Строительство в условиях севера и вечномерзлых грунтов

Особенности строительства зданий в условиях Севера и вечномерзлых грунтов.

Такие районы занимают 48% территории России, обладают крупными запасами полезных ископаемых, имеют большое экономическое значение.

К основным особенностям, отличающими указанные районы от областей среднем полосы, следует отнести:

- продолжительный зимний период,

- вечномерзлое состояние грунтов, наличие поверхностного слоя, ежегодно протаивающего летом и замерзающего зимой,

- высокую относительную влажность воздуха в районах побережья,

- длительный полярный день и ночь; малая естественная освещенность

- продолжительные метели, вызывающие в ряде мест заносы высотой до 10—15 м

- скудную растительность в районах побережья морей и океанов,

- малую освоенность территории, небольшую численность населения, большую удаленность населенных пунктов друг от друга, отдаленность от промышленник районов, ограниченность и сезонную периодичность транспортной связи, слабое развитие строительной индустрии.

Высокая стоимость транспортировки материалов и недостаток рабочей силы делает не выгодным изготовление конструкций на месте. Применяют более дорогие, но легкие, эффективные материалы и конструкции, изготовленные на предприятиях, расположенных в освоенных районах и доставленных на место по зимникам, воде и воздуху. Вместе с тем в определенных случаях возможно применение и местных материалов – леса, камня. Конструкции следует проектировать максимально легкими, сборными, транспортабельными. Соединения элементов должны быть надежными и простыми в монтаже, позволяющими производство работ в условиях низких температур рабочими невысокой квалификации.

 

Планировка зданий от снежных заносов:

а) максимальная плотность и компактность планировки;

б) защита от снегопереноса и снежных заносов:

- естественные препятствия (рельеф, растительность),

- снегозащитный фронт из зданий, расположенных с наветренной

стороны,

- организация сквозного проветривания с выносом снега за пределы,

- придания зданиям обтекаемой формы, временные перекрытия между

зданиями.

Объемно-планировочные решения.

Простые прямоугольные в плане, без перепада высот. (Если необходим перепад, то располагают с наветренный стороны или вдоль направления господствующих ветров).

1. Фасады без ниш, поясов и т.д. Оконные проемы с минимальными откосами.

2. Эвакуационные выходы из зданий параллельно направления ветров.

3. Двойные тамбуры, тепловые завесы.

4. Размещение помещений с мокрыми процессами внутри здания.

5. Помещения со значительными выделениями тепла снаружи.

6. Устройство лоджий не допускается, а в районах наиболее суровым климатом и устройство балконов.

7. Покрытия плоские, скатные. Многоскатные: скаты ориентируют вдоль ветров. В односкатных уклон ориентируют в наветренную сторону, водоотвод неорганизованный наружный.

Конструктивные решения.

Конструктивные решения зданий зависят от геологических условий и принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания. К вечномерзлым относятся все виды грунтов, имеющих отрицательную или нулевую температуру и содержащих ледяные включения. Поверхностный слой грунта, промерзающий зимой и оттаивающий летом, называется деятельным слоем.

Потеря мерзлым грунтом несущей способности в результате изменения его температурного режима, т.е. протаивание под построенным зданием, - самое коварное свойство вечной мерзлоты. Строительство зданий – отапливаемого и неотапливаемого – нарушает температурное равновесие в грунте на участке строительства, «чаша протаивания» может достигать глубины 10 – 15 м, возможны значительные деформации.

В практике используют два метода строительства на вечномерзлых грунтах с сохранением вечной мерзлоты и с оттаиванием ее.

Принцип I – грунты основания сохраняются в мерзлом состоянии как в процессе строительства, так и на весь период эксплуатации здания.

Принцип II – грунты основания находятся в оттаявшем состоянии.

I принцип: строительство на мерзлых грунтах чаще всего ведется для неотапливаемых зданий.

Меры обеспечения стабильности границы промерзания, а также поддержание расчетных температур грунта достигаются несколькими методами:

- устройством в зданиях проветриваемых подполий открытых или

 закрытых,

- устройством под зданием теплоизолирующих подсыпок,

- искусственным охлаждением грунта под фундаментами. 

(поверхностные охлаждающие устройства, заглубленные устройства)

Устройство подполий:

открытые и закрытые: открытые проветривают через зазор между фундаментной балкой и поверхностью грунта, закрытые через продухи в цоколе или вытяжные трубы.

Подполье может быть с нерегулируемым и регулируемым проветриванием. При нерегулируемой проветривании летом возможно неблагоприятное воздействие положительных температур на грунт, а зимой — отрицательных на помещение первого этажа. Кроме того, существует опасность снегозаноса. При регулируемом проветривании приточные трубы располагают выше точек снегового отложения и снегопереноса, что исключает занос снега в подполье.

Часто наряду с проветриваемым подпольем для сохранения грунта в мерзлом состоянии широко используют подсыпки из песка, гравия и шлака Толщину подсыпки определяют теплотехническим расчетом.

Искусственное охлаждение грунта под фундаментами ведут различного вида холодильными установками. Под фундаменты укладывают трубы, по который пропускают холодоноситель — холодный воздух или жидкость. Применение холодильных установок позволяет получить значительную экономию стоимости фундаментов. Однако эксплуатационные расходы достаточно велики, установки требуют постоянного контроля и обслуживания.

II принцип: применяется искусственное оттаивание, заменяют льдистые грунты. Оттаивание должно быть медленное и равномерное. Методы оттаивания:

гидрооттаивание (нагнетание воды 1-2°С) – при крупнообломочных грунтах;

парооттаивание (нагнетание пара) – нельзя при глинистых грунтах, недостаток выпадение конденсата;

электрооттаивание – происходит уплотнение и осушение;

Площадь оттаивания должна быть больше площади помещения. Контур выходит за рамки сооружения не менее половины глубины оттаивания.

Конструктивные системы:

Здания и сооружения для северных районов проектируют с максимальной степенью сборности. Для них применяют конструктивные элементы высокой заводской готовности с надежными и простыми в монтаже соединениями, позволяющими строить объекты круглогодично и в условиях низких температур. Сборные конструкции, используемые для этих целей, должны иметь хорошую транспортабельность.

При строительстве здании по I принципу их конструкции проектируют без учета осадочных деформаций основания. Когда же здания строят по II принципу, возможны два случая: деформации основания в оттаявшем состоянии не превышают предельных величин деформации; основания могут превышать предельные величина.

В первом случае конструктивную схему зданий выбирают без учета особенностей строительства в северных районах, во втором приспосабливают конструкцию зданий к восприятию повышенных деформаций и обеспечивают устойчивость, прочность и эксплуатационную надежность зданий.

Для обеспечения устойчивости, прочности и эксплуатационной надежности здании применяют:

- жесткую конструктивную схему, при которой конструкция здания не могут иметь взаимных перемещений (здание оседает равномерно);

- податливую конструктивную схему, при которой возможно взаимное перемещение шарнирно связанных между собой конструкций

Многоэтажные, а также одноэтажные здания с пролетами до 12 м, как правило, проектируют по жесткой конструктивной схеме, а одноэтажные с пролетами более 12 м — с податливой конструктивной схемой.

Здания и сооружения, разделяют осадочными швами на отсеки

Фундаменты.

Наиболее рациональной конструкцией фундаментов для районов с вечномерзлыми грунтами следует считать свайные фундаменты: миним. земляные работы, проветривание подполий при свайных фундаментах организуется проще, сокращаются затраты бетона, способны обеспечить сохранность вечномерзлого состояния основания.

Остов.

Остов зданий для северных условий может быть в виде поперечных несущих стен или в виде каркаса с панелями заполнения. Применение каркаса предпочтительней, так как позволяет использовать эффективные, легкие стеновые панели и соответствует свайным конструкциям фундаментов. Рассчитываются на минимальное число стыков, заполнение стыков мастиками, сохраняющими эластичность при низких температурах. использование плит покрытия с полной заводской готовностью.

Использование для ограждающих конструкций традиционных материалов сильно удорожает строительство и снижает долговечность зданий. Увеличение стоимости определено увеличением затрат материалов на стены примерно на 60% и покрытий на 80% по сравнению с центральными районами. С учетом транспортных и других затрат общее удорожание строительства составляет примерно 3—4 pa з a, а компенсации теплопотерь в 6—15 раз.

Проемы

Оконные проемы должны иметь тройное остекление, а стыки в них тщательно загерметизированы, чтобы избежать наледей в пространстве между переплетами и на внутренней поверхности стекол. Применение стеклоблоков не рекомендуется, т.к. они быстро разрушаются влагой.

Покрытия

Покрытия в районах Севера должны быть вентилируемые чердачные. Покрытие (как и все здание) должны иметь хорошие аэродинамические качества — без перепадов и надстроек, способствующих снегозадержанию. Фонари - зенитные. Конструкции покрытий следует проектировать с учетом трудности выполнения на севере на строительной площадке различного вида стяжек, устройства кровель на мастиках.