Глава 1
Сведения о конструктивных элементах зданий и производстве строительных работ
1.1. Классификация зданий и сооружений
Зданием называется строение, предназначенное для проживания и деятельности человека. К зданиям относятся жилые дома, школы, кинотеатры, магазины, детские сады, производственные цеха, театры, больницы и др.
Здания классифицируют по различным признакам.
По назначению здания бывают жилые (общежития, гостиницы, жилые дома и т. д.), общественные и производственные.
По этажности здания могут быть одноэтажные и многоэтажные. Одноэтажными в основном строятся промышленные и сельскохозяйственные здания, многоэтажными – гражданские. При этом здания в 3 этажа считаются малоэтажными, в 4–5 этажей – средней этажности, 6–9 этажей – многоэтажными, 10–16 этажей – повышенной этажности, здания более чем 16 этажей – высотными. Этаж образуется из помещений, размещенных на одном горизонтальном уровне.
Различают этажи надземные, мансардные, подвальные, цокольные и технические. У надземных этажей полы помещений располагаются выше планировочной отметки земли. Мансардные этажи (мансарды) полностью или частично образованы поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши. Если пол помещений находится ниже планировочной отметки земли более чем на половину высоты помещения, этаж называется подвальным, если менее чем на половину – цокольным. Технический этаж служит для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций; он может быть расположен в нижней (техническое подполье), верхней (технический чердак) или средней части зданий.
По технологии возведения различают здания полносборные из конструкций и деталей заводского изготовления, неиндустриальные из кирпича и керамического камня.
Долговечность здания определяется временем, в течение которого здание полностью сохраняет прочность и устойчивость, и зависит от долговечности стройматериалов. Можно выделить три степени долговечности здания в зависимости от срока службы, на который они рассчитаны: I — срок службы 100 и более лет; II — от 50 до 100; III — от 20 до 50 лет.
По огнестойкости, т. е. способности материалов и конструкций здания противостоять действию огня без потери эксплуатационных качеств, здания подразделяются на пять групп. К первым трем группам относятся здания, сложенные из камня; к четвертой – оштукатуренные; к пятой – деревянные здания из сгораемых материалов.
По возгораемости строительные материалы и конструкции-разделяются на три группы: несгораемые (кирпич, металл, бетон, железобетон); трудносгораемые (гипс, фибролит, древесина, обработанные антипиреном); сгораемые (все полимерные и органические материалы, не обработанные огнезащитными средствами).
Степень долговечности, огнестойкости и другие эксплуатационные качества определяют капитальность здания. Существует четыре класса капитальности здания: I — жилые дома любой этажности, долговечность и огнестойкость основных конструкций которых не ниже первой группы; II — жилые здания высотой не более 9 этажей, долговечность и огнестойкость основных конструкций которых не ниже второй группы, а также общественные здания (школы, больницы, детские учреждения, административные здания); III — здания высотой не более 5 этажей, долговечность основных конструкций которых не ниже второй и огнестойкость не ниже третьей группы; IV – здания высотой не более 2 этажей, долговечность основных конструкций которых не ниже третьей группы. Указание о классе здания производится в паспорте проекта.
Сооружением называют строения технического (специального) назначения (мосты, каналы, туннели, мачты, эстакады, плотины, шлюзы, силосные башни, транспортные резервуары, бассейны, канатные дороги, газгольдеры, дымовые и вентиляционные трубы). Сооружения подразделяются по функциональному назначению:
♦ транспортные – для различных видов транспорта (мосты, путепроводы, эстакады, причалы, железные и автомобильные дороги);
♦ складские – для хранения сырья, материалов, оборудования, топлива;
♦ водохозяйственные – водозаборные, водоочистные, водопропускные, станции перекачки;
♦ гидротехнические – плотины, дамбы, каналы, шлюзы;
♦ сооружения связи, электропередачи, трубопроводный транспорт для различных видов продуктов;
♦ спортивно-оздоровительные – стадионы, треки, трассы по видам спорта.
Основными требованиями, которым должно соответствовать любое здание или сооружение, являются: функциональные (соответствие своему назначению); технические (защита от воздействия внешней среды, обеспечение достаточной прочности, устойчивости, долговечности и огнестойкости); архитектурные (красивый внешний вид за счет выбора строительных материалов, их качества и гармоничной связи с окружающей средой); экономические (уменьшение затрат труда, материалов и сокращение сроков возведения).
Здания и сооружения в целом и отдельные их элементы испытывают воздействие различных нагрузок и поэтому должны обладать:
♦ прочностью, которая определяется способностью материалов сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок; прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и число циклов нагружения, воздействие окружающей среды и т. д.);
♦ устойчивостью, обусловленной свойством конструкций сопротивляться действию сил, способных вывести их из равновесия;
♦ пространственной жесткостью, характеризующейся способностью постройки и ее элементов сохранять первоначальную форму при действии приложенных сил.
Устойчивость и пространственная жесткость здания зависят от взаимного сопряжения и расположения конструктивных элементов, их конструктивных схем.
Нагрузки или соответствующие им усилия подразделяются на постоянные (вес строительных конструкций) и временные (от людей, животных, оборудования, снега и др.).
1.2. Основные конструктивные элементы зданий
Все здания состоят из предельного числа взаимосвязанных архитектурно-конструктивных элементов (рис. 1.1).
Фундамент 2 – подземная часть здания, воспринимающая нагрузку от вышележащих конструкций и передающая их на основание 1.
Рис. 1.1. Основные части здания:1 – основание; 2 – фундамент; 3 – стены; 4 – оконный проем; 5 – перегородка; 6 – междуэтажное перекрытие; 7 – пол; 8 – подоконник; 9 – заглушина; 10 – кровельная плита; 11 – вентиляционный канал; 12 – внутренние водостоки; 13 – цоколь; 14 – перила; 15 – лестничный марш; 16 – лестничная площадка
Основание бывает естественным, когда грунт под подошвой фундамента находится в состоянии природного залегания, или искусственным, когда грунт уплотняют или укрепляют. Нижнюю плоскость фундамента, непосредственно соприкасающуюся с основанием, называют подошвой. Расстояние по вертикали от поверхности земли до подошвы называют глубиной заложения фундамента. Она зависит от прочности грунта основания, глубины его промерзания и т. д.
По конструкции фундаменты бывают ленточные 2, которые закладывают под стены; столбчатые – под отдельно стоящие колонны или столбы; монолитные в виде плиты под всей площадью здания; свайные, состоящие из отдельных, погруженных в грунт свай, связанных между собой железобетонным ростверком (плитой, поясом или балкой).
Стены бывают несущими, самонесущими и ненесущими. Несущие стены 3 воспринимают нагрузку от собственного веса и веса других конструкций (перекрытий, крыш, лестниц). Самонесущие стены передают на фундамент не только нагрузку от собственного веса, но и ветровую нагрузку, на такие стены не опираются перекрытия или другие конструкции. Ненесущие стены только ограждают помещения зданий от внешнего пространства и передают нагрузку от собственного его веса в пределах каждого этажа на другие несущие конструкции.
Перекрытия совмещают ограждающие и несущие функции. Междуэтажные перекрытия 6 разделяют в здании смежные по высоте помещения.
Перекрытие над подвалом называется цокольным 13, а над верхним этажом – чердачным.
Перегородки 5 разделяют внутреннее пространство здания в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки в отличие от стен не воспринимают нагрузки.
Крыша – ограждающая и несущая конструкция – защищает здание от атмосферных осадков, от потерь теплоты через покрытие 10. Крыши бывают чердачными и бесчердачными. Последние выполняют функции крыши и потолка. Их называют совмещенными.
Совмещенная крыша состоит из железобетонных несущих элементов – плит или панелей перекрытия, пароизоляции, термоизоляции и рулонного кровельного ковра.
Лестницы располагают в помещениях с капитальными стенами (в лестничных клетках). Часть лестницы между площадками называют лестничным маршем 15.
Оконные проемы 4 устанавливают в наружных стенах, заполняют их оконными блоками.
Дверные проемы служат для входа в здание, перехода из одного помещения в другое или выхода на балкон.
1.3. Архитектурные элементы здания
Для отделки и украшения интерьера (внутреннего пространства здания) и экстерьера (фасада) используют различные виды штукатурок и архитектурные детали (рис. 1.2).
Цоколь 9 может быть отделан цементными или каменными штукатурками. В стенах устраивают ниши 2 прямоугольной, полуциркульной, круглой формы, которые оформляют тягами, пилястрами, колоннами. Внутри ниш часто устанавливают статуи, вазы или картины.
Пилястра 7 – плоский вертикальный выступ на поверхности стены – имеет базу, капитель, иногда каннелюры (продольные желобки). Колонны – вертикальные опоры – обычно круглого сечения с капителью, базой, пьедесталом.
Стены украшают различными карнизами, филенками 10, рустами 4 и лопатками (узкими вертикальными полосами). Карнизы бывают лобовыми, завершающими верх здания, или междуэтажными, отделяющими один этаж от другого. Филенки (рамки) окружают определенное поле стены, потолка, свода. Руст – это кладка или облицовка стены здания рустованными либо выпуклыми камнями. В некоторых случаях отдельные части фасада делают слегка выступающими. Выступы профилируют, образуя раскреповки 18.
Для продления срока службы штукатурки фасадов и защиты ее от атмосферных осадков карнизы устраивают с выносом от поверхности стены не менее чем на 25 см со слезником снизу. Верхние плоскости карнизов и тяг выполняют с уклоном 20 %. Кроме того, все архитектурные детали защищают металлическими покрытиями со свесами и слезниками (капельницами), а детали, выступающие от стены более чем на 50 см, и подоконные сливы независимо от их размеров покрывают оцинкованной кровельной сталью со свесом над деталью не менее 3 см.
Рис. 1.2. Архитектурные элементы здания:1 – рустованная лопатка; 2 – ниша; 3 – статуя; 4 – русты; 5 – лестница; 6 – двери; 7 – пилястра; 8 – окно; 9 – цоколь; 10 – филенки; 11 – лобовой карниз; 12 – балюстрада; 13 – акротеры (вазы); 14 – аттик; 15 – поле фронтона; 16 – фронтон; 17 – аркада; 18 – раскреповки
Рис. 1.3. Балкон (а), эркер (б) и лоджия (в):1 – ограждение балкона; 2 – стена эркера; 3 – поперечные стены здания
Окна 8 и двери 6 также могут служить украшением фасада. По форме они бывают прямоугольными, полуциркульными, круглыми, овальными. Оформляют их наличниками, карнизами, контрналичниками, сандриками. Под окнами делают пьедесталы, балюстрады 12. Полуциркульные двери и окна часто располагают рядом, образуя арку. Аркада 17 – это ряд повторяющихся одинаковых проемов, перекрытых арками.
Нижние наружные откосы оконных проемов выполняют из цементного раствора с железнением и затем покрывают кровельной оцинкованной сталью с уклоном от окон.
Стены часто завершают парапетами и аттиками 14. Парапет – стенка высотой 70 – 100 см, проходящая по краю крыши. Верхнюю часть парапета отделывают цементным раствором, железнят и покрывают оцинкованной сталью или облицовывают парапетными камнями.
Балкон – огражденная площадка на фасаде стены (рис. 1.3, а).
Эркер – выступающая часть здания из плоскости наружных стен; эркеры бывают консольными, начинающимися с уровня второго этажа, или пристроенными к зданию, т. е. опертыми на фундамент (рис. 1.3, б).
Лоджия – открытая (с одной стороны) часть помещения на фасаде здания (рис. 1.3, е). Балконы, эркеры, лоджии не только придают архитектурную выразительность зданию, но и создают дополнительные удобства для проживающих.
Рис. 1.4. Деформационные швы: а – сопряженные «в четверть»; б – сопряженные «в шпунт»; 7 – пакля; 2 – толь
Деформационные швы – это заполненные эластичным материалом вертикальные зазоры, расчленяющие стену. Смежные участки стен (в местах примыкания) сопрягаются «в шпунт» или «в четверть». Такие швы бывают температурными, разрезающими стену от цоколя до карниза, и осадочными, начинающимися от подошвы фундамента и заканчивающимися в карнизе. Деформационные швы предохраняют конструкции стен от появления трещин при перепаде температур и неравномерной осадке зданий (рис. 1.4).
1.4. Понятие о модуле, типизации, унификации
Основным направлением развития строительства является индустриализация, т. е. превращение строительного производства в механизированный поточный процесс сборки и монтажа зданий из крупноразмерных конструкций, их элементов и блоков, имеющих максимальную готовность. Конструкции, изготовленные на специальных заводах, называют сборными. Применение сборных конструкций на основе промышленной технологии монтажа позволяет уменьшить затраты труда, расход материалов, повысить качество строительства, сократить его сроки и снизить стоимость. Важнейшими признаками индустриализации строительства являются комплексная механизация и автоматизация строительно-монтажных работ, максимальная сборность конструкций и массовость их производства на заводах сборных железобетонных изделий, домостроительных комбинатов, заводах металлических конструкций.
Преимущество индустриальных методов массового строительства заключается в применении сборных типовых деталей и конструкций.
Типизацией называют отбор лучших с технической и экономической точек зрения вариантов отдельных конструкций и зданий для многократного воспроизведения их в массовом строительстве.
Количество типов и размеров сборных деталей и конструкций для зданий должно быть ограничено, так как изготовлять большое количество одинаковых изделий и вести их монтаж экономически выгодно и проще.
Типизация сопровождается унификацией, которая предполагает приведение многообразных видов типовых деталей к небольшому числу определенных типов, единообразных по форме и размерам. Унификация конструкций не только упрощает технологию заводского изготовления и снижает стоимость конструкций, но и дает возможность с учетом конкретных условий применять различные конструктивные решения без изменения основных размеров типового здания или применять одни и те же сборные конструкции в зданиях различного назначения. Примером такой замены может служить использование отдельных конструкций жилых домов для строительства школ, детских садов и др.
Внедрение унификации и типизации в проектирование и промышленное изготовление строительных конструкций предполагает тесную увязку объемно-планировочных размеров с размерами конструктивных деталей. Такая увязка размеров обеспечивается применением Единой модульной системы (ЕМС) на базе основного модуля (лат. modulus – мера). В качестве модуля принимают меру длины или размер одного из элементов здания. За основной модуль (М) принимают величину 100 мм. Все объемно-планировочные размеры и размеры конструктивных элементов должны быть кратны этому модулю.
Исходя из основного модуля, устанавливаются производные модули (укрупненные и дробные). Например, при больших размерах помещений (ширине и длине элементов, шаге, пролете помещения и т. п.) используют укрупненные модули 60М, 30М и т. п. При небольших размерах (толщине элементов, ширине монтажного зазора) применяют соответственно дробные модули 1/2М (50 мм), 1/5 М (20 мм) и т. д.
Модуль, установленный для основных параметров плана, принимают за планировочный. Линии, определяющие во взаимоперпендикулярных направлениях расположение (привязку) основных несущих и ограждающих конструкций и членение плана здания на основные элементы, называются модульными разбивочными осями. Привязка в этом случае определяется расстоянием от модульной разбивочной оси до грани или до геометрической оси элемента. Например, в зданиях с несущими стенами модульные разбивочные оси проходят по центру внутренних стен (привязка равна половине толщины стены), а в наружных стенах смещаются от внутренней грани стены на расстояние, кратное М и 1/2М (привязка стены 250, 200, 150 мм), необходимое для опирання конструктивных элементов перекрытий и покрытий. В зданиях с колоннами в средних рядах разбивочные оси проходят по центру колонн. В крайних рядах разбивочные оси могут проходить или по центру колонн (осевая привязка), или по внутренней поверхности стены, по грани конструктивного элемента (нулевая привязка).
В ЕМС установлены следующие категории размеров: номинальные, конструктивные и натурные. Номинальные размеры указывают расстояние между модульными разбивочными осями здания или условные (номинальные) размеры конструкций с учетом монтажных зазоров и швов. Конструктивные размеры – это проектные размеры объемно-планировочных и конструктивных элементов, они отличаются от номинальных на величину нормированных зазоров и швов. Натурные размеры – это фактические размеры изготовленных конструкций или объемно-планировочных элементов.
1.5. Конструктивные схемы зданий
Жилые и общественные здания, у которых все несущие и ограждающие конструкции состоят из крупноразмерных деталей, изготовленных на заводах, называют полносборными. Полносборными из бетонных или железобетонных деталей строят почти половину зданий.
В зависимости от конструктивной схемы несущего остова полносборные здания делятся на бескаркасные крупноблочные, бескаркасные крупнопанельные и каркасные.
Бескаркасные здания представляют собой жесткую и устойчивую коробку из взаимосвязанных наружных и внутренних стен и перекрытий. Наружные и внутренние стены здания воспринимают нагрузки от междуэтажных перекрытий и покрытия.
Общественные многоэтажные здания чаще всего возводят с продольными несущими стенами. В зависимости от ширины здания может быть не одна, а две внутренние продольные стены. Поперечные стены в таких зданиях устраивают в лестничных клетках, в местах, где проходят дымовые и вентиляционные каналы, или по проекту (рис. 1.5, а, б). Бескаркасные крупнопанельные здания бывают с тремя продольными несущими стенами и с поперечными несущими стенами, устанавливаемыми с малым или большим шагом друг от друга (рис. 1.5, в).
Рис. 1.5. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а – с поперечными и продольными несущими стенами; б – с продольными несущими стенами; в – крупнопанельный дом с поперечными несущими стенами; 1 – наружные панели; 2 – санитарно-технические кабины; 3 – ненесущие перегородки; 4 – несущие стены-перегородки; 5 – панели перекрытий; 6 – внутренняя продольная стена; 7 – цокольные панели; 8 – блоки фундамента
Каркасные здания – это промышленные многоэтажные общественные и административные здания. Каркасные здания бывают с полным каркасом (рис. 1.6, а, б), когда колонны в здании устанавливают во всех точках пересечения осей планировочной сетки, и с неполным каркасом, когда колонны располагаются лишь по внутренним осям, а наружные стены также несущие (возводятся из мелких камней или блоков).
Рис. 1.6. Конструктивные схемы каркасных зданий: а – с самонесущими стенами; б – с навесными стенами; 1 – колонны; 2 – ригели;3 – плиты перекрытий; 4 – стены самонесущие; 5 – навесные панели
Каркас состоит из колонн, ригелей, которые образуют несущие геометрические рамы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки здания. Кроме того, жесткость каркаса обеспечивается плитами-распорками, укладываемыми в междуэтажных перекрытиях между колоннами.
1.6. Основы производства строительно-монтажных работ
Строительное производство слагается из отдельных строительных процессов, протекающих в определенной последовательности на строительно-монтажной площадке и имеющих конечной целью возведение новых зданий и сооружений. Возведение зданий и сооружений связано с выполнением в определенной технологической последовательности разнообразных строительных работ, которые делят на общестроительные, отделочные, специальные, транспортные и погрузочно-разгрузочные.
К общестроительным относят следующие виды работ:
♦ земляные – разработка котлованов, траншей под фундаменты зданий, планировка площадок, транспортирование, обратная засыпка и уплотнение грунта;
♦ свайные – забивка свай и устройство свайных фундаментов;
♦ каменные – возведение стен, столбов и других конструктивных элементов зданий из кирпича, искусственных и природных камней, мелких блоков и других каменных материалов;
♦ бетонные и железобетонные – установка арматурных каркасов, приготовление, транспортирование, укладка и уплотнение бетонной смеси в подготовленную опалубку.
♦ монтажные – подъем, установка, выверка и закрепление сборных конструкций и деталей, из которых в определенной последовательности собирают основные элементы зданий и сооружений;
♦ плотничные – установка оконных, дверных блоков в проемы стен, устройство скатных крыш, сборка опалубки, настилка дощатых полов;
♦ кровельные – устройство покрытий из металлочерепицы, асбестоцементных листов, рулонных материалов (изопласта, бикроста, изофлекса и др.).
Отделочные работы придают зданиям и сооружениям законченный вид, декоративность. К ним относят следующие виды работ:
♦ столярные – изготовление и подгонка створок оконных переплетов, дверных полотен, установка шкафов, шкафных перегородок;
♦ штукатурные – покрытие конструктивных элементов выравнивающим слоем раствора или отделка внутренних поверхностей гипсокартонными листами;
♦ облицовочные – покрытие поверхности стен, перегородок и других конструктивных элементов изделиями из природного камня, керамическими плитками и другими материалами;
♦ стекольные – заполнение светопрозрачных ограждений обычным или специальным стеклом;
♦ малярные – подготовка, обработка и окрашивание поверхностей лакокрасочными материалами (клеевыми, масляными, эмульсионными);
♦ обойные – оклеивание стен обоями (виниловыми, жидкими, вспененными, древесно-структурными обоями, стеклообоями, шелкографией и др.).
К специальным относят следующие виды работ:
♦ санитарно-технические – устройство систем отопления, вентиляции, газоснабжения, водопровода, канализации и др.;
♦ гидроизоляционные – защита конструкций от грунтовых вод и агрессивных воздействий среды, устройство водонепроницаемой прослойки в полах, санитарных узлах, прачечных, банях и других «мокрых» помещениях;
♦ электротехнические – монтаж осветительных, силовых систем и слаботочных устройств, монтаж лифтов (пассажирских и грузовых).
Транспортные и погрузочно-разгрузочные работы – это доставка на рабочие места материалов, деталей, приспособлений, инвентаря и инструмента.