Архитектурные конструкции. Часть 1,2. Казбек-Казиев З.А. 1989. Архитектурные конструкции. Часть 1. Казбек-Казиев З.А. 1989. Специальность "архитектура"
 Скачать 3.19 Mb.
|
жилых зданий и требования к ним Малоэтажные жилые здания обычно строят в сельской местности ив зонах рабочих поселков высотой в 1...3 этажа. Основную группу таких зданий составляют одноквартирные и двухквартирные дома усадебного типа, в надземной части которых располагают не более двух этажей, а в подземной один подвальный или цокольный этаж (рис. III.1). В состав малоэтажного жилого дома входят следующие основные элементы фундамент, стены, перегородки, перекрытия и крыша. Стены по ограждающий функциям различают наружные и внутренние, по несущим функциям — наружные стены могут быть несущими и самонесущими, внутренние стены только несущими. Фундаменты в основном выполняют несущие функции— принимают на себя нагрузку от надземной части здания и передают ее на грунт. Исключение составляют стены подвала, где ленточные фундаменты выполняют функцию подземных стен, которые преграждают доступ влаги грунта в помещения подвала. В этом же случае при наличии высокого уровня грунтовых вод появляется необходимость в дополнительном конструктивном элементе несущей конструкции пола (железобетонной плиты или несущего короба). Основные конструктивные элементы малоэтажных домов (фундаменты, стены и перекрытия) в совокупности составляют несущий остов здания. Система остова состоит из взаимосвязанных несущих и загружающих частей. Так, в одноэтажном здании несущие элементы чердачного перекрытия (балки) должны воспринимать нагрузку от собственной массы, массы материалов ограждения и массы предметов, которые могут оказаться на чердаке в процессе эксплуатации здания (полезная нагрузка, и передать ее на стены. По отношению к стенам чердачное перекрытие является загружающей частью остова, а стена—несущей частю остова. Одновременно для несущих элементов чердачного перекрытия масса ограждения (утеплитель и др.)^ и полезная нагрузка являются тоже загружением. В свою очередь стены воспринимают нагрузку перекрытия чердака, крыши и собственной массы, передают ее на фундаменты, которые с собственной массой передают все воспринятое на основание. В такой системе конструктивных элементов остова фундаметы являются несущими для всех расположенных выше частей дома, а стены несущими для частей перекрытий и крыши и т. д. В системе несущего остова различают две основные группы несущих конструктивных элементов — горизонтальные (балки над проемами фундаментов и стен и перекрытия) и вертикальные (фундаменты, стены и столбы. Все эти элементы должны удовлетворять требованиям прочности и жесткости, а к вертикальным элементам еще предъявляется требование устойчивости. По степени народнохозяйственной значимости класс капитальности малоэтажных жилых зданий установлен в пределах П. Степень огнестойкости таких зданий в основном зависит от материала стен, перекрытий и принимается в пределах II...V. По долго Глава III. Общие сведения 4 3 вечности конструкции малоэтажных домов проектируют в пределах степени. При этом несущие элементы обязательно проектируют из более долговечных и огнестойких материалов, чем загружающие. Например, на деревянные стены никогда не опирают перекрытия из железобетона. Рис. III.1. Одноквартирный мансардный дом: и, б — фасады в — план г — план мансарды д — разрезе план подвали / — фундамент 2 — стена подвала 3 — наружная стена 4 — внутренняя стена 5 — перекрытие над подвалом; 5 — междуэтажное перекрытие 7 — чердачное перекрытие 8 — крыша над чердаком 9 — крыша совмещенная Глава III. Общие сведения. Классификация несущих остовов, жесткость и устойчивость остовов малоэтажных зданий Расположение вертикальных несущих элементов надземной части малоэтажного жилого дома определяет систему его остова. В настоящее время широкое применение получили дома с системами стенового остова — остов с поперечными несущими стенами с большим шагом (расстояние между стенами болеем) и малым шагом (до 4,8 мостов с продольными несущими стенами (чаще с большим шагом стен, остов с перекрестными несущими стенами и коробчатый остов (рис. III. Система коробчатого остова получается при использовании сборных или монолитных железобетонных плит перекрытий размером на комнату, которые опираются на стены по всему периметру. Эта система целесообразна при планировке комнат по форме, близкой к квадрату. При этом все стены становятся «есущими, потолки получаются без монтажных швов и достигается уменьшение толщины плит перекрытия. Во всех остальных системах остова используют несущие элементы перекрытий в виде плит или балок с накатом, работающих водном направлении. Геометрическая неизменяемость (жесткость) остова малоэтажного здания и его устойчивость в основном зависят от жесткости и устойчивости его составных элементов и их взаимосвязи. На примере рис. III. 3 уточним некоторые положения обеспечения жесткости и устойчивости вертикальных элементов остова. На риса дана схема работы плоского вертикального элемента стены на действие внешних сил. Стена стоит на фундаменте и жестко заделана в него. В направле- Рис. Щ, Планы конструктивных схем стеновых остовов малоэтажных зданий: а — с поперечными несущими стенами и большим шагом б тоже, с малым шагом в — коробчатый остов гс продольными несущими стенами д — с несущими стенами в двух направлениях ; — балочный или плитный настил перекрытия 2 — настил перекрытий на комнату с опи- раннем по всему периметру Глава III. Общие сведения 4 5 нии действия горизонтальной внешней силы (Г пр ) стена обладает достаточной жесткостью, как любой плоский тонкостенный элемент из относительно жесткого материала она не будет деформироваться в своей плоскости. В направлении же действия горизонтальной внешней силы Гоп) из плоскости стены этот элемент будет изгибаться вследствие небольшой толщины стены, т. е. в этом направлении — из плоскости отдельно стоящая стена может оказаться нежестким элементом. Жесткость стены из плоскости увеличивается с увеличением ее толщины обычно для отдельно стоящих вертикальных элементов (стен, столбов) принимают минимальное отношение толщины к их высоте не менее 1/10, что достаточно при условии прочного сопряжения стены или столба с фундаментом, те. при жесткой заделке элемента в фундамент. Если же эти элементы будут недостаточно прочно соединены с фундаментом или фундамент будет непрочно заделан в грунт, то горизонтальные внешние силы могут опрокинуть их, т. е. элементы потеряют устойчивость. На рис. III. 3, б изображена схема од- його из вариантов каркасной стены, состоящей из ряда стоек, обвязочной балки сверху и балки фундамента внизу. При действии горизонтальной внешней силы из плоскости ряда стоек эта композиция элементов работает аналогично предыдущей конструкции стены. При действии силы вдоль ряда стоек система деформируется. Для увеличения жесткости таких систем пространство между стойками заполняют относительно жесткими материалами, т. е. вставляют между стойками диафрагмы жесткости (рис. III. 3, вили ставят раскосы, создавая треугольники жесткости (рис. III. 3, г). Жилой дом со стеновым остовом состоит из замкнутой системы вертикальных плоских стен и горизонтальных плоских перекрытий. Рассмотрим работу элементов такой системы плоскостей на примере стенового остова одноэтажного дома (рис. III. 4). Стена по оси / (рис. III. 4, б) в данной систе- Рис. III.3. Схема вариантов взаимодействия отдельно стоящего элемента с внешними силами загружения: а — сплошная плоская стена б — стеновой каркас: в — каркас с жестким заполнением г — стеновой каркас с раскосами жесткости / — стена 2 — фундамент 3 — стойка 4 — обвязочный брус 5 — жесткое заполнение 5 — раскос жесткости Я — высота стены; h — толщина стены Рис. III.4. Схема взаимодействия основных элементов несущего остова одноэтажного дома: а — общий вид коробчатой структуры 6 — фрагмент взаимодействия стены, работающей под нагрузкой, с остальными элементами остова в — сечение / г схема перераспределения горизонтальной нагрузки между элементами д — фрагмент плиты перекрытия / — стена 2 — перекрытие 3 — фундамент Глава IV. Фундаменты малоэтажных жилых зданий ме оказывается связанной по всему контуру с элементами других стен, фундаментом и перекрытием, являющихся для нее диафрагмами жесткости. Следовательно, характер работы такой стены из ее плоскости будет значительно отличаться от работы отдельно стоящей стены. Силы Г ПО п (например, ветер) изгибают стену в промежутке между контуром зоны сопряжения с элементами жесткости рис. III. 4, г. Относительная величина прогиба стены характеризует степень ее жесткости. Одновременно с горизонтальными силами поп на стену действуют вертикальные В — нагрузки от перекрытия (рис. III. 4, в. Такое сочетание сил при малой толщине рассматриваемой стены по отношению к его высоте приводит к потере ее устойчивости, тек разрушению стены. Практика строительства показала, что при отношении толщины стены к ее высоте, большем, стена будет устойчива гари этом не требуется делать жесткое соединение стены с фундаментом. В рассматриваемом случае перекрытие участвует в работе конструктивной системы остова как связевой элемент жесткости (жесткая горизонтальная диафрагма. Перекрытие принимает на себя часть горизонтальных нагрузок от стен и перераспределяет их на перпендикулярные ей другие стены, а последние передают эти нагрузки на фундамент. Одновременно горизонтальные элементы перекрытия прогибаются под действием сил В рис. III. 4, д. Степень их прогиба служит показателем жесткости элементов перекрытия. Практика строительства показала, что при определенной величине отношения высоты элементов перекрытия к их пролету) обеспечивается требуемая жесткость его конструкции. Например, для железобетонных плит перекрытий, опертых по всему контуру, это отношение принимают не менее '/зо.-'Аю, для балочных — 1/20... 1/30, где больший размер принимается для балок из дерева, а меньший — для железобетонных и металлокерамических элементов перекрытий, которые работают водном на- правлении. Из изложенного следует, что все системы несущего остова малоэтажных жилых зданий имеют коробчатую структуру, геометрическую неизменяемость и надежность работы которой обеспечивает взаимосвязь стен с фундаментами и перекрытиями при соблюдении определенных пропорций враз- мерах элементов. IV Глава. Фундаменты малоэтажных жилых зданий Фундамент является основным конструктивным элементом несущего остова здания, принимающим на себя все нагрузки строения и передающим их на грунт. Материалоемкость фундамента в объеме малоэтажного жилого дома составляет 10...30%. IV.1. Конструктивные решения фундаментов Основные конструктивные схемы фундаментов для малоэтажного строительства изображены на рис. IV. Изготовляют такие фундаменты из местных строительных материалов (естественный камень, бутобетон, красный кирпичи др, а также используют монолитный бетон или сборные бетонные и железобетонные блоки. Плоскость нижней части фундамента называют подошвой, ее уширение — подушкой, а грунт под ней — основанием. Грунты, в которых присутствует значительное количество глины (супеси, суглинки и глины).называют вспучивающимися при замерзании. Остальные грунты пески, гравелиетые и др) составляют группу невспучивающихся "при замерзании. При отсутствии подвалов и больших приямков на таких грунтах обычно проектируют фундаменты мелкого заложения, подошва которых располагается на глубине не Глава IV, Фундаменты малоэтажных жилых зданий менее 0,5 мот уровня земли. На грунтах, вспучивающихся при замерзании, глубину заложения подошвы фундамента наружных стен принимают ниже толщины промерзающего слоя не менее чем нам. Для большинства районов нашей страны глубина промерзания грунтов превышает 1 м, фундаменты с такой глубиной залегания подошвы -называют фундаментами глубокого заложения. Между архитектурно-планировоч- ным решением малоэтажного дома, конструкцией фундамента и состоянием грунта существует определенная взаимосвязь. Например если архитектор в проекте дома предусматривает наличие подвала, большого приямка большого цокольного этажа, то фундамент должен быть ленточной конструкции, чтобы успешно выполнять функции стены подвала. Состояние грунта может оказать влияние на выбор варианта архитектурного решения подземной части дома. Например, если дом ставят на грунты с высоким уровнем стояния грунтовых вод, то толщина стенок ленточного фундамента увеличивается за счет дополнительных элементов гидроизоляции, что приводит к некоторому уменьшению площади помещений подземной части. Кроме того, может возникнуть угроза поднятия (всплытия) подвальной части вместе с домом или части дома с приямком под действием напора грунтовых вод. В этом случае обычно приходится отказываться от проектирования подземных помещений или проектировать дорогостоящую конструкцию фундамента с якорями в грунте или пригрузом пола подземных помещений. Практика эксплуатации малоэтажных жилых зданий с фундаментами глубокого заложения показала что вспучивающиеся при замерзании грунты постепенно выталкивают такие фундаменты из земли. За несколько лет дом может подняться над уровнем земли на десятки сантиметров, при этом различные участки строения обычно поднимаются на различную величину, что приводит к перекосу окон, дверей и даже к раз- Рис. IV.O Конструктивные схемы фундаментов мвяеетажных жилых зданий: а — ленточный фундамент б — столбчатый в — фундамент в виде сплошной железобетонной плиты г фундамент на коротких сваях д — ленточный фундамент на песчаной подушке / — стена 2 — лента фундамента; 3 — столб 4 — фундаментная балка монолитная железобетонная плита 6 — ростверк: 7 — свая 8 — песчаная подушка лому стен. Такое явление -происходит от действия сил бокового трения вспучивающегося грунта на поверхностях фундаментов, которые превышают противодействие относительно малой массы дома. Чтобы нейтрализовать нежелательный эффект вспучивания лри_за мерзании грунта, приходится проектировать дома без подвалов на фундаментах мелкого заложения с основанием в виде песчанной подушки. При устройстве песчаной подушки грунт вынимают на глубину ниже промерза- иия не менее 0-,2 ми засыпают выемку крупнозернистым песком с проливкой водой и с уплоттанием послойно. Засыпку ведут до отметки : —0,5 мот уровня планировки участка. На полученное таким способом искусственное основание устанавливают фундаменты мелкого заложения. Этот приём позволяет достигнуть значительной экономии материалов и средств. Например, в зоне Подмосковья глубина промерзания грунта принята_равной 1,2 м, следовательно, фундамент глубокого заложения будет высотой м, а при песчаной подушке - 0,5 м, те. е. при песчаной подушке на вспучивающихся от замерзания грунтах экономится около Глава IV. Фундаменты малоэтажных жилых зданий материала на устройство фундамента. Когда_под домом располагается грунт онедь разнородный—до степени вспучивания при замерзании, то приходится проектировать фундамент в виде оплошной плиты из монолитного железобетона и на песчаной подушке. Вне- которых случаях оказываются эффективными свайные фундаменты, глубину заложения которых принимают значительно ниже глубины промерзания грунта, где силы бокового трения незамерзающего слой превышают силу трения от вспучиваемого слоя. Реже на таких грунтах ставят столбчатые фундаменты из монолитного железобетона с уширением подошвы, так как изготовление их требует больших трудо- затрат. Ленточные фундаменты в виде сплошных стенок устанавливают по всему контуру стен. Размер подошвы фундамента определяют расчетом в зависимости от массы надземной части, материала фундамента и несущей способности грунта. Толщину его стенки определяют расчетом на прочность ив зависимости от технологических особенностей материала, например, стенку из бутобетона делают толщиной не менее м в зависимости от размера камней заполнения. Для изготовления ленточных фундаментов используют любые строительные материалы, кроме дерева. Наскальных грунтах чаще используют монолитный бетон с включением обломков скалы (бутообетон). Этот материал лучше заполняет неровности поверхности скального основания. Ленты фундаментов из бутового камня отличаются меньшич расходом цемента, но имеют большую трудоемкость и материалоемкость. Из-за размера камней по стандарту минимальную ширину лент принимают не менее м. Как правило, стенки ленточных фундаментов из этих материалов для малоэтажных зданий уширений в зоне подошв не имеют. Ленточные фундаменты из красного кирпича прректируют для сухих прочных грунтов толщиной м. Подушку кирпичного фундамента лучше делать из монолитного железобетона толщнои не менее 0,1 м, что повышает долговечность конструк- ции. Ленточные фундаменты из сборных элементов выполняют из бетонных-бло- ков. Блоки изготовляют сплошными из лёгкого бетона (ро 1600 кг/м 3 ) или пустотелые из "тяжелого бетона (ро>1600 кг/м 3 ) высотой 0,6 м, длиной дом и шииной 0,3, 0,4, 0,5 и 0,6 м. Столбчатые фундаменты состоят из стодбрв и фундаментных бажжГФун- даментные балки устанавливают по всему контуру стен (аналогично лентам. Они принимают на себя нагрузку от стен и передают ее на столбы. Столбы устанавливают в местах пересене- ния стен ив промежутках между ними с определенным шагом, которыи определяют расчетом в зависимости от массы здания и несущей способности грунта. Конструктивные варианты фундаментных балок и их пропорции в зависимости от шага столбов приведены на рис. IV. 2. Фундаментные балки из дерева используют только под деревянные стены. Между грунтом и низом фундаментной балки часто оставляют воздушный зазор, чтобы предупредить подъем балки и расположенной на ней стены силами вспучивающегося при замерзании грунта. Столбы квадратногосечения в поперечнике изготовляют из сборных бетонных блоков, из монолитного _бетона, красного кирпича, природного камня. Размеры столбов принимают по расчету на прочность (материала игрун- та. Для малоэтажных жилых зданий размер подушки столбов не превышает м, а горизонтальное сечение столба может быть равным размеру подошвы или быть меньшим. В последнем случае высоту подушки принимают не болеем. Размер сечения столбов и их шаг зависят отвеса дома, материала фундамента и прочности грунта. Деревянные столбчатые фундаменты чаще встречаются при реконструкции старых построек и могут быть ис- Глава IV. Фундаменты малоэтажных жилых зданий 9 пользованы при строительстве деревянных домов на болотистых грунтах и на вечной мерзлоте. Проектируют их в виде тумб или столбов на лежнях и крестовинах (рис. IV. 3). Тумбы устанавливали на песчаных сухих грунтах, изготовляя из дуба, осины, лиственницы и кедра диаметром не менее м. Столбы на лежнях и крестовинах применяли на болотистых грунтах, они более долговечны из лиственницы и кедра. Фундаменты на коротких сваях оказались наиболееэкономичными для строительства жилых малоэтажных зданий. Такие фундаменты искдючают из процесса' строительства операции по земляным работам Короткие сваи удерживаются в грунте в основном за счет сил бокового сцепления с грунтом. В районах_с вечной мерзлотой свайные фундаменты удобны для устройства проветриваемых подполий, сохра- няющйх структуру вечной мерзлоты" грунта. Для домов из дерева лучшими являются деревянные" сваи диаметром м, которые вмораживают в скважины. Дерево препятствует передаче теплоты от помещений к мерзлоте, предупреждая опасное подтаивание грунта у сваи. В других районах для малоэтажного строительства используют короткие железобетонные забивные сваи, чаще квадратного сёчёния 150х Х150 мм, 200x200 мм, или буррнабив- ные сваи^и1мёТром"300, 400 мм и о- лее. Глубину заложения коротких свай принимают не болеем. -Сваи располагают под стенами по аналогии со столбчатыми фундаментами, нос меньшим шагом, который определяют расчетом. Поверху свай устраивают ростверк. Балки р оствер ка имеют много общего с фундаментными балками. Для их изготовления используют те же материалы. Сплошную плиту фундамента под малоэтажные дома проектируют только в случаях строительства зданий на грунтах с неравномерной осадкой или вспучиванием и при высоком уровне стояния грунтовых вод (в зданиях с подвалом, Плиту выполняют из моно- Рис. Конструктивные схемы фундаментных балок столбчатых фундаментов: а — фрагмент общего вида столбчатого фундамента;" б—е — фундаментные балки подкаменные и дере- _ВяТПШе стены ж, и, к — фундаментные балки под деревянные стены / — стена 2 — фундаментная балка 3 — столб 4 — каменная стена 5 — деревянная стена 6 — сборная железобетонная фундаментная балка 7 — сборные железобетонные перемычки, балочные усиленные 8 — монолитная железобетонная балка 9 — рядовая армокирпичная балка — армокирпичная балка со стальными каркасами в вертикальных швах кладки // — деревянная балка тоже, из брусков 1 3 — тоже, составная из досок Рис. IV.3. Конструктивные схемы столбчатых деревянных фундаментов: а. — на тумбах б — на лежнях в на крестовинах — деревянная стена 2 — бревно фундаментной балки 3 — тумба 4 — брус фундаментной балки — лежень 6 — крестовина Глава IV. Фундаменты, малоэтажных жилых зданий литного тяжелого железобетона толщиной не менее 100 мм. Толщину плиты определяют расчетом в зависимости от массы здания, прочности грунтов и расстояния между стенами. Для домов без подвала плиту фундамента устанавливают на песчаную подушку, что уменьшает неравномерность осадки грунтов. В зданиях с подвалом плита фундамента одновременно выполняет функции основания лола. IV.2. Защиты малоэтажных жилых зданий от влаги грунтов Фундаменты малоэтажных зданий, расположенные на относительно сухих грунтах, тес глубоким уровнем расположения грунтовых вод, в первую очередь защищают от прямого Рис. IV.4. Защита элементов малоэтажных зданий от влаги грунтов: а — защита стен_ст влаги на сухих грунтах б—д защита подвалов и приямков от грунтовых вод при их высоком уровне стояния / — стена 2 — пол гидроизоляция 4 — фундамент ленточный 5 — от- мостка 6 — бетонная подготовка 7 — мятая глина — разгружающая плита из монолитного железобетона защитная стенка из кирпича 10 — бетон пригрузка гидроизоляции пола подвала 11 — обмазка горячим битумом за два раза 12 — железобетонный короб воздействия дождевых и талых, вод, С этой целью по периметру наружных стен устраивают отмостку из асфальта, асфальтобетона или плоских камне и на слое пеека и с подстилкой жирной глины (рис. IV. 4, а). В любых грунтах содержится капиллярная влага, которая проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с конструктивными элементами надземной части здания. Чтобы преградить доступ капиллярной влага в помещения, на границе контакта фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию. Ее выполняют из двух слоёв толя или раствора цемента с водонепроницаемыми добавками а располагают на определенном уровне от поверхности отместки и пола (рис. IV. 4, в. Полы первого _этажа, расположенные на грунте, тоже имеют горизонтальную гидроизоляцию (рис. V. 1, г. При этом боковую поверхность фундамента или стены, соприкасающуюся с грунтом пола, обмазывают горячим битумом от уровня гидроизоляции стыка стен с фундаментом до верха подготовки пола. При высоком уровне грунтовых вод (УГВ) конструктивные элементы подземной части малоэтажного здания оказываются вводе. Если вода агрессивна по отношению к материалам фундамента или подвала, то эти элементы выполняют из специальных материалов, устойчивых к агрессивному Деиствию воды. В домах с подвалами или приямками уровень грунтовыъ. Вод располагаетсявыше уровня пола. В таких случаях наружную поверхность стен и пола покрывают рулонной гидроизоляцией на мастике, начиная от уровня земли, расположенного выше нам от установленного уровня грунтовых вод. Количество слоев гидроизоляции принимают в зависимости от степени напора воды в уровне пола. Например, при напоре воды до 200 мм принимают один слой гидроизоляции, а при «апоре более 1250 мм четыре слоя гидроизоляции. Сверху на ковер гидроизоляции пола укладывают защитный слои цементного раствора тол Глава V. Остовы малоэтажных зданий со стенами из каменных материалов 1 щиной 20 — 30 мм. Чтобы напор воды Не прорвал гидроизоляционный слой, его действие нейтрализуют массой конструкции пола (рис. IV. В, которая должна превышать напор массы воды. При недостаточности массы пола устраивают дополнительный _ разгружающий слой из тяжелого бетона (рис. IV. 4, в, разгружающую плиту из монолитного железобетона (рис. IV. 4, г) или железобетонный "короб (рис. IV. 4, д. В последних двух случаях обязательно проверяют вероятность всплытия дома под напором грунтовых вод. Горизонтальные слои Ридроизоля- ции подвала укладывают на слой бе- тойной пожшовки ^толшиМРЙНб менее MWL , поверхность которой выравнТР вают цементным раствором или слоем асфальта. Вертикальные слои гидроизоляции наклеивают мастикой на оштукатуренную цементным, растворс-м поверхность стены подвала. Для предохранения вертикальныхых участков ковра гидроизоляции от механических повреждений устраивают забивку измятой жирной глины или защитную |