Воздействия на конструкции зданий. Нагрузки и воздействия. Единицы измерения и взаимные преобразования нагрузок

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО "БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

Кафедра экономики, управления и финансов

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По предмету: Техническое обслуживание зданий и сооружений

Тема: Виды воздействия на здания и сооружения

Выполнила: студентка группы ЭУКЗО-01-09

Шагимарданова Л.М.

Проверил: Федотов Ю.Д.

Введение

Классификация нагрузок

Сочетания нагрузок

Заключение

Введение

При возведении зданий и сооружений вблизи или вплотную к уже существующим возникают дополнительные деформации ранее построенных зданий и сооружений.

Опыт показывает, пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, перекосов проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, разрушению строительных конструкций, т.е. к нарушению нормальной эксплуатации зданий, а иногда даже к авариям.

При намечаемом новом строительстве на застроенной территории заказчиком и генеральным проектировщиком, с привлечением заинтересованных организаций, эксплуатирующих окружающие здания, должен быть решен вопрос об обследовании этих зданий в зоне влияния нового строительства.

Рядом расположенным зданием считается существующее здание, находящееся в зоне влияния осадок фундаментов нового здания или в зоне влияния производства работ по строительству нового здания на деформации основания и конструкций существующего. Зона влияния определяется в процессе проектирования.

Классификация нагрузок

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки. Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.

а) вес частей сооружений, в том числе вес несущих и ограждающих строительных конструкций;

б) вес и давление грунтов (насыпей, засыпок), горное давление.

Сохраняющиеся в конструкции или основании усилия от предварительного напряжения следует учитывать в расчетах как усилия от постоянных нагрузок.

а) вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование;

б) вес стационарного оборудования: станков, аппаратов, моторов, емкостей, трубопроводов с арматурой, опорными частями и изоляцией, ленточных конвейеров, постоянных подъемных машин с их канатами и направляющими, а также вес жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование;

в) давление газов, жидкостей и сыпучих тел в емкостях и трубопроводах, избыточное давление и разрежение воздуха, возникающее при вентиляции шахт;

г) нагрузки на перекрытия от складируемых материалов и стеллажного оборудования в складских помещениях, холодильниках, зернохранилищах, книгохранилищах, архивах и подобных помещениях;

д) температурные технологические воздействия от стационарного оборудования;

е) вес слоя воды на водонаполненных плоских покрытиях;

ж) вес отложений производственной пыли, если ее накопление не исключено соответствующими мероприятиями;

з) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с пониженными нормативными значениями.

и) вертикальные нагрузки от мостовых и подвесных кранов с пониженным нормативным значением, определяемым умножением полного нормативного значения вертикальной нагрузки от одного крана в каждом пролете здания на коэффициент: 0,5 - для групп режимов работы кранов 4К-6К; 0,6 - для группы режима работы кранов 7К; 0,7 - для группы режима работы кранов 8К. Группы режимов работы кранов принимаются по ГОСТ 25546-82;

к) снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением, определяемым умножением полного расчетного значения на коэффициент 0,5.

л) температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями, определяемыми в соответствии с указаниями пп. 8.2-8.6 при условии q1 = q2 = q3 = q4 = q5 = 0, DI = DVII = 0;

м) воздействия, обусловленные деформациями основания, не сопровождающимися коренным изменением структуры грунта, а также оттаиванием вечномерзлых грунтов;

н) воздействия, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов.

В районах со средней температурой января минус 5°С и выше (по карте 5 приложения 5 к СниП 2.01.07-85*) снеговые нагрузки с пониженным расчетным значением не устанавливаются.

а) нагрузки от оборудования, возникающие в пускоостановочном, переходном и испытательном режимах, а также при его перестановке или замене;

б) вес людей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования;

в) нагрузки от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с полными нормативными значениями, кроме нагрузок, указанных в п.1.7, а, б, г, д;

г) нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования (погрузчиков, электрокаров, кранов-штабелеров, тельферов, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением);

д) снеговые нагрузки с полным расчетным значением;

е) температурные климатические воздействия с полным нормативным значением;

ж) ветровые нагрузки;

з) гололедные нагрузки.

а) сейсмические воздействия;

б) взрывные воздействия;

в) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью или поломкой оборудования;

г) воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта (при замачивании просадочных грунтов) или оседанием его в районах горных выработок и в карстовых.

Сочетания нагрузок

Расчет конструкций и оснований по предельным состояниям первой и второй групп следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий.

Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или основания.

В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных,

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, кратковременных и одной из особых нагрузок.

Временные нагрузки с двумя нормативными значениями следует включать в сочетания как длительные - при учете пониженного нормативного значения, как кратковременные - при учете полного нормативного значения.

В особых сочетаниях нагрузок, включающих взрывные воздействия или нагрузки, вызываемые столкновением транспортных средств с частями сооружений, допускается не учитывать кратковременные нагрузки, указанные в п.1.8.

При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий следует умножать на коэффициенты сочетаний, равные:

в основных сочетаниях для длительных нагрузок y1 = 0,95; для кратковременных y2 = 0,9:

в особых сочетаниях для длительных нагрузок y1 = 0,95; для кратковременных y2 = 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений для сейсмических районов и в других нормах проектирования конструкций и оснований. При этом особую нагрузку следует принимать без снижения.

В основных сочетаниях при учете трех и более кратковременных нагрузок их расчетные значения допускается умножать на коэффициент сочетания y2, принимаемый для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки - 1,0, для второй - 0,8, для остальных - 0,6.

При учете сочетаний нагрузок за одну временную нагрузку следует принимать:

а) нагрузку определенного рода от одного источника (давление или разрежение в емкости, снеговую, ветровую, гололедную нагрузки, температурные климатические воздействия, нагрузку от одного погрузчика, электрокара, мостового или подвесного крана);

б) нагрузку от нескольких источников, если их совместное действие учтено в нормативном и расчетном значениях нагрузки (нагрузку от оборудования, людей и складируемых материалов на одном или несколько перекрытий с учетом коэффициентов yA и yn; нагрузку от нескольких мостовых или подвесных кранов с учетом коэффициента y; гололедно-ветровую нагрузку

Методы борьбы с воздействиями на здания и сооружения

При проектировании инженерной защиты от оползневых и обвальных процессов следует рассматривать целесообразность применения следующих мероприятий и сооружений, направленных на предотвращение и стабилизацию этих процессов:

изменение рельефа склона в целях повышения его устойчивости;

регулирование стока поверхностных вод с помощью вертикальной планировки территории, устройства системы поверхностного водоотвода, предотвращение инфильтрации воды в грунт и эрозионных процессов;

искусственное понижение уровня подземных вод;

агролесомелиорация;

закрепление грунтов;

удерживающие сооружения;

Удерживающие сооружения следует предусматривать для предотвращения сдвига, обрушения, обвалов и вывалов грунтов при невозможности или экономической нецелесообразности изменения рельефа склона (откоса).

Удерживающие сооружения применяют следующих видов:

поддерживающие стены - для укрепления нависающих скальных карнизов;

контрфорсы - отдельные опоры, врезанные в устойчивые слои грунта, для подпирания отдельных скальных массивов;

опояски - массивные сооружения для поддержания неустойчивых откосов;

облицовочные стены - для предохранения грунтов от выветривания и осыпания;

пломбы (заделка пустот, образовавшихся в результате вывалов на склонах) - для предохранения скальных грунтов от выветривания и дальнейших разрушений;

анкерные крепления - в качестве самостоятельного удерживающего сооружения (с опорными плитами, балками и т.д.) в виде крепления отдельных скальных блоков к прочному массиву на скальных склонах (откосах).

Снегоудерживающие сооружения следует размещать в зоне зарождения лавины непрерывными или секционными рядами до боковых границ лавиносбора. Верхний ряд сооружений следует устанавливать на расстоянии не более 15 м вниз по склону от наиболее высокого положения линии отрыва лавин (или от линии снеговыдувающих заборов или кольктафелей). Ряды снегоудерживающих сооружений следует располагать перпендикулярно направлению сползания снегового покрова.

Лавинотормозящие сооружения следует проектировать для уменьшения или полного гашения скорости лавин на конусах выноса в зоне отложения лавин, где крутизна склона менее 23°. В отдельных случаях, когда защищаемый объект оказывается в зоне зарождения лавин и лавина имеет небольшой путь разгона, возможно расположение лавинотормозящих сооружений на склонах крутизной более 23°.

Заключение

Для выбора оптимального варианта инженерной защиты технические и технологические решения и мероприятия должны быть обоснованы и содержать оценки экономического, социального и экологического эффектов при осуществлении варианта или отказе от него.

Обоснованию и оценке подлежат варианты технических решений и мероприятий, их очередность, сроки осуществления, а также регламенты обслуживания создаваемых систем и защитных комплексов.

Расчеты, связанные с соответствующими обоснованиями, должны основываться на исходных материалах одинаковой точности, детальности и достоверности, на единой нормативной базе, одинаковой степени проработки вариантов, идентичном круге учитываемых затрат и результатов. Сравнение вариантов при различии в результатах их осуществления должно учитывать затраты, необходимые для приведения вариантов к сопоставимому виду.

При определении экономического эффекта инженерной защиты в размер ущерба должны быть включены потери от воздействия опасных геологических процессов и затраты на компенсацию последствий от этих воздействий. Потери для отдельных объектов определяются по стоимости основных фондов в среднегодовом исчислении, а для территорий - на основе удельных потерь и площади угрожаемой территории, с учетом длительности периода биологического восстановления и срока осуществления инженерной защиты.

Предотвращенный ущерб должен быть суммирован по всем территориям и сооружениям независимо от границ административно-территориального деления.

Список использованной литературы

1.В.П. Ананьев, А.Д. Потапов Инежнерная геология. М: Высш. Шк. 2010

2.С.Б. Ухов, В.В. Семенов, С.Н. Чернышев Механика грунтов, основания, фундаменты. М: Выс. Шк. 2009 г.

.В.И. Темченко, А. А Лапидус, О.Н. Терентьев Технология строительных процессов М: Выс. Шк. 2008 г.

.В.И. Теличенко, А.А. Лапидус, О.М. Терентьев, В.В. Соколовский Технология возведения зданий и сооружений М: Выс. Шк. 2010 г.

.СНиП 2.01.15-90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических грузов.

Требования к зданиям

В соответствии с нагрузками и воздействиями к зданиям и их конструкциям предъявляются определенные требования.

Любое здание должно отвечать следующим основным требованиям :

1. Функциональной целесообразности, т. е. здание должно полностью отвечать тому процессу, для которого оно предназначено (удобство проживания, труда, отдыха и т. д.).

2.Технической целесообразности, т.е.здание должно надежно защищать людей от внешних воздействий (низких или высоких температур, осадков, ветра), быть прочным и устойчивым, т.е. выдерживать различные нагрузки, долговечным, т.е. сохранять нормальные эксплуатационные качества во времени.

3. Архитектурно-художественной выразительности , т. е. здание должно быть привлекательным по своему внешнему (экстерьеру) и внутреннему (интерьеру) виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей.

Для достижения необходимых архитектурно-художественных качеств используются такие средства, как композиция, масштабность, пропорции, симметрия, ритм и др .

4. Экономической целесообразности , предусматривающей наиболее оптимальные для данного вида здания затраты труда, средств и времени на его возведение. При этом необходимо также наряду с единовременными затратами на строительство учитывать и расходы, связанные с эксплуатацией здания.

Снижение стоимости здания может быть достигнуто рациональной планировкой здания и недопущением излишеств при установлении площадей и объемов помещений, а также внутренней и наружной отделке; выбором наиболее оптимальных конструкций с учетом вида зданий и условий его эксплуатации; применением современных методов и приемов производства строительных работ с учетом достижений строительной науки и техники.

При разработке технического решения проводится технико­экономическое сравнение вариантов проектируемых конструкций с учетом стоимости возведения и эксплуатации здания.

5. Экологические требования.

требования сокращения территорий , отводимых под застройку. Это достигается повышением этажности, активным освоением подземного пространства (гаражи, склады, тоннели, торговые предприятия и т.п.);

широкое применение эксплуатируемых крыш , эффективное использование неудачных участков территорий (крутой рельеф, выемки и насыпи вдоль железнодорожных магистралей);

экономия природных ресурсов и энергии . Эти требования непосредственно влияют на выбор формы здания (предпочтение компактным сооружениям обтекаемой формы), выбор конструкций наружных стен и окон, выбор ориентации здания в застройке.

Экологические требования сказываются на решении благоустройства застраиваемой территории с увеличением озеленения их территории в том числе вертикального и заменой асфальтобетонных покрытий штучными (брусчаткой, каменными и бетонными плитами). Эти мероприятия способствуют сохранению водного баланса и чистоте воздушной среды территории.

По окончании строительных работ на площадке должна проводиться рекультивация грунтов в целях уменьшения ущерба, наносимого природной среде строительной деятельностью.

Безусловно, комплекс этих требований нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Обычно при проектировании здания принимаемые решения являются результатом согласованности с учетом всех требований, обеспечивающих его научную обоснованность.

Главным из перечисленных требований является функциональная, или технологическая, целесообразность .

Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Внутренне пространство зданий разделяется на отдельные помещения. Помещения подразделяются на:

основные; вспомогательные; технические.

Помещения, размещенные в одном уровне, образуют этаж. Этажи разделяются перекрытиями.

Внутреннее пространство зданий чаще всего расчленено

по вертикали -на этажи и в плане - на отдельные помещения.

Помещения здания должны наиболее полно соответствовать тем процессам, на которые данное помещение рассчитано; следовательно, основным в здании или его отдельных помещениях является его функциональное назначение.

При этом, необходимо различать главные и подсобные функции. Так, например, в здании образовательныхучреждений главной функцией являются учебные занятия, поэтому оно в основном состоит из учебных помещений (аудитории, лаборатории и т. п.). Наряду с этим, в здании осуществляются и подсобные функции: питание, общественные мероприятия, и т. п. Для них предусматриваются специальные помещения: столовые и буфеты, актовые залы, административные помещения и др.

Все помещения в здании, отвечающие главным и подсобным функциям , связываются между собой помещениями, основное назначение которых - обеспечение движения людей. Эти помещения принято называть коммуникационными. К ним относятся коридоры, лестницы, вестибюли, фойе, кулуары и т. п.

Таким образом, помещение должно обязательно отвечать той или иной функции. При этом, в нем должны быть созданы наиболее оптимальные условия для человека, т. е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

1. пространство , необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

2. состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения, соответствующими нормальному для осуществления данной функции тепло- и влагообмену человеческого организма. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т. е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

3. звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающих извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека. Со звуковым режимом связана акустика – наука о звуке; архитектурная акустика – наука о распространении звука в помещении; и строительная акустика – наука, изучающая механизм прохождения звука через конструкции;

4. световой режим – условия работы органов зрения,естественное и искусственное освещение, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения. Со световым режимом тесно связаны проблемы цвета; цветовые характеристики среды оказывают влияние не только на органы зрения, но и на нервную систему человека;

5. инсоляция – условия прямого влияния солнечного освещения. Санитарно-гигиеническое значение непосредственного солнечного облучения исключительно велико. Солнечные лучи убивают большинство болезнетворных бактерий, оказывают общеоздоровительное и психофизическое воздействие на человека. Эффективность влияния солнечного освещения на здания и окружающую территорию определяется продолжительностью их прямого облучения, т.е. которая в городской застройке регламентируется Санитарными нормами (СН).

6. видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении, например в аудитории - записи на доске или демонстрацию действия прибора; условия видимости тесно связаны со световым режимом.

7. движение людских потоков , которое может быть комфортным или

вынужденным, в условиях срочной эвакуации людей из зданий.

Следовательно, для того чтобы правильно запроектировать помещение, создать в нем оптимальную среду для человека, необходимо учесть все требования, определяющие качество среды.

Эти требования для каждого вида зданий и его помещений устанавливаются Строительными нормами и правилами (СНиП) - основным государственным документом, регламентирующим проектирование и строительство зданий и сооружений в нашей стране.

Лекция 2

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которые должны находиться в полном соответствии с законами механики, физики и химии. Для того чтобы правильно запроектировать несущие и ограждающие конструкции зданий, необходимо знать, каким силовым и несиловым воздействиям они подвергаются.

Нагрузки и воздействия на здания.

Конструкции зданий должны учитывать все внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами. Эти воздействия подразделяют на силовые и несиловые (воздействие среды)

Назначение конструкций - восприятие силовых и несиловых воздействий на здание

Внешние воздействия на здание.

1 – постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 – ветер; 3 – особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 – вибрации; 5 – боковое давление грунта; 6 – давление грунта (отпор); 7 – грунтовая влага; 8 – шум; 9 – солнечная радиация; 10 – атмосферные осадки; 11 – состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

- постоянные - от собственной массы здания, от давления грунта основания на его подземные элементы;

-временные длительного действия – от массы стационарного технологического оборудования, длительно хранящихся грузов, собственной массы перегородок, которые могут перемещаться при реконструкции;

-кратковременные - от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, от действия ветра на здание;

-особые - от сейсмического воздействия, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтового основания здания,воздействия деформаций земной поверхности в районах влияния горных выработок, взрывов, пожаров и т.п.

-воздействия, возникающие при чрезвычайных ситуациях - взрывы, пожары и пр.

К несиловым воздействиям относят:

- температурные воздействия пременных температур наружного воздуха, вызывающих линейные (температурные) деформации - изменения размеров наружных конструкций здания или температурные усилия в них при стесненности проявления температурных деформаций вследствие жесткого закрепления конструкций;

- воздействия атмосферной и грунтовой влаги, на материал конструкций, приводящие к изменениям физических параметров, а иногда и структуры материалов вследствие их атмосферной коррозии, а также воздействие парообразной влаги воздуха помещений на материал наружных ограждений, при фазовых переходах влаги в их толще;

-движения воздуха , вызывающие его проникновение внутрь конструкции и помещения, изменяющее их влажностный и тепловой режим;

-воздействие прямой солнечной радиации, влияющей на световой и температурный режим помещений и вызывающей изменение физико-технических свойств поверхностных слоев конструкций (старение пластмасс, плавление битумных материалов и т.п.).

-воздействие агрессивных химических примесей , содержащихся в воздухе, которые в смеси с дождевой или грунтовой водой образуют кислоты, разрушающие материалы (коррозия);

-биологические воздействия , вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящими к разрушению конструкций и к ухудшению внутренней среды помещений;

-воздействие звуковой энергии (шума) от источников внутри и вне здания, нарушающий нормальный акустический режим в помещении

В соответствии с нагрузками и воздействиями предъявляют и технические требования :

1 Прочность - способность воспринимать силовые нагрузки и воздействия без разрушения.

2. Устойчивость - способность конструкции сохранять равновесие при силовых нагрузках и воздействиях.

3. Жесткость - способность конструкции осуществлять свои статические функции с малыми заранее заданными величинами деформации.

4. Долговечность - предельный срок сохранения физических качеств конструкции здания в процессе эксплуатации.Долговечность конструкции зависит от:

ползучести - процесса малых непрерывных деформаций материала конструкции при длительном загружении;

морозостойкости - сохранения влажными материалами необходимой прочности при многократном чередовании замораживания и оттаивания.

влагостойкости - способности материалов противостоять воздействию влаги без существенного снижения прочности следственного расслоения, возбуждения, коробления и растрескивания.

коррозионостойкости - способности материалов сопротивляться разрушению, вызываемому химическими, физическими или электрохимическими процессами.

биостойкости - способности органических материалов противостоять разрушающим воздействиям микроаргонизмов и насекомых.

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие различных нагрузок. Внешние воздействия можно разделить на два вида: силовые и несиловые или воздействия среды.

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

постоянные – от собственного веса (массы) элементов здания, давления грунта на его подземные элементы;

временные (длительные) – от веса стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственного веса постоянных элементов здания (например, перегородок);

кратковременные – от веса (массы) подвижного оборудования (например, кранов в промышленных зданиях), людей, мебели, снега, от действия ветра;

особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварий оборудования и т.п.

К несиловым относятся:

температурные воздействия , вызывающие изменения линейных размеров материалов и конструкций, которое приводит в свою очередь к возникновению силовых воздействий, а также влияющие на тепловой режим помещения;

воздействия атмосферной и грунтовой влаги , а такжепарообразной влаги, содержащейся в атмосфере и в воздухе помещений, вызывающие изменение свойств материалов из которых выполнены конструкции здания;

движения воздуха вызывающее не только нагрузки (при ветре), но и его проникновение внутрь конструкции и помещений, изменение их влажностного и теплового режима;

воздействие лучистой энергии солнца (солнечная радиация) вызывающие в результате местного нагрева изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала, конструкций, изменение светового и теплового режима помещений;

воздействие агрессивных химических примесей , содержащихся в воздухе, которые в присутствии влаги могут привести к разрушению материала конструкций здания (явлении коррозии);

биологические воздействия , вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций из органических строительных материалов;

воздействие звуковой энергии (шума) и вибрации от источников внутри или вне здания.

По месту приложения усилий нагрузки разделяются на сосредоточенные (например, вес оборудования) и равномернораспределенные (собственный вес, снег).

По характеру действия нагрузки могут быть статическими , т.е. постоянными по величине во времени и динамическими (ударными).

По направлению – горизонтальные (ветровой напор) и вертикальные (собственный вес).

Т.о. на здание действует самые различные нагрузки по величине, направлению, характеру действия и месту приложения.

Рис. 2.3. Нагрузки и воздействия на здание.

Может получится такое сочетание нагрузок, при котором все они будут действовать в одном направлении, усиливая друг друга. Именно на такие неблагоприятные сочетания нагрузок рассчитывают конструкции здания. Нормативные значения всех усилий, действующих на здание, приведены в ДБН или СНиПе.

Следует помнить, что воздействия на конструкции начинаются с момента их изготовления, продолжаются при транспортировке, в процессе возведения здания и его эксплуатации.

4. Основные требования предъявляемые к зданиям и их элементам.

Здания образуют материально-пространственную среду для осуществления людьми различных социальных процессов быта, труда и отдыха. Поэтому они должны отвечать ряду требований, основные из них:

– функциональная (или технологичная ) целесообразность, т.е. здание должно быть удобно для труда, отдыха или другого процесса, для которого оно предназначено;

– техническая целесообразность, т.е. здания должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, надежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям;

– архитектурно-художественной выразительности, т.е. оно должно быть привлекательным по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей;

– экономическая целесообразность, предусматривающая при минимальных затратах на постройку и эксплуатацию здания получения максимума полезной площади.

– природоохранные .

Основным в здании или помещении является его функциональное назначение.

Осуществление той или иной функции всегда сопровождается осуществлением какой-либо другой функции, имеющей подсобный характер. Например, учебные занятия в аудитории представляют главную функцию этого помещения, движение же людей при заполнении аудитории и после окончания занятий – подсобную. Следовательно, можно различить главные и подсобные функции. Главная функция для конкретного помещения в другом помещении может быть подсобной, и наоборот.

Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

пространство , необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

звуковой режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих как в самом помещении, так и проникающие извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека;

световой режим– условия работы органов зрения, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения;

видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении.

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которое должно находиться в полном соответствии с законами механики, физики, химии.

В соответствии с воздействием среды к зданию и его конструкциям предъявляется комплекс технических требований.

Прочность – способность здания в целом и отдельных его конструкций воспринимать внешние нагрузки и воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.

Устойчивость (жесткость) – способность здания сохранять статическое и динамическое равновесие при внешних воздействиях здания зависящая от целесообразного размещения конструкций в соответствии с величиной и направлением нагрузок и от прочности их сопряжений.

Долговечность , означающая прочность, устойчивость и сохранность здания и его элементов во времени. Она зависит от:

ползучести материалов, т.е. от процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок.

морозостойкости материалов, т.е. от способности влажного материала противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию;

влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию и т.д.);

коррозиестойкости , т.е. от способности материала сопротивляться разрушению, вызываемому химическими и электрическими процессами;

биостойкости , т.е. от способности органических строительных материалов противостоять действию насекомых и микроорганизмов.

Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. Практических инженерных методов расчета долговечности зданий пока не создано, поэтому в строительных нормах и правилах здания по долговечности условно разделяются на три степени :

1-я степень – срок службы более 100 лет;

2-я степень – срок службы от 50 до 100 лет;

3-я степень – срок службы от 20 до 50 лет.

Что такое классы ответственности или категория сложности объекта?
Согласно ДБН В.1.2-14-2009 «Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений, строительных конструкций и оснований» и ДБН A.2.2-3:2012 «Состав и содержание проектной документации на строительство», который распространяются на:
- строительные объекты (здания и сооружения) различного назначения.
- составные части объектов, их основы и конструкции из различных материалов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Классы последствий (ответственности) зданий и сооружений определяются уровнем возможных материальных убытков и (или) социальных потерь, связанных с прекращением эксплуатации или с потерей целостности объекта.

Возможные социальные потери от отказа должны оцениваться в зависимости от таких факторов риска, как:
- опасность для здоровья и жизни людей;
- резкое ухудшение экологической обстановки в прилегающей к объекту местности (например, при разрушении хранилищ токсичных жидкостей или газов, отказе очистных сооружений канализации и т.п.);
- потеря памятников истории и культуры или других духовных ценностей общества;
- прекращение функционирования систем и сетей связи, энергоснабжения, транспорта или других элементов жизнеобеспечения населения или безопасности общества;
- невозможность организовать предоставление помощи пострадавшим при авариях и стихийных бедствиях;
- угроза обороноспособности страны.

КАТЕГОРИЯ СЛОЖНОСТИ ОБЪЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА
Категория сложности объекта строительства определяют на основании класса последствий (ответственности) в соответствии с таблицей
Возможные экономические убытки должны оцениваться расходами, связанными как с необходимостью восстановления объекта, который отказал, так и косвенный ущерб (убытки от остановки производства, упущенная выгода и т.д.).

Для того чтобы здание было технически целесообразным, необходимо знать внешние воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами (рис. 11.2), которые можно разделить на два вида: силовые (нагрузки) и несиловые (воздействия окружающей среды).

Рис. 11.2.

1 – постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 – ветер; 3 – особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 – вибрации; 5 – боковое давление грунта; 6 – давление грунта (отпор); 7 – грунтовая влага; 8 – шум; 9 – солнечная радиация; 10 – атмосферные осадки; 11 – состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)

К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:

• постоянные – от собственной массы элементов здания, от давления грунта на его подземные элементы;
• временные длительного действия – от массы стационарного оборудования, длительно хранящихся грузов, собственной массы перегородок, которые могут перемещаться при реконструкции;
• кратковременные – от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, от действия ветра на здание;
• особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате аварии оборудования.

К несиловым воздействиям относятся:

• температурные воздействия, влияющие на тепловой режим помещений, а также приводящие к температурным деформациям, которые уже являются силовыми воздействиями;
• воздействия атмосферной и грунтовой влаги, а также воздействия паров влаги в воздухе помещения, вызывающие изменения свойств материалов, из которых выполнены конструкции здания;
• движение воздуха, вызывающее его проникновение внутрь конструкции и помещения, изменяющее их влажностный и тепловой режим;
• воздействие прямой солнечной радиации, вызывающее изменение физико-технических свойств поверхностных слоев материала конструкций, а также теплового и светового режима помещений;
• воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе, которые в смеси с дождевой или грунтовой водой образуют кислоты, разрушающие материалы (коррозия);
• биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми, приводящие к разрушению конструкций и к ухудшению внутренней среды помещений;
• воздействие звуковой энергии (шума) от источников внутри и вне здания, нарушающей нормальный акустический режим в помещении.

В соответствии с перечисленными нагрузками и воздействиями к зданиям и их конструкциям предъявляются следующие требования.

• 1. Прочность – способность воспринимать нагрузки без разрушения.
• 2. Устойчивость – способность конструкции сохранять равновесие при внешних и внутренних нагрузках.
• 3. Жесткость – способность конструкций нести нагрузку с минимальными, заранее заданными нормами деформациями.
• 4. Долговечность – способность здания и его конструкций выполнять свои функции и сохранять свои качества в течение предельного срока эксплуатации, на который они рассчитаны. Долговечность зависит от следующих факторов:
  • ползучести материалов, т.е. процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок;
  • морозостойкости материалов, т.е. способности влажного материала противостоять попеременному замораживанию и оттаиванию;
  • влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию);
  • коррозионной стойкости, т.е. способности материалов сопротивляться разрушению, вызванному химическими и электрохимическими процессами;
  • биостойкости, т.е. способности органических материалов противостоять разрушающему действию насекомых и микроорганизмов.

Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. По этому признаку здания и сооружения разделяют на четыре степени:

• 1–я – более 100 лет (основные конструкции, фундаменты, наружные стены и т.п. выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных видов воздействий);
• 2–я – от 50 до 100 лет;
• 3–я – от 20 до 50 лет (конструкции не обладают достаточной стойкостью, например дома с деревянными наружными стенами);
• 4–я – до 20 лет (временные здания и сооружения).

Срок службы зависит также от условий, в которых находятся здание и сто конструкции, а также от качества их эксплуатации.

Важнейшим требованием к зданиям и сооружениям является требование пожарной безопасности . По степени возгораемости строительные материалы делятся на три группы:

• несгораемые (не горят, не тлеют и не обугливаются под воздействием огня или высокой температуры);
• трудносгораемые (под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня или высокой температуры горение и тление прекращаются). Обычно они защищаются снаружи несгораемыми материалами;
• сгораемые (под воздействием открытого огня или высокой температуры горят, тлеют или обугливаются и после удаления источника огня или температуры продолжают гореть или тлеть).

Предел огнестойкости конструкций зданий определяется длительностью (в минутах) сопротивления действию огня до потери прочности или устойчивости, либо до образования сквозных трещин, либо до повышения температуры на поверхности конструкции со стороны, противоположной огню, в среднем более 140°С.

Здания или их отсеки между противопожарными стенками – брандмауэрами (рис. 11.3) в зависимости от степени возгораемости их конструкций разделяются на пять степеней огнестойкости. Степень огнестойкости зданий определяется по Строительным нормам и правилам (СНиП) 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений".

Рис. 11.3. Противопожарные стенки – брандмауэры (а) и зоны (б):

1 – противопожарная стенка; 2 – несгораемое перекрытие; 3 – несгораемый гребень

К I степени огнестойкости относятся здания, несущие и ограждающие конструкции которых выполнены из камня, бетона, кирпича с применением плитных или листовых несгораемых материалов. В зданиях II степени огнестойкости материалы также выполнены из несгораемых материалов, но имеют меньший предел огнестойкости. В зданиях III степени огнестойкости допускается применение сгораемых материалов для перегородок и перекрытий. В зданиях IV степени огнестойкости для всех конструкций допускается применение сгораемых материалов с минимальным пределом огнестойкости 15 мин, кроме стен лестничных клеток. К V степени огнестойкости относят временные здания. Предел огнестойкости их конструкций не нормируется. В зданиях III, IV и V степеней огнестойкости предусматривается рассечение их брандмауэрами и противопожарными перекрытиями на отсеки, ограничивающие площадь распространения пожара.

Предполагается, что все опорные точки конструкции движутся поступательно по одинаковому закону Х 0 = XJ ()

При землетрясении грунты основания здания приходят в движение, что показано на рисунке 14.

При этом на каждую единицу объема сооружения действует инерционная сила, зависящая от сосредоточенных в этих объемах инерционных параметров - масс и жест- костных характеристик сооружения. Эти инерционные силы называются сейсмическими силами или сейсмическими нагрузками и приводят сооружение в напряженно- деформированное состояние.

Рассмотрим основные подходы, позволяющие определить такие важные параметры, как жесткость, собственную частоту и формы колебаний сооружения. Наиболее просто выбрать в качестве модели здания линейный осциллятор, воздействие на который моделируется горизонтальным перемещением основания по заданному закону X Q = X 0 (t), а система имеет одну степень свободы, определяемую горизонтальным перемещением сосредоточенной массы т (рис. 15).

Таким образом, полное перемещение Х 0 (0 массы т в любой момент времени складывается из «переносного» перемещения Xj(t) и относительного перемещения, вызванного изгибом стержня X 2 (t):

Составим уравнение движения, используя метод перемещений, ибо нас интересует значение восстанавливающей силы (силы упругости), равной

Расчетная схема линейного осциллятора

где -перемещение Х т массы в горизонтальном

направлении, вызванное действием единичной силы - жесткость линейного осциллятора.

Уравнение равновесия массы будет

Тогда с учетом:

где со 2 - частота собственных колебаний осциллятора, получаем уравнение движения, в котором параметром, определяющим колебательную систему, является частота собственных колебаний этой системы:

Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, поэтому для реальных зданий и сооружений уравнения, определяющие их движение при сейсмической нагрузке, весьма громоздки, однако при этом система характеризуется все той же частотой собственных колебаний.

Если обобщить задачу сейсмостойкого строительства, то с точки зрения выведенных уравнений она состоит в выявлении тех конструкций, которые являются наименее прочными и жесткими, и соответственно в увеличении их прочности (сейсмоусиление) или снижении нагрузки на них (сейсмоизоляция).

В современных нормативных документах изложены общие требования по обеспечению механической безопасности зданий и сооружений. Так, в ч. 6 ст. 15 Федерального закона № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» выдвинуты требования о том, что «в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения его строительные конструкции и основание не достигнут предельного состояния по прочности и устойчивости... при вариантах одновременного действия нагрузок и воздействий».

За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости должно быть принято состояние, характеризующееся:

• разрушением любого характера;
• потерей устойчивости формы;
• потерей устойчивости положения;
• нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению здания или сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания.

Здание или сооружение на территории, на которой возможно проявление опасных природных процессов и явлений и (или) техногенных воздействий, должно быть спроектировано и построено таким образом, чтобы в процессе эксплуатации здания или сооружения опасные природные процессы и явления и (или) техногенные воздействия не вызывали последствий, указанных в ст. 7 Федерального закона № 384 , и (или) иных событий, создающих угрозу причинения вреда жизни или здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью животных и растений.

Для элементов строительных конструкций, характеристики которых, учтенные в расчетах прочности и устойчивости здания или сооружения, могут изменяться в процессе эксплуатации под воздействием климатических факторов или агрессивных факторов наружной и внутренней среды, в том числе под воздействием сейсмических процессов, которые могут вызывать усталостные явления в материале строительных конструкций, в проектной документации должны быть дополнительно указаны параметры, характеризующие сопротивление таким воздействиям, или мероприятия по защите от них.

При оценке последствий землетрясения используется классификация зданий, приведенная в сейсмической шкале MMSK - 86 . В соответствии с этой шкалой здания разделяются на две группы:

• 1) здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;
• 2) здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.

Здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий разделяют на типы.

А1 - местные здания. Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из скатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах ит.п.

А2 - местные здания. Здания из самана или сырцового кирпича, с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т. п.

Б - местные здания. Здания с деревянными каркасами с заполнителями из самана или глины и легкими перекрытиями:

• 1) Б1 - типовые здания. Здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе; деревянные щитовые дома;
• 2) Б2 - сооружения из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни.

В - местные здания. Деревянные дома, рубленные в «лапу» или в «обло»:

• 1) В1 - типовые здания. Железобетонные, каркасные крупнопанельные и армированные крупноблочные дома;
• 2) В2 - сооружения. Железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т. п.

Здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями разделяются на типы:

• 1) С 7 - типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов;
• 2) С8 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 8 баллов;
• 3) С9 - типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 9 баллов.

При сочетании в одном здании двух или трех типов здание в целом следует относить к слабейшему из них.

При землетрясениях принято рассматривать пять степеней разрушения зданий. В международной модифицированной сейсмической шкале MMSK-86 предлагается следующая классификация степеней разрушения зданий:

• 1) d = 1 - слабые повреждения. Слабые повреждения материала и неконструктивных элементов здания: тонкие трещины в штукатурке; откалывание небольших кусков штукатурки; тонкие трещины в сопряжениях перекрытий со стенами и стенового заполнения с элементами каркаса, между панелями, в разделке печей и дверных коробок; тонкие трещины в перегородках, карнизах, фронтонах, трубах. Видимые повреждения конструктивных элементов отсутствуют. Для ликвидации повреждений достаточно текущего ремонта зданий;
• 2) d = 2 - умеренные повреждения. Значительные повреждения материала и неконструктивных элементов здания, падение пластов штукатурки, сквозные трещины в перегородках, глубокие трещины в карнизах и фронтонах, выпадение кирпичей из дымовых труб, падение отдельных черепиц. Слабые повреждения несущих конструкций: тонкие трещины в несущих стенах; незначительные деформации и небольшие отколы бетона или раствора в узлах каркаса и стыках панелей. Для ликвидации повреждений необходим капитальный ремонт зданий;
• 3) d = 3 - тяжелые повреждения. Разрушения неконструктивных элементов здания: обвалы частей перегородок, карнизов, фронтонов, дымовых труб; значительные повреждения несущих конструкций: сквозные трещины в несущих стенах; значительные деформации каркаса; заметные сдвиги панелей; выкрашивание бетона в узлах каркаса. Возможен восстановительный ремонт здания;
• 4) d = 4 - частичные разрушения несущих конструкций: проломы и вывалы в несущих стенах; развалы стыков и узлов каркаса; нарушение связей между частями здания; обрушение отдельных панелей перекрытия; обрушение крупных частей здания. Здание подлежит сносу;
• 5) d = 5 - обвалы. Обрушение несущих стен и перекрытия, полное обрушение здания с потерей его формы.

Анализируя последствия землетрясений, можно выделить следующие основные повреждения, которые получили здания различной конструктивной схемы, если сейсмические воздействия превосходили расчетные.

В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса вследствие возникновения в этих местах значительных изгибающих моментов и поперечных сил. Особенно сильные повреждение получают основания стоек и узлы соединения ригелей со стойками каркаса (рис. 16а).

В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее часто разрушаются стыковые соединения панелей и блоков между собой и с перекрытиями. При этом наблюдается взаимное смещение панелей, раскрытие вертикальных стыков, отклонение панелей от первоначального положения, а в некоторых случаях обрушение панелей (рис. 160).

Для зданий с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки, туфовые блоки и др.) характерны следующие повреждения: появление трещин в стенах (рис. 17); обрушение торцовых стен; сдвиг, а иногда и обрушение перекрытий; обрушение отдельно стоящих стоек и особенно печей и дымовых труб.

Разрушение зданий в полной мере характеризуют законы разрушения. Под законами разрушения здания по-

Разрушение каркасного здания при землетрясении в Китае (а) и разрушение панельных зданий при землетрясении в Румынии (б) нимается зависимость между вероятностью его повреждения и интенсивностью проявления землетрясения в баллах. Законы разрушения зданий получены на основе анализа статистических материалов по разрушению жилых, общественных и промышленных зданий от воздействия землетрясений разной интенсивности.

Характерные повреждения кирпичных простенков при сейсмическом воздействии

Для построения кривой, аппроксимирующей вероятности наступления не менее определенной степени повреждения зданий, используется нормальный закон распределения повреждений. При этом учитывается, что для одного и того же здания может рассматриваться не одна, а пять степеней разрушения, т.е. после разрушения наступает одно из пяти несовместимых событий. Значения математического ожидания М мо интенсивности землетрясения в баллах, вызывающего не менее определенных степеней разрушения зданий, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Математические ожидания М мо законов разрушения зданий

Использование данных таблицы 1 позволяет прогнозировать вероятность повреждения зданий различных классов при заданной интенсивности землетрясения.