3.3. Конструктивные схемы зданий
Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы по признаку взаимного размещения (продольного, поперечного или перекрестного) в пространстве вертикальных несущих конструкций здания.
Конструктивная схема выбирается на начальном этапе проектирования во взаимосвязи с объемно-планировочным решением здания и определяет тип его основных конструкций.
Промышленные здания проектируют в большинстве случаев на основе конструктивной каркасной системы с ненесущими или самонесущими стенами. Бескаркасную конструктивную схему с несущими наружными стенами предусматривают только для небольших одноэтажных однопролетных бескаркасных зданий. Несущие наружные стены в них выполняют в виде каменной кладки с усилением в необходимых случаях несущих простенков пилястрами с применением армирования.
3.4. Описание конструктивных решений частей зданий
При выборе элементов, из которых проектируются здания, принимают во внимание следующие требования к ним: прочность и устойчивость; функциональная целесообразность с приданием элементам необходимых изолирующих качеств и обеспечивающих необходимый тепловлажностный, акустический и светотехнический комфорт; технологичность возведения; долговечность, определяемая сроком работы; огнестойкость; удобство эксплуатации; архитектурная выразительность; экономическая целесообразность и др.
При описании принятых конструктивных решений частей зданий с учетом задания на проектирование необходимо воспользоваться рекомендуемой литературой: для производственных зданий различного назначения [2, с. 203-226], [10, с. 291-337], [11, с. 315-439].
3.4.1. Фундаменты
Фундаментом называется часть здания, расположенная ниже отметки планировочной поверхности земли, служащая для передачи нагрузки от здания на грунт основания. При наличии подвалов фундаменты выполняют роль ограждающих конструкций подвальных помещений.
По конструктивной схеме фундаменты подразделяются на: ленточные (в виде непрерывных подземных стен (рис. 3.1, а) или железобетонных перекрестных балок (рис. 3.1, б)); столбчатые, устраиваемые под стены (рис. 3.1, в) и колонны (рис. 3.1, г); сплошные — безбалочные (рис. 3.1, д) и ребристые (рис. 3.1, е); свайные (рис. 3.2).
По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают: жесткие, работающие на сжатие (см. рис. 3.1, α, в), и гибкие, работающие преимущественно на изгиб (см. рис. 3.1, б, г, д, е).
По материалу фундаменты выполняют из: дерева (во временных постройках), бутового камня, бутобетона, бетона и железобетона.
Рис. 3.1. Конструктивные схемы фундаментов:
а — ленточный под стены; б — перекрестный блок, под колонны; в — столбчатый под стены; г — отдельный под колонну; д — сплошной безбалочный; е — то же, ребристый: 1 — стена; 2 — ленточный фундамент; 3 — столбчатый фундамент; 4 — железобетонная фундаментная балка; 5 — железобетонная колонна; 6 — железобетонная фундаментная плита; 7 — отдельный железобетонный фундамент (башмак) под колонну
В настоящее время предпочтение отдают бетонным и железобетонным фундаментам монолитного или сборного изготовления.
По заглублению в грунт различают фундаменты неглубокого заложения (менее 5 м) и глубокого (более 5 м).
Рис. 3.2. Виды свай по характеру работы в грунте:
а — сваи-стойки; б — висячие сваи: 1 — растительный слой; 2 — торф; 3 — ил; 4 — известняк плотный; 5 — песок илистый; 6 — суглинок илистый пластичный; 7 — ростверк
По очертанию поперечного сечения ленточный фундамент под каменную стену бывает прямоугольного, трапецеидального и ступенчатого очертания (рис. 3.3). Ширину бутового фундамента поверху делают на 50-60 мм больше с каждой стороны стены. Угол распределения давления в фундаменте α (рис. 3.3, б) зависит от материала фундамента (для бутовой кладки на сложном растворе — 26°30', на цементном растворе — 1:4 и бутобетона — 33°30', для бетона — 45°).
Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет около 500 мм, ширина — от 150 до 250 мм.
Глубина заложения фундамента должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам может быть принят для данного здания за естественное основание.
Рис. 3.3. Поперечное сечение ленточных фундаментов:
а — прямоугольный; б — трапецеидальный; в — ступенчатый;
г — прямоугольный с подушкой: 1 — обрез; 2 — подушка
В проекте глубину заложения фундамента следует принять равной глубине промерзания грунта плюс 0,2 м.
Глубина заложения фундамента под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта и принимается не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.
Глубину заложения фундаментов стен и колонн зданий, имеющих неотапливаемые подвалы, назначают от пола подвала, и она равна половине расчетной глубины промерзания.
Для предохранения стен от капиллярной сырости в фундаментах устраивают гидроизоляцию — горизонтальную и вертикальную (рис. 3.4) [3]. Горизонтальную гидроизоляцию в виде двух слоев рубероида, или толя на мастике, или слоя асфальтобетона толщиной 10-12 мм, или слоя цементного раствора 1:2 толщиной 20-30 мм укладывают на уровне бетонной подготовки пола первого этажа на 150-200 мм выше уровня отмостки. При наличии подвала гидроизоляцию устраивают также и под полом подвала.
Рис. 3.4. Конструкции гидроизоляции стен подвалов:
а — при напоре грунтовых вод менее 200 мм; б— при напоре 200-1000 мм; в — при напоре более 1000 мм: 1 — рулонная гидроизоляция; 2 — окрасочная гидроизоляция горячим битумом за два раза; 3 — оклеечная гидроизоляция; 4 — защитная стенка из кирпича; 5 — стеклоткань; 6 — деформационный шов; 7 — глина; 8 — пол подвала; 9 — стяжка; 10 — железобетонная плита; 11 — пригрузочный слой из бетона; 12 — подготовка; 13 — отмостка
В настоящее время в период массового строительства ленточные фундаменты, как правило, выполняют из сборных бетонных и железобетонных элементов — фундаментных блоков (плит) и стеновых блоков подвалов (рис. 3.5). Фундаментные блоки (ГОСТ 13580-85) маркируют буквами Φ с добавлением размеров в дм. Например, Ф-6-24 — фундаментный блок шириной 600 мм и длиной 2400 мм [3].
Стеновые блоки подвалов могут быть сплошные (СБ) и пустотные (ПБ). Элементы сборных фундаментов изготовляют из бетона класса В7,5 — В15. Масса блоков не должна превышать 3 т.
Сборные бетонные и железобетонные отдельно стоящие фундаменты проектируют из элементов заводского изготовления (рис. 3.6): плит фундаментов под колонны (ФП) или фундаментных блоков (ФК), фундаментных балок (ФБ). Элементы монтируют на цементном растворе.
В промышленных каркасных зданиях используют одно-блочные сборные фундаменты стаканного типа, устанавливаемые на песчаную или щебеночную подготовку толщиной не менее 100 мм, а при влажных грунтах — на подготовку из бетона класса В5 (рис. 3.7, а). При больших размерах фундамента и большом его весе целесообразно применять фундаменты, состоящие из двух блоков — башмака и плиты (рис. 3.7, б), или многоблочные (рис. 3.7, г); для облегчения веса фундаментов иногда применяют одноблочные фундаменты ребристого типа (рис. 3.7, в).
Рис. 3.5. Сборные бетонные и железобетонные ленточные фундаменты:
а — конструкция фундамента при слабых грунтах; б — фундамент на плотных грунтах; в, г — фундаменты крупнопанельных зданий; д — элементы сборных бетонных фундаментов; е, ж — элементы панельных фундаментов
Рис. 3.6. Отдельно стоящие фундаменты каркасных зданий:
а — план; б — разрезы: 1 — фундамент; 2 — цокольная панель; 3 — ригель; 4 — панель стены; 5 — колонна; 6 — плита перекрытия. в — сборные бетонные элементы фундаментов: 1 — колонна; 2 — стакан; 3 — подколенник; 4 — траверса; 5 — фундаментная подушка
В практике проектирования широко используется конструкция фундаментов с некоторым увеличением высоты башмака, при которой независимо от глубины их заложения отметку верхней плоскости фундаментов, как правило, принимают равной - 0,150 м, т.е. на 150 мм ниже отметки поверхности пола первого этажа [1].
Рис. 3.7. Примеры конструкций
сборных фундаментов промышленных зданий:
а — одноблочные; б — двухблочные; в — облегченные ребристые; г — многоблочные (составные): 1 — стакан; 2 — плита
При глубине заложения подошвы фундамента более 3,0 м предусматривают устройство сборного подколенника.
Стены каркасных промышленных зданий передают нагрузку на отдельно стоящие фундаменты колонн через фундаментные железобетонные балки (ФБ) (рис. 3.8). Балки укладывают на бетонные столбики, устраиваемые на уступах фундаментов, а при малой глубине заложения фундаментов — непосредственно на их уступы. Балки защищают с боков и снизу шлаковой засыпкой или крупнозернистым песком от деформаций пучинистых грунтов при промерзании.
Рис. 3.8. Пример фундаментного узла крайнего ряда колонн:
1— песчаная подсыпка; 2 — щебень; 3 — гидроизоляция; 4 — колонна; 5 — шлак или крупный песок; 6 — фундаментная балка; 7 — опорные бетонные столбики; 8 — стеновая панель; 9 — подколонник; 10 — отмостка; 11 — столбчатый фундамент стаканного типа
Верхнюю грань фундаментных балок размещают на 30-50 мм ниже уровня пола помещения. Поверх фундаментных балок укладывают гидроизоляцию из цементно-песочного раствора или двух слоев рулонного материала на мастике.
Размеры и форма поперечного сечения фундаментных балок приведены на рис. 3.9.
Рис. 3.9. Конструкция фундаментных балок:
а —длины балок; б — типы поперечных сечений
Маркировка фундаментных балок зависит от шага колонн, их типа сечения и длины (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Маркировка фундаментных балок
Марка балки |
Шаг колонн, мм |
Тип сечения (рис. 3.11) |
Длина (l), мм |
Масса, т |
ФБ6-2 |
6000 |
I |
5050 |
1,3 |
ФБ6-3 |
6000 |
I |
4750 |
1,2 |
ФБ6-4 |
6000 |
I |
4450 |
1,2 |
ФБ6-5 |
6000 |
I |
4300 |
1,1 |
ФБ6-12 |
6000 |
и |
5050 |
1,5 |
ФБ6-13 |
6000 |
II |
4750 |
1,4 |
ФБ6-14 |
6000 |
II |
4450 |
1,3 |
ФБ6-15 |
6000 |
II |
4300 |
1,3 |
ФБ 6-29 |
6000 |
III |
5050 |
1,9 |
ФБ 6-30 |
6000 |
Ш |
4750 |
1,8 |
ФБ6-31 |
6000 |
III |
4450 |
1,7 |
ФБ 6-32 |
6000 |
Ш |
4300 |
1,6 |
ФБН-1 |
12000 |
IV |
10700 |
2,9 |
ФБН-Ικ |
12000 |
IV |
10200 |
2,8 |
ФБН-2 |
12000 |
V |
10700 |
5,1 |
ФБН-2к |
12000 |
V |
10200 |
4,9 |