Современное здание. Конструкции и материалы (2006)

Перекрытия должны удовлетворять следующим требованиям:

•Обладать достаточной прочностью и жесткостью, чтобы выдерживать как нагрузку от собственного веса, так и полезную (статическую и динамическую). Величина полезной нагрузки на 1 м2 перекрытия устанавливается в зависимости от назначения помещения и характера его оборудования.

•Перекрытие должно быть жестким, т.е. под действием нагрузок не давать прогибов, превышающих допустимые нормами величины.

•Перекрытие должно выполняться из возможно меньшего числа стандартных или типовых деталей, собираемых на месте строительства при помощи механизмов, с минимальной затратой времени и ручного труда. Они должны быть удобными по форме и весу для транспортировки и сборки.

•При конструировании перекрытия должна предусматриваться достаточная степень его звукоизоляции, величина которой устанавливается нормами или специальными указаниями по проектированию зданий того или иного назначения. Звукоизоляционные требования определяются местоположением перекрытий (чердачное, междуэтажное, надподвальное) и функциями разделяемых помещений. Перекрытия должны обеспечивать звукоизоляцию как от ударного, так и воздушного шума.

•Перекрытия, разделяющие помещения с различной температурой, например отделяющие холодный подвал от первого этажа или чердак от верхнего этажа, должны удовлетворять требованиям теплозащиты. Сопряжение перекрытий с наружными стенами необходимо конструировать таким образом, чтобы не создавались так называемые мостики холода, через которые может происходить утечка тепла, вызывающая образование конденсата. По теплотехническому режиму выделяют перекрытия надподвальные и чердачные.

•Материал и конструкцию перекрытия необходимо выбирать с учетом обеспечения необходимой в каждом конкретном случае степени огнестойкости здания.

•Перекрытия должны иметь минимальную высоту, т.к. увеличение ее влечет за собой увеличение объема (кубатуры) здания и, следовательно, его стоимости. Высотой перекрытия считается разность отметок уровня чистого пола и потолка нижележащего этажа. А при открытых балках – нижней их грани.

•В некоторых случаях к перекрытиям предъявляются специальные требования.

По своему конструктивному решению несущую часть перекрытий можно разделить на:

•балочные, стоящие из несущей части (балок) и заполнения (наката);

•безбалочные, выполняемые из однородных элементов (плитнастилов или панелей-настилов).

Технология возведения перекрытий предусматривает три варианта: сборный, монолитный или сборно-монолитный.

Взависимости от местоположения перекрытия разделяются на междуэтажные, чердачные и надподвальные.

Взависимости от материала основного несущего элемента балочные перекрытия бывают по деревянным или сталь-

ным балкам. Перекрытия по деревянным балкам сравнительно дешевы, но мало индустриальны , а также имеют ряд других недостатков: сгораемость, возможность загнивания отдельных элементов и сравнительно невысокая прочность. Поэтому такие перекрытия применяют главным образом при строительстве деревянных зданий, каменных малоэтажных

зданий и сооружений вспомогательного и временного характера.

Междубалочное заполнение перекрытий является ограждающим (звукоили теплоизолирующим) элементом, образует ровную поверхность потолка и иногда воспринимает полезные нагрузки от пола. Заполнение обычно делают многослойным, причем каждый слой имеет свое назначение и выполняется из соответствующих материалов.

Главными преимуществами железобетонных перекрытий являются их долговечность, прочность и несгораемость. Железобетонные перекрытия бывают монолитными, изготавливаемыми на месте, и сборными, собираемыми из элементов заводского производства.

Монолитные железобетонные перекрытия применяются при строительстве крупных уникальных общественных и промышленных зданий и сооружений, при наличии весьма значительных, в первую очередь динамических, нагрузок. А также в тех случаях, когда перекрытия являются основными элементами, обеспечивающими общую пространственную жесткость здания, и тогда, когда оно имеет сложную в плане форму, вследствие чего типовые конструкции сборных перекрытий применены быть не могут.

В общественных и жилых зданиях массового строительства применяют для несущей части перекрытий унифицированные сборные железобетонные плиты и панели. Их можно подразделить на конструкции, устраиваемые из мелкоразмерных и крупноразмерных элементов. Первые применяют главным образом при индивидуальном строительстве и строительстве малоэтажных зданий, вторые – в условиях современного массового индустриального строительства многоэтажных зданий. Преимущества крупнопанельных перекрытий

(размером с комнату) заключаются главным образом в малом количестве монтажных элементов и отсутствии между ними стыков, что упрощает отделку потолка и повышает звукоизолирующие свойства перекрытия.

В современной практике строительства применяется несколько типов железобетонных плит-настилов, различающихся по типу поперечного сечения (многопустотные, ребристые и сплошные) и способу армирования (с обычной или предварительно напряженной арматурой).

Ребристые настилы изготавливают с ребрами в одном или двух направлениях со сплошной плитой в верхней части. Такая плита хорошо работает на изгиб, но из-за выступающих вниз балок образует неплоский потолок, что ограничивает ее использование в жилых зданиях. Они находят применение в чердачных покрытиях.

Вкрупноблочных и кирпичных зданиях роль жестких дисков перекрытий состоит в восприятии всех приходящихся на них вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также в обеспечении единства в восприятии силовых усилий вертикальными несущими элементами зданий. Поэтому все плиты настилы имеют анкерные стальные связи друг с другом и с несущими стенами.

Взавершение этого краткого обзора остановимся на новом типе перекрытий, недавно появившихся на отечественном рынке, – перекрытиях из полистиролбетона.

Перекрытия из полистиролбетона 1

На основе полистиролбетона разработаны три системы перекрытий: монтажная (несущие балки и заполняющие элементы – плиты перекрытия), полумонтажная (монтажные плиты и наливной слой – из железобетона) и монолитная система (по профнастилу).

Плиты перекрытия делаются на заказ и в основном выпускаются для пролетов длиной до 4,0 м (толщиной 140 мм и весом 150 кг/м2), длиной 4,0 - 5,0 м (толщиной 180 мм и весом 190 кг/м2) и длиной 5,0 - 6,0 м (толщиной 220 мм и весом 230 кг/м2). По специальному заказу могут быть изготовлены плиты и других размеров.

Из полистиролбетона выпускаются также и кровельные плиты. Они выпускаются двух видов: монолитные без прослойки и с прослойкой из пенопласта. Толщина кровельных плит рассчитывается исходя из условий прогиба на заданном пролете. Кровельные плиты изготавливаются на заказ и в основном выпускаются для пролетов длиной до 4,0 м (толщиной 140 мм и весом 70 кг/м2), длиной 4,0-5,0 м, (толщиной 180 мм и весом

90 кг/м2), и длиной 5,0-6,0 м (толщиной 220 мм и весом 130 кг/м2), возможен также выпуск и других размеров (по специальному заказу). В том случае, если толщина кровельных плит не удовлетворяет требуемым теплотехническим нормам (в данной климатической зоне), внутрь кровельных плит может встраиваться прослойка из пенопласта необходимой толщины.

Основным свойством плит перекрытия и кровельных плит из полистиролбетона является их небольшой вес, что обуславливает малые нагрузки на несущий каркас и фундамент здания. Кроме того, их характеризует высокие физические, термические и акустические свойства, а также легкость монтажа.

Плиты из полистиролбетона можно монтировать в любое время года с помощью небольших грузоподъемников и даже вручную. При использовании плит перекрытия и кровельных плит не требуется применение штукатурки (достаточно шпаклевки цементным молоком или клеем для керамических плиток), вследствие чего значительно сокращаются сроки выполнения отделочных работ.

В зависимости от степени уклона, крыши условно делят на плоские и скатные. Абсолютно плоских крыш не бывает, поскольку для того, чтобы выполнять свои функции, крыша должна иметь уклон (как правило, не менее 3%). Под "скатными крышами" подразумевают крыши с большими уклонами (более 20%), подкровельное пространство которых может использоваться как чердак или мансарда.

Уклон скатов крыши может обозначаться:

•в градусах;

•тангенсом угла наклона, т.е. отношением подъема ската крыши h к его основанию (эта величина выражается в простых или десятичных дробях);

•отношением h/l = h/2a подъема ската к пролету крыши для симметричных двускатных крыш;

•в процентах (для крыш с небольшим уклоном).

Крыши должны отвечать целому ряду самых общих требований, а именно:

•иметь достаточную водонепроницаемость;

•выдерживать снеговые, ветровые, а в ряде случаев (эксплуатируемые крыши) и дополнительные, полезные нагрузки;

•обеспечивать защиту от шума;

•обеспечивать равномерную нормируемую температуру и влажность воздуха в помещениях;

•не допускать образования конденсата на потолке и в толще конструкции;

•быть ремонтопригодными для обеспечения необходимой долговечности;

•быть сейсмостойкими (в сейсмических районах);

•иметь эстетичный внешний вид, гармонирующий с общим обликом здания.

При этом в процессе проектирования необходимо учитывать в качестве исходных данных следующие основные предпосылки:

•характеристики зданий (назначение, этажность, температур- но-влажностный режим, степень огнестойкости и т.д.);

•расположение зданий в системе застройки, планировки и благоустройства территорий;

•климатические факторы района строительства (температура наружного воздуха зимой и летом, инсоляция, атмосферные осадки, скорость ветра);

кЛТ.2.4.1 уВ ВФЛ˜М˚В Н ˚¯Л ТЪ‡ У„У н‡ООЛММ‡.

Ä

Å

кЛТ.2.4.2 лУ‚ ВПВММ˚В Н ˚¯Л -

ТУ‚ ВПВММ˚В П‡ЪВ Л‡О˚:

Д - Т‚ВЪУФ УФЫТН‡˛˘ЛИ НЫФУО ЛБ ФУОЛПВ М˚ı П‡ЪВ Л‡ОУ‚ (CAODURO);

Å - Í ˚¯‡ ËÁ ÏÂÚ‡ÎÎӘ ÂÔˈ˚ (RANNILA);

З - Н У‚ВО¸М‡fl НУМТЪ ЫНˆЛfl ТУ Т‚ВЪУФ УФЫТН‡˛˘ЛП Б‡ФУОМВМЛВП ЛБ ТЪ ЫНЪЫ Л У‚‡ММ˚ı

ФУОЛН‡ ·УМ‡ЪМ˚ı ОЛТЪУ‚ (POLYGAL).

êËÒ.2.4.4

ò‡Ú Ó‚˚Â Í ˚¯Ë ËÁ Ïfl„ÍÓÈ ˜Â ÂÔˈ˚ (TEGOLA).

кЛТ.2.4.5 оУ П‡ Н ˚¯ ‚ ‡БОЛ˜М˚В ЛТЪУ Л˜ВТНЛВ ˝ФУıЛ:

Д - УП‡МТН‡fl ‡ ıЛЪВНЪЫ ‡, „УЪЛН‡, X-XV ‚‚. мНОУМ˚ ТН‡ЪУ‚ УЪ 45° ‰У 60°. Е‡ УННУ ‚ Т‚ М˚ı В„ЛУМ‡ı;

Е - НУМВˆ XVI-XVII ‚. к‡Б‚ЛЪУВ ·‡ УННУ ‚У о ‡МˆЛЛ. д ˚¯Л еУМТ‡ ‡. иВ ВПВММ˚И ЫНОУМ УЪ 60° ‰У 75°, УЪ 10° ‰У 30°;

З - ˝ФУı‡ НО‡ТТЛˆЛБП‡, НУМВˆ XVII-XVIII ‚. з‡˜‡ОУ XIX ‚. ДПФЛ ; Й - 30-40 „„. - ТУ‚ ВПВММУТЪ¸. мНОУМ УЪ 3° ‰У 5°.

С - 50-В „У‰˚. XX - ТУ‚ ВПВММУТЪ¸. мНОУМ УЪ 3° ‰У 5°.

Ц - М‡˜‡ОУ XX ‚ВН‡ - ТУ‚ ВПВММУТЪ¸. мНОУМ ФУО‡ ЪВ ‡Т˚ ‰У 3°, „Л‰ УЛБУОflˆЛfl - 5°.

•номенклатуру имеющихся строительных материалов для устройства крыши, а также технические возможности строитель- но-монтажных организаций;

•особые условия строительства (сейсмические условия, мерзлые грунты, просадочные грунты, подрабатываемые территории);

•финансовые возможности заказчика.

Подробнее > > > Нормативные требования и рекомендуемая литература.

Формы крыши

Простейшей скатной крышей является односкатная (рис.2.4.7А). Чаще всего она используется на вспомогательных зданиях, сооружениях простой конструкции, производственных или складских корпусах. Скат крыши, как правило, обращают к наветренной стороне, защищая тем самым здание от ветра, дождя и снега.

Самой распространенной конструкцией крыш является двухскатная или щипцовая (рис.2.4.7Б). Она состоит из двух скатов, направленных в противоположные стороны. Треугольные торцовые стены, образующиеся при этой форме, называются щипцами и фронтонами.

Реже встречается шатровая крыша (рис.2.4.7 Г). Она применяется в основном только для зданий с квадратным или многоугольным планом. Все скаты такой крыши, в виде равнобедренных треугольников, сходятся в одной точке. Определяющим элементом в ней является симметричность. В далекие времена крутые шатровые крыши на башнях и колокольнях служили ориентирами в пространстве города, а также выполняли роль указателей для путешественников.

Одним из самых древних типов является вальмовая крыша (рис.2.4.7Е). Она имеет четыре ската, два из которых представляют собой трапеции, а два других, со стороны торцовых стен, – треугольники (они называются вальмами). Характерный облик вальмовой крыши подчеркивается наличием слуховых окон. Четырехскатные крыши, в отличие от двускатных, на первый взгляд кажутся более простыми, так как не требуют устройства щипцовых стен, однако их стропильная система гораздо сложнее.

Иногда четырехскатные кровли выполняются в виде полувальмовых конструкций (рис.2.4.7Д). В этом случае боковые скаты (полувальмы) срезаются и имеют по линии уклона

меньшую длину, чем основные скаты. Полувальмовые крыши применяют там, где существует необходимость защиты фронтона от неблагоприятных внешних воздействий.

Многощипцовую крышу устраивают на домах со сложной многоугольной формой плана. Такие крыши имеют большее количество ендов и ребер, что требует от исполнителей высокой квалификации при выполнении кровельных работ.

При устройстве мансардной крыши (рис.2.4.7В) для увеличения объема мансарды часто выполняются скаты различных уклонов: нижние – более крутые, верхние – более пологие.

Сводчатые крыши имеют круговое или параболическое очертание и применяются для перекрытия зданий, прямоугольных в плане.

Купольные и конические крыши используются для перекрытия зданий кругового очертания в плане.

Очевидно, что усложнение формы крыши приводит не только к усложнению ее конструкции, но и к существенному увеличению расхода материалов. К тому же чем сложнее крыша, тем больше в ней переломов – ендов. Ендовы, как правило, являются накопителями снега, что приводит к увеличению нагрузки на несущие элементы крыши.

На выбор формы крыши, наряду с архитектурным замыслом, влияет множество факторов: очертание дома в плане, уклон скатов, характер несущей конструкции, вид материала для кровли.

На уклон скатов крыши влияет выбор тех или иных материалов для кровли, способ их укладки, а также климатические условия района строительства. В малоснежных районах применяются крыши с небольшим углом наклона и большим свесом, в районах с обильными осадками – крутые крыши с небольшим свесом. В районах с сильными ветрами крышу, как правило, делают более пологой, чтобы уменьшить ее парусность.

Подробнее > > > Эволюция форм крыш (историческая справка).

Физика крыш

Как ограждающая конструкция крыша подвергается воздействиям целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него. К числу этих факторов, в частности, относятся:

•атмосферные осадки;

•ветер;

•солнечная радиация;

•температурные перепады;

•водяной пар, содержащийся во внутреннем воздухе здания;

•химически агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;

•жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов;

•механические нагрузки.

Атмосферные осадки. Как уже говорилось выше, функция предохранения здания от атмосферных осадков возлагается на самый верхний элемент крыши – кровлю. Для стока дождевой воды поверхности кровли придают уклон. Задача кровли – не пропускать воду в нижележащие слои.

Мягкие кровельные материалы, образующие на поверхности крыши сплошной герметичный ковер (рулонные и мастичные материалы, полимерные мембраны), хорошо справляются с этой задачей. При использовании других матери-

кЛТ.2.4.7 оУ П˚ Л УТМУ‚М˚В ˝ОВПВМЪ˚ Н ˚¯Л: Д - У‰МУТН‡ЪМ‡fl; Е - ‰‚ЫТН‡ЪМ‡fl; З - П‡МТ‡ ‰М‡fl; Й - ¯‡Ъ У‚‡fl;

Ñ - ÔÓÎÛ‚‡Î¸ÏÓ‚‡fl; Ö - ‚‡Î¸ÏÓ‚‡fl; Ü- ÏÌÓ„Ó˘ËÔˆÓ‚‡fl.

1 - ÒÍ‡Ú Í ˚¯Ë;

2 - НУМВН;

3 - · Ó;

4 - Ẩӂ‡.

алов атмосферные осадки при небольших уклонах крыши, особенно при неблагоприятных погодных условиях (дождь или снег, сопровождаемые сильным ветром), могут проникать под кровельное покрытие. В таких случаях под кровлей устраивают дополнительный гидроизоляционный слой, являющийся вторым рубежом защиты от атмосферных осадков (см. раздел 2.4.6).

Важной задачей является организация системы водоотвода – внутреннего или внешнего, подробнее об этом см. в разделе 2.4.10.1 .

Снег оказывает на крышу дополнительную статическую нагрузку (снеговая нагрузка). Она может быть достаточно велика, поэтому ее обязательно учитывают при расчете общей нагрузки на конструкцию крыши. Эта нагрузка зависит от уклона крыши. В снежных районах уклон, как правило, делают больше, чтобы снег не задерживался на крыше. В то же время на скатных крышах желательно устанавливать снегозадерживающие элементы, которые не позволяют сходить снегу лавинообразно, что может деформировать фасад здания и вывести из строя систему наружного водоотвода.

Одной из значительных проблем в снежных районах является образование на крышах наледей и сосулек. Часто наледи становятся барьером, не позволяющим воде попасть в желоб, водяную воронку или просто стечь вниз.

При использовании негерметичных кровельных покрытий (металлические кровли, все виды черепиц) вода может проникать сквозь кровлю, образуя протечки. Подробно механизм образования наледей и способы борьбы с эти явлением рассмотрены в разделе 2.4.9.

Ветер. Потоки ветра, встречая на пути препятствие в виде здания, обходят его, в результате чего вокруг постройки образуются области положительного и отрицательного давления (рис.2.4.8).

Величина возникающего отрицательного давления, оказывающего на крышу отрывающее действие, зависит от многих факторов. Наиболее неблагоприятен в этом плане ветер, дующий на здание под углом 45°. План крыши здания, на котором показано распределение отрицательного давления при направлении ветра 45°, изображен на рис.2.4.9.

Отрывающая сила ветра может оказаться достаточной для повреждения кровли (образования вздутий, отрыва части покрытий и т.п.). Особенно она возрастает, когда усиливается давление внутри здания (под основанием кровли) из-за проникновения воздуха через открытые двери и окна с подветренной стороны или через щели в конструкции. В этом случае отрывающая сила ветра обуславливается двумя составляющими: отрицательным давлением над крышей и положительным давлением внутри здания. Поэтому, чтобы исключить риск повреждения крыши, ее основание должно быть как можно более герметичным (рис.2.4.10), кроме того, часто делают дополнительное механическое крепление кровельного материала к основанию.

Для уменьшения отрицательного давления устраивают парапеты. Однако следует иметь в виду, что они могут не только уменьшать, но и увеличивать отрицательное давление. При слишком низких парапетах отрицательное давление может быть даже выше, чем при их отсутствии.

Солнечная радиация. Различные кровельные материалы обладают разной чувствительностью к солнечной радиации. Так, например, солнечное излучение практически не оказывает влияния на керамическую и цементно-песчаную черепицу, а также на кровли из металлов без нанесенных на них полимерных покрытий.

Весьма чувствительны к солнечной радиации материалы на основе битума: от воздействия ультрафиолетового излучения ускоряется процесс их старения, поэтому, как правило, они имеют верхний защитный слой из минеральных посыпок. Для защиты современных материалов от старения в состав битума вводят специальные добавки (модификаторы). Подробнее об этом говорится в разделе 2.4.3.1.

Некоторые материалы под действием ультрафиолетового излучения со временем теряют первоначальный цвет (выцветают). Особенно чувствительны к этому излучению металлические кровли с некоторыми типами полимерных покрытий (см. раздел 2.4.3.2).

Солнечная лучистая энергия, попадая на крышу, частично поглощается материалами кровли. При этом верхние слои кровли могут значительно нагреваться (иногда до 100°С), что также влияет на их "поведение". Так, например, материалы на основе битума при достаточно высоких температурах размягчаются и в ряде случаев могут "сползать" с наклонных поверхностей крыши. Чувствительны к высокой температуре и металлические кровельные материалы с некоторыми видами покрытий. Поэтому, выбирая кровельный материал для применения его в южных районах, следует удостовериться, что он обладает достаточной теплостойкостью.