Обеспечение пространственной жесткости зданий

1. Конструктивное решение здания определяется на первом этапе проектирования путём выбора его строительной системы, конструктивной системы и конструктивной схемы.

Строительная система здания определяется материалом, конструкцией и технологией возведения несущих элементов.

В зависимости от материала вертикальных несущих конструкций различают здания из дерева, камня, стали и бетона (сборного или монолитного). Наименование строительной системы определяется по названию наиболее часто повторяющихся конструктивных элементов: панельная; крупноблочная; объёмно-блочная; каменная (из мелкоразмерных искусственных и естественных камней); деревянная.

Материал конструкций определяется при выборе строительной системы здания.

2. Конструктивная система представляет собой совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов здания, обеспечивающих его прочность, устойчивость и необходимый уровень эксплуатационных качеств. В конструктивной системе совмещаются несущие конструкции и ограждающие.

Основные конструктивные элементы здания - горизонтальные, вертикальные и фундаменты, взятые вместе, составляют единую пространственную систему - несущий остов здания. Его основное назначение - восприятие нагрузок, действующих на здание.

В зависимости от пространственной комбинации несущих элементов различают конструктивные системы зданий:

1. Бескаркасные с несущими стенами(продольными и поперечными); здесь большинство конструктивных элементов совмещают несущие и ограждающие функции;

2. Каркасные – здания с пространственной системой, несущий остов которых образован колоннами, балками, прогонами и др. элементами, стены при этом выполняют ограждающую функцию;

1. С неполным каркасом, в которых внутренние несущие стены заменены колоннами (стойками), а наружные стены являются несущими.

3. Типы каркасов могут различаться по следующим признакам:

а) по материалам:

· с железобетонным каркасом (монолитным, сборным, сборно-монолитным);

· с металлическим каркасом.

б) по устройству горизонтальных связей:

· с продольным, поперечным, перекрёстным расположением ригелей;

· безригельное решение (непосредственное опирание перекрытий на колонны)

в) по характеру статической работы:

· рамные с «жёсткими» (монолитными) соединениями элементов в узлах каркаса;

· связевые со сварными соединениями узлов;

· рамно-связевые с жёсткими соединениями узлов в поперечном направлении и сварными соединениями - в продольном направлении.

 

4. Под пространственной жёсткостью здания понимается способность здания и его элементов сохранять первоначальную форму при действии приложенных сил. Пространственная жёсткость обеспечивается:

а) внутренними поперечными стенами, связанными с продольными, в т.ч. лестничных клеток;

б) междуэтажными перекрытиями;

в) ядрами жёсткости (лестничные или лифтовые узлы).

г) надёжным соединением узлов.

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие конструкции определяют конструктивную систему здания?
2. Каковы основные типы каркасов здания?
3. Какие виды стен по характеру работы применяют в каркасных зданиях?

 

Тема 2.3.Основания зданий

 

1. Естественные и искусственные основания.
2. Требования к основаниям.
3. Грунты основания и их работа под нагрузкой.
4. Искусственные основания, способы их получения.

 

 

1. Основания и фундаменты в значительной степени определяют устойчивость и прочность зданий.

Основание – это массив грунта, залегающий под зданием и испытывающий давление от возведенного здания. Надежность основания является важнейшим условием, обеспечивающим прочность и устойчивость нового здания и сооружения.

Естественными основаниями являются грунты, способные в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания.

Искусственными основаниями называют искусственно уплотнённый или упрочнённый грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине заложения фундамента.

2. Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительных целях, называются грунтами. Грунты, расположенные в основании должны удовлетворять следующим требованиям:

· Обладать достаточной несущей способностью (прочностью);

· Обладать малой и равномерной сжимаемостью;

· Не размываться;

· Не образовывать вспучиваний и просадок;

· Обладать неподвижностью.

Деформацию основания, при которой происходит коренное изменение структуры грунтов, называют просадкой. При наклонном расположении пластов грунта на косогорах возможно сползание – оползень, что приводит к разрушению сооружения.

 

3. Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания.

Несущая способность грунтов зависит от их физических свойств и характеризуется величиной нормативного давления R_н(кг/см²).

В соответствии с нормами принята следующая строительная классификация грунтов:

· Скальные (идеальное основание – сплошные массивы из гранита, кварцита, песчаника)

R_н> 50 кг/см². При R_н<50 кг/см² – полускальные.

· Крупнообломочные – слои гравия или гальки.R_н от 3 до 6 (кг/см²), хорошее основание.

· Песчаные – в зависимости от размера частиц подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые пески. Гравелистые, крупные, средней крупности пески под нагрузкой быстро уплотняются и являются прочным и надёжным основанием. Мелкие и пылеватые пески при увлажнении и последующем замерзании становятся пучинистыми, их несущая способность уменьшается. Пылеватые в водонасыщенном состоянии неспособны воспринимать нагрузки.

· Глинистые грунты, воспринимающие в сухом или маловлажном состоянии значительные нагрузки. Длительная осадка под нагрузкой, вспучивание при замерзании характерны для большинства глинистых грунтов. Глинистые грунты делят на: глины (содержание глинистых частиц более 30%), суглинки (10-30%) и супеси (3-10%).

· Лёссовидные грунты (макропористые), в которых различимы невооруженным глазом крупные вертикальные поры – это также разновидность глинистых грунтов. При увлажнении образуют просадки.

· Насыпные, образовавшиеся при засыпке оврагов, прудов, в местах свалки и отличающиеся неоднородностью структуры. Не пригодны в качестве основания

· Плывуны – образуются мелкими песками с илистыми и глинистыми примесями, насыщенными водой. Не пригодны как естественные основания.

 

4. Если грунт не удовлетворяет предъявляемым требованиям, а здание необходимо возводить именно на данном участке, то устраивается искусственное основание. Существуют разнообразные способы искусственного укрепления грунтов, применяемые в зависимости от их физико-химических характеристик.

а)Устройство гравийных или песчаных подушек.

Заменяя часть слабых грунтов, подушки снижают напряжение естественного грунта при передаче нагрузки от фундамента.

б) Поверхностное уплотнение недостаточно плотных и насыпных грунтов осуществляется укаткой катками, трамбовками, вибраторами или падающими с высоты ж/б плитами.

в) Глубинное уплотнение выполняют специальными вибраторами с одновременным увлажнением.

г) Физико-химические методы закрепления грунтов основаны на нагнетании по перфорированным трубам в грунтовый массив соответствующих растворов, которые затвердевая, предают грунту камневидную структуру.

В зависимости от вида грунта для его закрепления применяют:

- цементацию трещиноватых скальных пород, крупных и средних песков (жидким цементным молоком);

- битумизацию мелких и пылеватых песков (жидкими битумными мастиками);

- силикатизацию пылеватых песков и лёссовых грунтов(растворами жидкого стекла и хлористого кальция);

- химическое закрепления грунтов карбомидными смолами, а в исключительном случае также замораживание.

д) Термохимическое закрепление просадочных грунтов основано на сжигании высококалорийных смесей в грунтовой скважине.

е) Замена грунта на более прочный. Заменённый слой грунта называют подушкой (песчаной или щебёночной). Толщина подушки должна быть такой, чтобы давление на нижележащий слой грунта не превышало его нормативного сопротивления.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите виды грунтов, используемые в качестве естественных оснований.
2. Дайте характеристику грунтам, требующим инженерных средств.
3. Перечислите методы выполнения искусственного основания.

 

Тема 2.4.Фундаменты зданий

Требования к фундаментам.

Классификация фундаментов.

Ленточные фундаменты.