Нагрузки и воздействия на здание и его конструктивные элементы

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-художественнойвыразительности, 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);

звуковойрежим – 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;

влагостойкостиматериалов, 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.

К 1-й степени долговечности относятся здания, основные конструкции которых (например, фундаменты, наружные стены и т.п.) выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных выше воздействий.

В зданиях необходимо предусмотреть конструктивные, объемно- планировочные и инженерно- технические решения, которые должны обеспечить при пожаре:

· Возможность эвакуации людей наружу на прилегающую к зданию территорию людей независимо от их возраста и физического состояния;

· Возможность спасения людей;

· Возможность доступа личного состава пожарных подразделений к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению людей и материальных ценностей;

· Нераспространение пожара на рядом расположенные здания, в том числе при обрушении горящего здания;

· Ограничение материальных потерь, включая здание и оборудование, при экономически обоснованному соотношении величины потерь и затрат на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение.

Важным техническим (и отчасти функциональным) требованием, оказывающим большое влияние на объемно- планировочное и конструктивное решение здания, является пожарная безопасность, означающая сумму мероприятий, которые уменьшают возможность возникновение пожара и, следовательно, возгорания конструктивных элементов здания и обеспечивают безопасность людей.

Строительные материалы классифицируют по следующим показателям пожарной опасности: горючести, воспламеняемости, распространению пламени по поверхности, дымообразующей способностиитоксичности продуктов горения.

По горючести строительные материалы подразделяют на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Негорючие строительные материалы по другим показателям пожарной опасности не классифицируют.

Горючие строительные материалы подразделяют на четыре группы:

Г1 (низкой горючести);

Г2 (умеренной горючести);

Г3 (средней);

Г4 (повышенной горючести).

По воспламеняемости подразделяют на три группы:

В1 (трудновоспламеняемые);

В2 (умеренновоспламеняемые);

В3 (легковоспламеняемые).

По распространению пламени по поверхности подразделяют на четыре группы:

РП1 (не распространяющие);

РП2 (локально распространяющие);

РП3 (умеренно распространяющие);

РП4 (значительно распространяющие).

По дымообразующей способности подразделяют на три группы:

Д1 ( с малой дымообразующей способностью);

Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);

Д3 (с высокой дымообразующей способностью).

По токсичности продуктов горения подразделяют на четыре группы:

Т1 (малоопасны);

Т2 (умеренноопасны);

Т3 (высокоопасные);

Т4 (чрезвычайно опасные).

Группы строительных материалов по распространению пламени по поверхности определяют для поверхностных слоев конструкций кровель, полов, в.т.ч. ковровых покрытий.

Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости и способности распространять огонь.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости конструкции, который определяется временем (в минутах) от начала огневого испытания по стандартному температурному режиму до наступления одного из предельных состояний конструкции:

потери несущей способности (R);

потери целостности (Е);