фундамента, как правило, составляет около 2 м (ниже глубины промерзания). Площадь основания столбчатого фундамента невелика, поэтому чтобы выдерживать нагрузку от дома он должен опираться на слой грунта с большой несущей способностью.
Столбики фундамента можно делать из разного материала: дерево, кирпич, монолитный бетон. Деревянный брус или бревно можно обжечь или обработать антисептиком, чтобы предотвратить (или по крайней мере замедлить) гниение древесины. Так же можно использовать гидроизоляционные материалы, но всё равно такие столбы будут наименее надежным вариантом.
Кирпичная кладка – вполне приемлемый вариант в плане прочности, однако этот вариант далек от идеала в плане удобства возведения. Складывать столб из кирпичей непосредственно в самой скважине не представляется возможным. Складывать столб полностью на поверхности земли, а затем опускать его в скважину – тоже не выглядит быстрым и приятным занятием.
Однозначно лучшим во всех отношениях материалом является монолитный железобетон. Он обеспечивают наибольшую прочность на сжатие, при армировании – и на растяжение. Армированный монолитный столб не треснет ни под каким действием сил морозного пучения. Развести бетонную смесь и залить её в вырытую скважину действие довольно простое.
Столбы фундамента могут иметь постоянное или переменное поперечное сечение. В первом случае это простой цилиндр или параллелепипед, во втором - более сложная форма с уширением в нижней части столба. Такое уширение позволяет увеличить площадь основания и соответственно увеличить несущую способность фундамента: вес дома будет распределяться по большей площади. Второе преимущество - это большая устойчивость к морозному пучению грунта. Если столб расширяется внизу, то силы пучения не смогут выдавить его вверх.
Наружные стены - наиболее сложная конструкция здания. Они подвергаются многочисленным и разнообразным силовым и несиловым воздействиям (рис. 17.1). Несущие наружные стены воспринимают нагрузку от собственной массы и временные нагрузки от опертых на стены перекрытий и крыш, воздействия от ветра, неравномерных деформаций основания, сейсмики и др. С внешней стороны наружные стены подвержены действию солнечной радиации, атмосферных осадков, переменных температур и влажности наружного воздуха, уличного шума, а с внутренней - воздействию теплового потока и потока водяного пара (рис. 17.1).
Выполняя функции наружного ограждения, основного конструктивного и композиционного элемента фасадов, а часто и несущей конструкции, наружная стена должна отвечать требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, соответствующим классу капитальности здания, обеспечивать благоприятный температурно-влажностный режим ограждаемых помещений, обладать декоративными качествами, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий. Одновременно конструкция наружной стены должна удовлетворять общетехническим требованиям индустриальности и минимальной материалоемкости, а также экономическим требованиям. При этом необходимы как экономия единовременных затрат при строительстве, так как наружные стены являются самой дорогой конструкцией (до 25% от стоимости конструкций здания), так и сокращение эксплуатационных затрат на отопление здания, поскольку основные тепло-потери идут через наружные стены и их элементы.
В наружных стенах обычно располагаются проемы бокового освещения помещений и проемы в открытые летние помещения балконов и лоджий, поэтому в комплекс конструкции стены включают створное светопрозрачное заполнение проемов и конструкции открытых помещений. Все эти элементы и их сопряжения со стенами также должны отвечать перечисленным выше требованиям. В стенах из сборных элементов в этот комплекс включают также стыки элементов наружных стен между собой и с внутренними конструкциями. Статические функции стен и их изоляционные свойства обеспечивает взаимодействие с внутренними конструкциями, поэтому конструирование наружных стен включает разработку их связей с внутренними стенами, перекрытиями, каркасом.
Наружные стены (также как и все остальные конструкции зданий) в зависимости от природно-климатических, инженерно-геологических условий строительства и специфики решения здания рассекают вертикальными деформационными швами различных типов - температурно-усадочными, осадочными, антисейсмическими и др. (рис. 17.2).
Температурно-усадочные швы устраивают во избежание образования в стенах трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур воздуха и усадки материалов (каменной кладки, бетонов). Такие швы рассекают только наземную часть здания.
Расстояния между швами (длину температурного отсека здания) назначают по расчету в соответствии с климатическими условиями строительства и физико-техническими параметрами материалов наружных стен. Длины отсеков колеблются от 40 до 100 м для кирпичных и от 75-150 м - для панельных стен. При этом наименьшее размеры температурных отсеков относятся к наиболее суровым климатическим условиям.
Осадочные швы предусматривают в местах резких перепадов этажности здания (осадочные швы I типа), а также при значительной неравномерности деформаций основания по протяженности здания, вызванные спецификой геологического строения основания (осадочные швы II типа). Осадочные швы I типа устраивают для компенсации разницы вертикальных деформаций высокой и низкой частей здания. С этой целью опи-рание перекрытий низкой части на несущей конструкции высокой части здания проектируемой шарнирным и конструкцию осадочного шва выполняют аналогично температурно-усадочному.
При жестких сопряжениях высокой и низкой частей здания, а также в случаях большой неравномерности деформаций основания здания разрезают на жесткие отсеки вертикальными швами по всей высоте - вплоть до подошвы фундамента.
В особых инженерно-геологических условиях, например, сейсмических, разрезка деформационными швами расчленяет здание на элементарные прямоугольные в плане отсеки и осуществляется на всю высоту здания от крыши до подошвы фундамента. Протяженность отсеков назначается по расчету в соответствии с расчетной сейсмичностью территории строительства и физико-техническими свойствами материалов несущих конструкций.
Конструкции наружных стен классифицируют по признакам:
- статической функции стены, определяемой ее ролью в конструктивной системе здания;
- материалу и технологии возведения стены, определяемым строительной системой здания;
- конструктивному решению - в виде однослойной или слоистой ограждающей конструкции.
Несущие стены
помимо вертикальной нагрузки от собственной массы воспринимают нагрузки от всех опирающихся на стены конструкций (крыш, перекрытий, балконов, эркеров, парапетов и пр.) и передают ее через фундаменты на основание.
Самонесущие стены воспринимают нагрузку только от собственной массы, включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и других элементов самой стены, и передают ее на фундаменты непосредственно или через цокольные панели, рандбалки, ростверк или др. конструкции.
Ненесущие конструкции стен поэтажно (или через несколько этажей) опирают на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, внутренние стены, каркас).
В зданиях с ненесущими наружными стенами из листовых материалов иногда применяют навесные конструкции имеющие специальные элементы навески на внутренние конструкции зданий.
Несущие стены воспринимают наряду с вертикальными нагрузками и горизонтальные воздействия, являясь вертикальными элементами жесткости сооружений. В зданиях с ненесущими наружными стенами функции вертикальных элементов жесткости выполняют каркас, внутренние стены, диафрагмы или стволы жесткости.
Несущие и ненесущие наружные стены могут быть применены в зданиях любой этажности. Высоту самонесущих стен ограничивают в целях предотвращения неблагоприятных в эксплуатационном отношении взаимных смещений самонесущих и внутренних несущих конструкций, сопровождающихся местными повреждениями отделки помещений и появлением трещин. В панельных домах, например, допустимо применение самонесущих стен при высоте здания не более 5 этажей. Устойчивость самонесущих стен обеспечивают гибкие связи с внутренними конструкциями.
Предельная этажность несущей стены зависит от несущей способности и дефор-мативности ее материала, конструкции, характера взаимосвязи с внутренними конструкциями, а также от экономических соображений. Так, например применение слоистых несущих панельных стен целесообразно в домах высотой до 17 этажей, несущих кирпичных стен в зданиях средней этажности, а несущей стальной оболочковой конструкции в 70-100 этажных зданиях.
Основной характеристикой конструктивного решения наружной стены является ее слоистость.
Традиционной для стен любой строительной системы является однослойная конструкция: из кирпича (или блоков естественного камня) - сплошная кладка, из дерева - рубленная стена из бревен или брусьев, в бетонном домостроении - однослойная стена из легких или ячеистых бетонов автоклавного твердения.
До середины 1990-х годов однослойная конструкция в России являлась основной для всех строительных систем зданий, составляя свыше 80% в общем объеме строительства.
Слоистые конструкции, например в виде облегченной кладки кирпичных стен применялись в основном для экономии единовременных затрат, В связи с пониженной несущей способностью их применяли в качестве несущих преимущественно в зданиях до 5 этажей или для верхних этажей многоэтажных.
Политика экономии затрат энергоресурсов на отопление зданий на государственном уровне отразилась на радикальном повышении требований к сопротивлению теплопередаче всех ограждающих наружных конструкций, отраженных в СниП 11-3-79*, введенных в действие Министерством строительства РФ с марта 1998г.
Новые нормы (даже для районов РФ с умеренным климатом) потребовали увеличения в 2,8-3,5 раза сопротивления теплопередача наружных стен по сравнению с действовавшими на протяжении 70 лет предшествовавшими нормами проектирования и всем историческим опытом строительства.
Практически это означало увеличение толщины однослойной кирпичной стены сплошной кладки с 51 см до 155 см легкобетонной панельной с 30-38 см до 90-105 см, стены из ячеистых автоклавных бетонов с 25 до 75 см, а стен деревянного сруба до 60 см. В связи с явной неэкономичностью таких конструкций происходит радикальный переход от однослойных конструкций к слоистым с эффективными утеплителями.
Соответственно это сопровождается перестройкой промышленности строительных материалов и индустриальных изделий для наружных стен.
В связи с тем, что для большинства конструкций переход от однослойных стен к слоистым конструкциям приводит к снижению их несущей способности, подвергается пересмотру и выбор конструктивных систем зданий. Для несущих слоистых конструкций наружных стен основной областью применения остаются здания малой и средней этажности, как с продольными, так и с поперечными внутренними стенами. В многоэтажных зданиях основными конструктивными системами становятся поперечно- и перекрестно-стеновая либо каркасная с ненесущими наружными стенами.
Область рационального применения однослойных наружных стен резко ограничивается территориями с жарким климатом, а также индивидуальным малоэтажным строительством.
Одновременно с радикальными пересмотром конструкций наружных стен и конструктивных систем зданий происходит резкое расширение видов строительных систем зданий. Наряду с традиционной бескаркасной системой домов с кирпичными стенами и наиболее индустриальной панельной, широко внедряются сборно-монолитные и монолитные системы различных модификаций, влияющие на конструирование ненесущих стен нового поколения, срочно внедряемых в строительство многоэтажных капитальных зданий с индустриальной технологией возведения.
Лекция № 2
ПОНЯТИЯ О КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ
Основные конструктивные элементы гражданских и промышленных зданий
К основным конструктивным элементам гражданских и промышленных зданий относят основания и фундаменты, стены и столбы, перекрытия, крыши, лестницы, окна, двери и перегородки (рис. 1).
Рис. 1. Основные конструктивные элементы здания
Основания и фундаменты
Фундаменты служат для передачи постоянных и временных нагрузок на грунт. Они являются подземными элементами здания и устраиваются под стенами и столбами.
Плоскость, которой фундамент опирается на грунт, называется подошвой фундамента, а грунт, на который передается нагрузка от фундамента, - основанием.
Основание должно обладать достаточной прочностью, т.е. до определенных пределов отличаться малой сжимаемостью при его загружении. Прочность грунта зависит от его минералогического состава, геологического строения, плотности и присутствия в нем влаги. Верхние слои земной коры, содержащие органические примеси и подвергающиеся выветриванию, отличаются недостаточной прочностью. Поэтому подошву фундамента приходится располагать (или, как говорят, «закладывать») на некоторой глубине от поверхности земли.
Минимально необходимая величина заглубления подошвы фундамента в грунт определяется не только прочностью соответствующего пласта грунта, но и климатическими особенностями, обусловливающими промерзание и, следовательно, возможность деформации верхних слоев грунта в зимнее время.
Подошва фундамента должна иметь такую площадь, чтобы нагрузка, передаваемая на грунт, не превышала допускаемого для этого грунта напряжения, составляющего обычно 1-3 кг/см 2 . Если здание имеет подвал (заглубленные в землю помещения или этажи), то фундаменты служат одновременно стенами подвала. В этом случае глубина заложения фундаментов зависит от высоты подвальных помещений. Фундаменты обычно делают из водостойкого материала (бетонных блоков, бетона, естественного камня).
Стены, их назначение, разновидности
Стены по своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Кроме того, различают несущие и ненесущие стены.
Несущие стены обычно называются капитальными (они непосредственно опираются на фундаменты). Несущими могут быть как наружные, так и внутренние стены. Ненесущие стены - это обычно перегородки. Они служат для деления в пределах этажа больших, ограниченных капитальными стенами помещений на более мелкие, причем для опирания перегородок не требуется устройства фундаментов.
Столбы, как правило, также несущие элементы, опирающиеся на фундамент. Их устанавливают обычно вместо несущих стен там, где оказывается необходимым раскрыть внутреннее пространство или передать вертикальную сосредоточенную нагрузку на фундамент.
Нижняя часть наружной стены называется цоколем. Он находится в особо неблагоприятных условиях, так как подвергается воздействию брызг от падающих на землю капель дождя и талой воды при таянии прилегающего к нему снегового покрова. Эта влага смачивает материал цоколя и способствует разрушению его поверхности. Поэтому цоколь делается из влаго- и морозостойких материалов.
Цоколь имеет архитектурное значение, так как, несколько отступая от плоскости стены, создает ощущение большей устойчивости здания. Верхний уступ («обрез») цоколя располагаем примерно на уровне приподнятого над поверхностью земля пола первого этажа и тем самым подчеркивает начало используемого по основному назначению объема здания. Иногда ниже пола устраивается подполье, предохраняющее конструкции здания от непосредственного воздействия грунтовых вод. В этом случае цоколи служат наружными стенами, ограждающими подполье. Обычно вместо подполья ниже пола первого этажа устраиваются подвальные этажи.
Деление зданий на каменные и деревянные условно. В качестве признака для такого деления принимается материал наружных стен. Здание, которое имеет каменные фундаменты и стены при всех прочих основных конструктивных элементах, сделанных, например, из дерева, считается каменным.
Стены и частично фундаменты являются не только несущими, но и ограждающими конструкциями, так как они образуют объемы помещения и ограждают (изолируют) эти объемы от внешней среды. Поэтому наружные ограждающие конструкции отапливаемых зданий должны не только удовлетворять требованиям прочности и устойчивости, но и обладать соответствующими теплозащитными качествами. Они определяются толщиной конструкции и теплозащитными свойствами ее материала. Чем выше теплозащитные качества, там ниже расход топлива на отопление здания, но больше стоимость конструкции. Поэтому при проектировании следует находить экономически целесообразное соотношение единовременных затрат и эксплуатационных расходов на отопление.
Требуемый минимум теплозащитных качеств определяется также санитарно-гигиеническими требованиями:
· температура на внутренней поверхности наружной стены не должна быть много ниже температуры воздуха в помещении (разность обычно не более 6°С), чтобы не было так называемой холодной (отрицательной) радиации - ощущения как бы потока холода, которое может испытывать человек при значительной разнице температур на поверхности стены и воздуха помещения;
· температура на внутренней поверхности наружном стены должна быть выше точки росы во избежание образования конденсата, последующего увлажнении материала, ухудшении теплозащитных качеств конструкции и образования плесени.
Если температура внутренней поверхности наружной стены понижается до 0° и ниже, то конденсат превращается в иней или лед и наступает явление, называемое промерзанием ограждения.
Наружные ограждения должны удовлетворять также ряду других физико-технических требований, например, воздухопроницаемости и паропроницаемости.
Наружные ограждающие конструкции, удовлетворяющие теплозащитным требованиям, обычно отвечают требованиям изоляции помещения от внешних шумов.
Перегородки относятся к внутренним стенам, но не являются несущими; они не воспринимают вертикальных нагрузок, и их во время эксплуатации здания без нарушения его конструктивной целостности можно удалять или переносить на другое место.
Характерные требования, предъявляемые к перегородкам, - соответствующие прочность и звукоизоляция. Кроме того, перегородки должны иметь такие конструктивные и эксплуатационные качества, при которых затрудняется размножение в них разного рода микроорганизмов, насекомых и грызунов, облегчается очистка и т. п.
Перекрытия и покрытия
Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на капитальные стены или столбы и воспринимающие передаваемые на них постоянные и временные нагрузки. Перекрытия разделяют здания на этажи. В зависимости от месторасположения в здании перекрытия делятся на:
1. междуэтажные - между двумя смежными по высоте этажами;
2. чердачные - между верхним этажом и чердаком;
3. подвальные - между первым этажом и подвалом;
4. нижние - между первым этажом и подпольем.
1.4. Лестницы и лифты
Лестницы служат для сообщения между этажами. Помещения, в которых располагаются лестницы, называются лестничными клетками (рис. 2). Конструкции лестниц (рис. 3) в основном состоит из маршей (наклонных плоскостей со ступенчатыми поверхностями) и площадок. Для безопасного хождения марши ограждают перилами (балясником).
Лифты в жилых зданиях предусматривают, начиная с шести этажей; как правило, шахты лифтов делают глухие. Машинное отделение лифтов размещают над шахтой, расположение самой шахты предусматривается у лестничной клетки или между лестничных маршей. Машинное отделение лифтов не допускается располагать под жилыми комнатами.
Есть примеры оборудования жилых зданий выносными лифтами, располагаемыми за наружной гранью стены против окон лестничной клетки. В этом случае загрузка лифтов производиться с промежуточных площадок лестничных клеток.
Рис. 2. Лестничная клетка Общий вид, план
/ - лифт; 2 - окно; 3 - марш; 4 - междуэтажная площадка; 5 - этажная площадка; 6 - дверь в квартиру; 7 - стеналестничной клетки
Рис. 3. Геометрическое построение лестницы.
а – ступень; б – разрез; в – планочное построение лестницы;1 – подступёнок; 2 – проступь; 3 – лестничная клетка; 4 – междуэтажная площадка; 5 - этажная площадка.
Балконы, лоджии
Балконы и лоджии - это открытые поэтажные площадки в жилых и общественных зданиях, связывающие внутренние пространства эксплуатируемых помещений с внешней средой. При аварийных ситуациях они могут использоваться для эвакуации людей. Лоджии, в отличие от балконов по боковым сторонам ограждены стенами, и могут быть как встроенными в объём здания, так и выносными. Лоджии бывают освещены солнцем меньшее количество время, чем балконы, а их устройство связано с увеличением площади наружных стен.
Балконы и лоджии должны иметь достаточные размеры, быть зрительно изолированными с улицы и защищенными от шума, ветра, дождя и перегрева солнечными лучами. Их местоположение должно быть спроектировано так, чтобы открывающийся с балкона или лоджии вид был максимально красивым. Необходимо обеспечить также правильное расположение их относительно соседних квартир и домов и удобную связь с примыкающими комнатами квартиры.
Важно помнить, что балконы, расположенные во входящих углах здания, лучше изолированы зрительно и защищены от ветра, чем открытые балконы, которые рекомендуется ограждать с наветренной стороны (для этой цели применяются ветрозащитные экраны. При группировке балконов смежных квартир многоэтажных домов следует также позаботиться об их зрительной изоляции. Расположение балконов на фасаде в шахматном порядке придает ему живописность, однако уменьшает зрительную изоляцию и степень защиты от ветра и солнца.
Ограждения балконов могут выполняться из различных материалов: непрозрачного стекла, пластиков, древесных материалов, волнистой листовой стали на каркасе и т.д.
Конструктивное решение балконов зависит от схемы опирания балконной плиты - (консольное, балочное опирание или угловое защемление). В крупнопанельных зданиях в зависимости от конструкции наружных стен (несущих, самонесущих) и перекрытий (сплошные плиты «на комнату» или плиты- настилы) применяют разнообразные конструктивные схемы установки балконов:
· защемление в конструкции наружной стены;
· устройство консольной плиты перекрытия;
· опирание на приставные железобетонные стойки или Г-образные поперечные конструкции;
· опирание на наружную стену и подвеска к внутренним поперечным несущим стенам, покрытию или перекрытиям;
· опирание на консоли внутренних стен или колонн в каркасных зданиях. В зданиях с кирпичными стенами балконные плиты закрепляются в кладке стены и привариваются при помощи стальных анкеров к закладным деталям железобетонных перемычек и настилов перекрытий.
Окна. Полы
Окна устраиваются для освещения и проветривания (вентиляции) помещений и состоят из оконных проемов, рам или коробок и заполнения проемов, называемого оконными переплетами.
Основные требования к окнам, которые должны соблюдаться при их проектировании и конструировании - пропускать свет в помещения в соответствии с требующейся степенью их освещенности. Окна являются наружным ограждением: следовательно, при их конструировании необходимо учитывать те же требования, которые предъявляются к наружным стенам, т е теплозащитные качества, воздухопроницаемость (продувание) и т. п.
В многоэтажных зданиях оконные и дверные проемы располагаются на поверхности стен друг над другом по одной оси. В этом случае нагрузка, передающаяся на наружные стены, воспринимается простенками. В каркасных зданиях при навесных стенах окна и двери в перегородках могут располагаться различно.
Полы. По способу устройства полы могут быть двух основных групп: монолитные и сборные. В зависимости от материала покрытия различают полы бесшовные, из штучных и из рулонных или листовых материалов.
В практике производственного строительства применяют преимущественно монолитные полы из бетона с различными добавками, придающими им заданные условиями эксплуатации свойства. К ним относятся полы с упрочненным верхним слоем и другие подобные виды.
Особую группу монолитных бесшовных полов составляют так называемые наливные полы с полимерными покрытиями на основе эпоксидных и полиуретановых смол, предназначенные для использования в помещениях с повышенными требованиями по беспыльности.
В промышленных зданиях возможно применение полов из чугунных и стальных плит, а также сборных конструкций полов из крупноразмерных плит.
Во вспомогательных помещениях применяются полы из рулонных (линолеума, плит ПХВ) и листовых материалов (например, цементно-стружечных плит и др.).
Контрольные вопросы:
1. В проработке.
1. Как называется плоскость, которой фундамент опирается на грунт?
2. На какие типы по своему назначению и месту расположения в здании делятся стены?
3. На какие типы делятся перекрытия в зависимости от месторасположения в здании?
4. Для чего служат лестницы и лифты? В чем особенности лифтов?
5. Каковы основные требования к окнам?
5. Прррррррррр
2. Конструктивные схемы зданий
Фундаменты, стены, столбы и перекрытия - основные несущие элементы здания. Они образуют остов здания - пространственную систему вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
Конструкция перекрытий «несет» собственный вес (массу) и временную нагрузку. Стены и столбы воспринимают вертикальную нагрузку от опирающихся на них перекрытий и крыши; нагрузка на крышу состоит из веса конструкции крыши и веса (массы) лежащего на ней снега; помимо этого стены и столбы несут свой собственный вес. Кроме того, стены и крыша воспринимают также горизонтальное давление ветра.
Для того чтобы остов здания был устойчив, он должен обладать необходимой жесткостью. Это достигается устройством продольных и поперечных капитальных стен, образующих обычно замкнутые в плане контуры (коробки) с достаточно прочными сопряжениями в углах и местах пересечений. Кроме того, жесткость обеспечивается наличием перекрытия, которые, являясь жесткими горизонтальными «диафрагмами», как бы расчленяют остов на ярусы. Эти диафрагмы воспринимают горизонтальные усилия и, будучи прочно сопряженными со стенами, повышают их устойчивость против продольного изгиба.
Остов определяет так называемую конструктивную схему здания.
