Понятия о конструкциях зданий. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций и противопожарных преград Классификация строительных конструкций и требования к ним
Основы конструктивных решений зданий
По назначению строительные конструкции подразделяют на несущие, ограждающие и совмещенные .
Конструкции несущие – строительные конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечивающие надежность, жесткость и устойчивость зданий. Несущие конструкции, образующие остов здания (конструктивную систему) относят к основным: фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, покрытия и т.п. остальные несущие конструкции относятся к второстепенным, например, перемычки над проемами, лестницы, блоки шахт лифтов.
Конструкции ограждающие – строительные конструкции, предназначенные для изоляции внутренних объемов в зданиях от внешней среды или между собой с учетом нормативных требований по прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухонепроницаемости, звукоизоляции, светопропусканию и т.д. Основные ограждающие конструкции – ненесущие стены, перегородки, окна, витражи, фонари, двери, ворота.
Конструкции совмещенные – строительные конструкции зданий и сооружений различного назначения, выполняющие несущие и ограждающие функции (стены, перекрытия, покрытия).
По пространственному расположению несущие строительные конструкции здания разделяют на вертикальные и горизонтальные.
Горизонтальные несущие конструкции –покрытия и перекрытия – воспринимают все приходящиеся на них вертикальные нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам и др.), которые, в свою очередь, передают нагрузки основанию здания. Горизонтальные несущие конструкции, как правило, играют в зданиях также роль жестких дисков – горизонтальных диафрагм жесткости, они воспринимают и перераспределяют горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические) между вертикальными несущими конструкциями.
Передача горизонтальных нагрузок с перекрытий на вертикальные конструкции осуществляется по двум основным вариантам: с распределением на все вертикальные несущие элементы или только на отдельные вертикальные элементы жесткости (стены-диафрагмы, решетчатые ветровые связи или стволы жесткости). При этом все остальные опоры работают только на вертикальные нагрузки. Применяют также и промежуточное решение: распределение горизонтальных нагрузок и воздействий в различных пропорциях между элементами жесткости и конструкциями, работающими преимущественно на восприятие вертикальных нагрузок.
Перекрытия-диафрагмы обеспечивают совместность и равенство горизонтальных перемещений вертикальных несущих конструкций при ветровых и сейсмических воздействиях. Такая совместимость и выравнивание достигаются жестким сопряжением горизонтальных несущих конструкций с вертикальными.
Горизонтальные несущие конструкции капитальных гражданских зданий высотой более двух этажей однотипны и представляют собой обычно железобетонный диск – сборный, сборно-монолитный или монолитный.
Глава 10. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций и противопожарных преград
Статья 34. Цель классификации
1. Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости для установления возможности их применения в зданиях, сооружениях, строениях и пожарных отсеках определенной степени огнестойкости или для определения степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков.
2. Строительные конструкции классифицируются по пожарной опасности для определения степени участия строительных конструкций в развитии пожара и их способности к образованию опасных факторов пожара.
3. Противопожарные преграды классифицируются по способу предотвращения распространения опасных факторов пожара, а также по огнестойкости для подбора строительных конструкций и заполнения проемов в противопожарных преградах с необходимым пределом огнестойкости и классом пожарной опасности.
Статья 35. Классификация строительных конструкций по огнестойкости
1. Строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:
1) ненормируемый;
2) не менее 15 минут;
3) не менее 30 минут;
4) не менее 45 минут;
5) не менее 60 минут;
6) не менее 90 минут;
7) не менее 120 минут;
8) не менее 150 минут;
9) не менее 180 минут;
10) не менее 240 минут;
11) не менее 360 минут.
2. Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:
1) потеря несущей способности (R);
2) потеря целостности (Е);
3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).
3. Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает при потере целостности (Е), теплоизолирующей способности (I), достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S).
4. Методы определения пределов огнестойкости строительных конструкций и признаков предельных состояний устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.
5. Условные обозначения пределов огнестойкости строительных конструкций содержат буквенные обозначения предельного состояния и группы.
Статья 36. Классификация строительных конструкций по пожарной опасности
1. Строительные конструкции по пожарной опасности подразделяются на следующие классы:
1) непожароопасные (К0);
2) малопожароопасные (К1);
3) умереннопожароопасные (К2);
4) пожароопасные (К3).
2. Класс пожарной опасности строительных конструкций определяется в соответствии с таблицей 6 приложения к настоящему Федеральному закону.
3. Численные значения критериев отнесения строительных конструкций к определенному классу пожарной опасности определяются в соответствии с методами, установленными нормативными документами по пожарной безопасности.
Статья 37. Классификация противопожарных преград
1. Противопожарные преграды в зависимости от способа предотвращения распространения опасных факторов пожара подразделяются на следующие типы:
1) противопожарные стены;
2) противопожарные перегородки;
3) противопожарные перекрытия;
4) противопожарные разрывы;
5) противопожарные занавесы, шторы и экраны;
6) противопожарные водяные завесы;
7) противопожарные минерализованные полосы.
2. Противопожарные стены, перегородки и перекрытия, заполнения проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки, клапаны, окна, шторы, занавесы) в зависимости от пределов огнестойкости их ограждающей части, а также тамбур-шлюзы, предусмотренные в проемах противопожарных преград в зависимости от типов элементов тамбур-шлюзов, подразделяются на следующие типы:
1) стены 1-й или 2-й тип;
2) перегородки 1-й или 2-й тип;
3) перекрытия 1, 2, 3 или 4-й тип;
4) двери, ворота, 1, 2 или 3-й тип;
люки, клапаны,
экраны, шторы
5) окна 1, 2 или 3-й тип;
6) занавесы 1-й тип;
7) тамбур-шлюзы 1-й или 2-й тип.
Строительными несущими конструкциями промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений называются конструкции, размеры сечений которых определяются расчетом. Это основное их отличие от архитектурных конструкций или частей зданий, размеры сечений которых назначаются согласно архитектурным, теплотехническим или другим специальным требованиям.
Современные строительные конструкции должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, экологическим, техническим, экономическим, производственным, эстетическим и др.
При сооружении объектов газонефтепроводов широко применяются стальные и сборные железобетонные конструкции, в т. ч. наиболее прогрессивные - предварительно напряженные, В последнее время получают развитие конструкции из алюминиевых сплавов, полимерных материалов, керамики и других эффективных материалов.
Строительные конструкции очень разнообразны по своему назначению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств и целесообразнее всего классифицировать по следующим основным признакам:
1) по геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержневые системы:
Массив - конструкция, в которой все размеры одного порядка;
брус - элемент, в котором два размера, определяющие поперечное сечение, во много раз меньше третьего - его длины, т.е. они разного порядка: b «I, h «/; брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью - аркой.
плита - элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других: h «a, h «I. Плита является частным случаем более общего понятия - оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание;
стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относят строительные фермы (балочные или консольные) (рис. 1.2).
по характеру расчетной схемы конструкции делят на статически определимые и статически неопределимые. К первым относят системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым - такие, для которых одних уравнений статики недостаточно и для решения требуется введение дополнительных условий - уравнений совместимости деформаций.
по используемым материалам конструкции делят на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);
4) по характеру напряженно-деформированного состояния (НДС), т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их натри группы: простейшие, простые и сложные (табл. 1.1).
Такое разделение позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике. В представленной таблицетрудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом.
В результате изучения данной главы студент должен:
знать
- ключевые понятия, определения и принципы, принимаемые в курсе "Архитектурно-строительные конструкции ";
- основные виды архитектурно-строительных конструкций для использования в зданиях и сооружениях различного назначения;
- основные нормативные документы для проектирования зданий и сооружений;
- функциональные, технические, эстетические, противопожарные и экономические требования, предъявляемые к строительным конструкциям различного назначения;
уметь
- проводить классификацию строительных объектов по методу их возведения, материалу, назначению и т.д.;
- выбирать соответствующие строительные конструкции для проектирования и возведения зданий и сооружений различного назначения;
- четко формулировать и доводить до каждого участника проектирования его цели и задачи, достигать единого понимания целей и задач, стоящих перед исполнителями при проектировании конкретных объектов;
- организовывать разработку и внедрение прогрессивных методов и технических средств проектирования;
- пользоваться базами данных, информационно-справочными и поисковыми системами для поиска необходимой информации по расчету и проектированию жилых, промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий;
владеть
- информацией о последних достижениях строительной науки применительно к архитектурно-строительным конструкциям различного назначения;
- представлением, что будет иметь специалист в запасе, взявшись за исследование или проектирование объекта заданного назначения;
- навыками проектирования зданий, сооружений, объектов и строительных изделий из каменных, армокаменных, бетонных, железобетонных, металлических и деревянных строительных материалов;
- навыками организации процесса проектирования строительных объектов;
- навыками проектирования жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий.
Классификации строительных конструкций, зданий и сооружений
Здания – надземные постройки с помещениями для проживания, культурно-бытовых или производственных целей. Сооружения – постройки технического назначения для удовлетворения отдельных нужд человека, например мосты, водонапорные башни, градирни, резервуары и т.д.
Здания по назначению подразделяются на следующие группы:
- жилые (дома, общежития, гостиницы);
- общественные (предприятия торговли, общественного питания, государственные учреждения, учреждения просвещения, культуры, здравоохранения, школы, детские сады и т.п.);
- промышленные (корпуса заводов, фабрик, предприятия транспорта, энергетики и т.д.);
- сельскохозяйственные (для различных отраслей сельскохозяйственного производства).
Жилые и общественные здания называют также гражданскими зданиями.
По своему назначению жилые дома подразделяют на жилые квартирные дома для посемейного заселения и постоянного проживания; общежития для временного проживания рабочих на период работы и учащейся молодежи на время учебы; гостиницы для кратковременного проживания людей; интернаты для постоянного проживания инвалидов, престарелых и детей без родителей. В массовом жилищном строительстве более 90% зданий – квартирные дома, предназначенные для посемейного заселения.
Жилые многоквартирные дома по своей объемно-планировочной структуре могут быть секционными, коридорными, галерейными, коридорно-секционными, галерейно-секционными, блокированными. В секционных домах группы квартир размещены поэтажно и имеют входы с лестничных площадок или из лифтовых холлов. В коридорных жилых домах квартиры расположены с двух сторон коридора, связывающего их с лестницами и лифтами. В жилом здании галерейного типа все квартиры этажа имеют выходы через общую галерею нс менее чем на две лестницы. В коридорно-секционных и галерейно-секционных домах каждая квартира размещена на двух этажах и имеет внутриквартирную лестницу, а коридоры расположены через этаж. В таких домах можно размещать только 3– 5-комнатные квартиры. Многоквартирные блокировочные дома, как правило, двухэтажные, также состоят из квартир, расположенных в двух этажах, но с входами не из коридоров, а с улицы. Каждая квартира может иметь небольшой участок земли шириной, равной ширине квартиры. В блокированных двухэтажных домах можно размещать 3–5-комнатные квартиры. Этот тип домов применяют в поселках и малых городах.
По этажности здания классифицируют следующим образом: одно-, двухэтажные здания; малоэтажные (3–5 этажей), средней этажности (6–12 этажей), многоэтажные (13–25 этажей) и высотные (свыше 25 этажей).
По конструкции стен здания подразделяются на мелкоэлементные (из кирпича, керамического камня, мелких блоков и др.), крупноэлементные (из крупных блоков, панелей, объемных блоков) и из монолитного железобетона.
По технологии возведения здания можно разделить на неиндустриальные, выкладываемые из мелкоштучных материалов (кирпича, мелких блоков и др.), и полносборные, монтируемые из индустриальных конструкций заводского изготовления.
По долговечности (сроку службы основных конструктивных элементов) здания делятся на три степени: I – со сроком службы не менее 100 лет; II – не менее 50 лет; III – не менее 20 лет.
По огнестойкости здания имеют пять степеней: I, II, III – каменные конструкции, IV – деревянные оштукатуренные и V – деревянные неоштукатуренные.
Степень долговечности, огнестойкости и другие эксплуатационные качества определяют капитальность здания. По капитальности здания разделяют на четыре класса:
I – здания и сооружения, к которым предъявляют повышенные требования (театры, музеи, административные здания, жилые дома повышенной этажности). Долговечность и огнестойкость этих зданий и сооружений должны быть не ниже I степени;
II – жилые, общественные и другие здания с числом этажей не более девяти. Их долговечность и огнестойкость должны быть не ниже II степени;
III – малоэтажные дома, общественные здания, возводимые в районных центрах, сельских населенных пунктах и проч., долговечностью не ниже II степени, огнестойкостью не ниже III и IV степеней;
IV – постройки, удовлетворяющие минимальным архитектурно-эксплуатационным требованиям. Их огнестойкость не нормируется, а долговечность – не ниже III степени.
Класс здания – показатель капитальности здания, характеризуемый степенью его огнестойкости, долговечностью основных конструктивных элементов и качественным уровнем выполненных строительных работ. К I классу принадлежат крупные промышленные и общественные здания, жилые дома высотой в девять этажей и более с повышенными эксплуатационными и архитектурными требованиями. К II классу относят большинство небольших промышленных и общественных зданий и жилые дома до девяти этажей. III класс – это здания со средними эксплуатационными и архитектурными требованиями и жилые дома до пяти этажей. Временные здания с минимальными эксплуатационными и архитектурными требованиями относятся к IV классу. Класс зданий и сооружений или основной группы их в комплексных объектах строительства назначается организацией, выдающей задание на проектирование.
Каждая надземная постройка разделяется горизонтальными перекрытиями на этажи. Этаж надземный – этаж с отметкой пола помещений не ниже планировочной отметки земли. Этаж подземный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на всю высоту помещений. Этаж цокольный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли на высоту не более половины высоты помещений. Этаж подвальный – этаж с отметкой пола помещений ниже планировочной отметки земли более чем наполовину высоты помещений. Этаж мансардный – этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностями крыши. Этаж технический – этаж высотой 1,8 м и менее для размещения инженерного оборудования здания и прокладки коммуникаций, может быть расположен в нижней части здания (техническое подполье), верхней (технический чердак) или между надземными этажами. Чердак – пространство между перекрытием верхнего этажа, покрытием здания (крышей) и наружными стенами, расположенными выше перекрытия верхнего этажа.
Архитектурно-строительные конструкции в зависимости от назначения подразделяют на несущие конструкции, которые воспринимают внешние нагрузки от собственного веса, снега, ветра, оборудования, мебели и т.д., ограждающие конструкции, которые защищают помещения от воздействия внешней среды или отделяют помещения друг от друга, и совмещающие конструкции, которые могут выполнять одновременно обе вышеназванные функции.
По функциональному назначению строительные конструкции можно разделить на фундаменты, стены, элементы каркаса, перекрытия, перегородки, лестницы, крыша, окна, двери, ворота, фонари и прочие конструкции.
Координационные размеры строительных конструкций – это условные модульные размеры конструктивных элементов, включающие соответствующие части швов и зазоров. Конструктивные размеры – это проектные размеры строительных конструкций, изделий, элементов оборудования, отличающиеся от координационных, как правило, на проектную величину шва или зазора. В строительстве используют также натурные размеры, т.е. фактические размеры элементов с учетом допусков.
Подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих конструкций и передающая их на грунт, называется фундаментом. Перекрытия разделяют здания на этажи и передают нагрузку на нижележащие стены или колонны. Стены – вертикальные ограждения, защищающие помещения от внешней среды, или разделяющие помещения друг от друга, или передающие нагрузку на фундамент. В зависимости от отношения стены к нагрузке стены бывают несущие, самонесущие и навесные. Перегородки – вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения. Лестницы предназначены для сообщения между этажами. Балкон – выступающая из плоскости стены фасада огражденная площадка. Лоджия – встроенное или пристроенное, открытое во внешнее пространство помещение, огражденное с трех сторон стенами. Терраса – огражденная открытая площадка, пристроенная к зданию или размещаемая на кровле нижерасположенного этажа. Понятие "крыша" употребляется только для жилых и общественных зданий. Это завершающая часть здания, защищающая его от воздействия внешней среды. Окна – светопрозрачные ограждения, предназначенные для естественного освещения и проветривания помещений. Двери – подвижные ограждения, обеспечивающие проход людей из одного помещения в другое или выход наружу. Ворота – подвижные ограждения, обеспечивающие проезд транспорта и проход людей. Надстройки на покрытиях для освещения и аэрации производственных помещений называют фонарями.
По функциональному назначению строительные конструкции подразделяются на несущие и ограждающие. Существуют также такие конструкции, как арки, фермы или рамы. Они являются несущими. А такие строительные конструкции как панели для стен, оболочки, своды соединяют в себе и ограждающие и несущие функции.
Несущие строительные конструкции в зависимости от расчетной схемы делятся на плоские (балки, фермы, рамы и др.) и пространственные (оболочки, своды, купола и др.). Пространственные строительные конструкции обладают более выгодным распределением усилий, в сравнении с плоскими конструкциями. Это, в свою очередь, требует меньшего расхода материалов, однако сборка и производство таких строительных конструкций является крайне трудоемким. На сегодняшний день появились новые типы пространственных конструкций - структурные конструкции, изготовленные из прокатных профилей, закрепленных болтовыми соединениями. Такой тип строительной конструкции обладает простотой изготовления и монтажа, экономичностью.
Строительные конструкции по виду материала бывают:
- бетонные;
Это наиболее встречающиеся виды строительных конструкций на данный момент.
Современное строительство применяет железобетон в виде сборных конструкций. Сфера применения таких конструкций: строительство жилых, производственных зданий, различных сооружений. Целесообразное применение монолитного железобетона — это различные гидротехнические постройки, покрытия дорог, аэродромов, строительство фундаментов под промышленное оборудование, всевозможные резервуары, элеваторы и т. п.
При возведении сооружений, которые эксплуатируются в условиях агрессивной внешней среды или особых климатических условиях (например, повышенная температура, влажность), используют специальные виды бетона и железобетона. К примеру такими сооружениями являются тепловые агрегаты, здания химической промышленности и другие.
В железобетонных строительных конструкциях за счет использования особо прочных бетонов, арматуры, увеличения изготовления напряженных конструкций допустимо уменьшение массы конструкции, понижение цены и расхода материалов, увеличение сфер применения лёгких и ячеистых бетонов.
Области применения строительных конструкций.
Сфера применения стальных строительных конструкций иногда совпадает с использованием железобетонных конструкций. Это, в частности, каркасы большепролетных зданий , цеха с тяжелым и громоздким оборудованием, промышленные резервуары больших емкостей, мосты и др. Выбор типа строительной конструкции зависит от его стоимости, района строительства, расположения предприятия. Главное преимущество стальных строительных конструкций от железобетонных - малая масса. Это позволяет применять данные конструкции в малодоступных районах: на Крайнем Севере, в районах с повышенной сейсмической активностью, пустынных, горных районах и т. д.
Создание продуктивных объемных конструкций (из тонколистовой стали), увеличение объемов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката сделают возможным уменьшить вес зданий и сооружений.
Главная область применения каменных строительных конструкций - возведение стен и перегородок. Архитектурные сооружения и здания из кирпича, мелких блоков и природного камня меньше соответствуют требованиям промышленного строительства, чем крупнопанельные здания, поэтому их доля во всех объемах строительства, падает.
В строительстве также применяют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие. Несущие конструкции состоят из нескольких слоев древесины и склеены между собой. Зачастую их усиливают путем вставления арматуры.
Изготовление клееных деревянных конструкций осуществляется в заводских условиях, все процессы производятся механическим путем
Основная тенденция в изменении деревянных конструкций - это переход к строительным конструкциям из клееной древесины. Допустимость промышленного изготовления и получения элементов определенной конструкции нужных размеров с помощью их склеивания дает преимущества в сравнении с деревянными конструкциями других типов. Клееные строительные конструкции находят широкое применение в сельскохозяйственном строительстве.
В тенденциях современного строительства широкое распространение получают новые виды промышленных строительных конструкций : асбестоцементные, пневматические, конструкции из легких сплавов. Достоинствами данных конструкций являются: низкая удельная масса, возможность заводского изготовления на механических поточных линиях. Более легкие трехслойные панели начинают применяться как ограждающие конструкции вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.
Требования, предъявляемые к строительным конструкциям.
По соображениям требований эксплуатации, строительные конструкции должны быть огнеустойчивыми, коррозиестойкими, удобными, экономичными и безопасными в использовании. С увеличением масштабов и темпов строительства к строительным конструкциям предъявляют требования их изготовления в заводских условиях, конструкции должны быть экономными по стоимости и оптимальными по расходу материалов, удобными при транспортировке и отличаться быстротой и простотой сборки на объекте строительства.
Большое значение уделяется снижению трудоемкости, как при изготовлении строительных конструкций , так и в процессе сооружения из них зданий.
Важной задачей современного строительства является уменьшение массы строительных конструкций за счет применения легких производительных материалов и развитии различных конструктивных решений.
Расчет строительных конструкций.
Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций.
