Здания и сооружения

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет»

Кафедра экономики и менеджмента в городском хозяйстве Г. Ф. Кузнецова ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Конспект лекций Специальности

8 0502(2) — Экономика и управление на предприятии городского хозяйства

8 0502(9) — Экономика и управление на предприятии (операции с недвижимым имуществом)

Санкт-Петербург 2009 г.

Допущено

редакционно-издательским советом СПбГИЭУ

в качестве методического издания

Составитель

канд. экон. наук, доц. Г. Ф. Кузнецова

Рецензент

канд. техн. наук, доц. В.Ф. Коновалов

Подготовлено на кафедре

экономики и менеджмента в городском хозяйстве

Одобрено научно-методическим советом специальностей

8 0502(2) — Экономика и управление на предприятии

городского хозяйства

8 0502(9) — Экономика и управление на предприятии

(операции с недвижимым имуществом)

Отпечатано в авторской редакции с оригинал-макета,

представленного составителем

СПбГИЭУ, 2009

В данном конспекте лекций рассматриваются вопросы основ проектирования жилых, общественных зданий и сооружений, технико-экономической и социально-экономической оценки и выбора наилучшего варианта проектного решения. Изучаются существующие объемно-планировочные и конструктивные решения зданий, устройство инженерно-технических систем и конструктивных элементов жилых и общественных зданий.

Актуальность изучения указанных вопросов обусловлена растущими темпами строительства в городах. Для улучшения качества содержания и обслуживания зданий и сооружений, а также для обеспечения их надежности и долговечности необходимы глубокие знания в области проектирования, конструирования и устройства инженерно-технических систем зданий и сооружений.

Содержание конспекта лекций соответствует рабочей программе дисциплины «Здания и сооружения», разработанной в Санкт-Петербургском государственном инженерно-экономическом университете для студентов по специальностям 8 0502(2) — Экономика и управление на предприятиях городского хозяйства и 8 0502(9) — Экономика и управление на предприятии (операции с недвижимым имуществом).

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗДАНИЯХ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

В данном разделе мы познакомимся в основными конструктивными и объемно-планировочными элементами зданий, с требованиями, предъявляемыми к зданиям и их конструктивным элементам; рассмотрим основные положения проектирования зданий и сооружений; изучим систему нормативных документов в строительстве. Мы также познакомимся с основными методическими положениями технико-экономической и социальной оценки проектов жилых и общественных зданий и обсудим проблемы, возникающие при осуществлении оценочных расчетов.

ТЕМА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗДАНИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ

1. Конструктивные элементы и схемы зданий.

2.Техническая целесообразность конструкций.

3. Рациональность зданий.

4. Гигиена зданий.

5. Функциональность зданий.

6. Безопасность зданий.

1. Конструктивные элементы и схемы зданий

ЗДАНИЕ — это антропогенная система, созданная человеком для защиты от непогоды и врагов, а также для определенного вида деятельности.

СООРУЖЕНИЕ — это объемная, плоскостная или линейная наземная, надземная или подземная строительная система, состоящая из несущих, в отдельных случаях и ограждающих, конструкций, и предназначенная для выполнения производственных процессов различного вида, хранения материалов, изделий, оборудования, для временного пребывания людей, перемещения людей и грузов и т. д. (трубопроводы, линии электропередач, путепроводы, аэродромы, стадионы, метро, тоннели, башни, гидротехнические и мелиоративные сооружения).

Все здания и сооружения делятся на жилые, общественные и производственные.

Здания состоят из объемно-планировочных и конструктивных элементов. ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫМ элементом называется часть объема здания, ограниченная высотой этажа, продольным и поперечным шагом, пролетом. Высотой этажа считается расстояние от уровня пола до верха вышележащей перекрывающей конструкции. Шаг — это расстояние между вертикальными несущими конструкциями (колоннами, столбами, стенами или оконными простенками), членящими здание на планировочные элементы. Обычно шаг совпадает с несущим пролетом горизонтальных конструкций. В зависимости от направления в плане здания шаг может быть продольным (по длине здания) и реже поперечным (поперек здания).

Пролет — расстояние в плане здания между разбивочными осями его несущих стен, колонн, опор в направлении, соответствующем длине основной несущей плиты перекрытия.

Здания состоят из таких конструктивных элементов как фундаменты, стены, колонны, перекрытия, крыша, лестницы, перегородки, окна и двери.

Фундаменты — это подземные конструкции, предназначенные для передачи нагрузки от здания через подошву на грунт основания. Подошва — нижняя плоскость фундамента. В домах с подвалами фундаменты одновременно являются стенами подземных помещений.

Стены делятся на наружные и внутренние. Наружные ограждают внутренний объем здания от внешней среды, внутренние разделяют помещения.

Колонны и столбы называются опорами или стойками. Они устанавливаются внутри здания, воспринимают нагрузки от перекрытий и стен, и передают их на фундамент.

Перекрытия разделяют здания на этажи, несут собственный вес и полезные (временные) нагрузки от людей и различных предметов, стоящих на полах. Перекрытия обеспечивают также пространственную жесткость здания, воспринимают горизонтальные усилия, например, от ветра. Бывают надподвальные, междуэтажные и чердачные перекрытия.

Крыша состоит из кровли и поддерживающей ее конструкции. Кровля это водонепроницаемое покрытие здания. Ее поддерживают специальные конструкции, которые называются СТРОПИЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ, или чердачное перекрытие. Тогда крыша называется совмещенной.

Лестницы являются вертикальными коммуникациями здания. Для защиты от огня и задымления лестницы часто огораживают несгораемыми стенами. Пространство внутри этих стен называют лестничными клетками. Снаружи здания иногда устанавливают запасные пожарные лестницы. Их делают в виде металлических стремянок или системы стремянок с переходными площадками в каждом этаже.

Перегородки устанавливаются на перекрытия и делят пространство в пределах этажа на помещения. Они не несут нагрузок кроме собственного веса. Поэтому их делают тонкими.

Окна и двери заполняют проемы в стенах. Окна — прозрачные ограждающие конструкции здания. В некоторых зданиях окна полностью заменяют наружные стены. Внутренние двери служат для изоляции помещений и связи между ними.

Подземная часть здания расположена ниже планировочной отметки земли или отмостки (ниже 0.000). Она состоит из фундамента, стен, подвала или цокольного этажа и их перекрытия.

Отмосткой называется узкая полоса вокруг здания с покрытием из каменных материалов, бетона или асфальтобетона. Отмостке придают небольшой поперечный уклон для отвода воды от здания. Уклон обозначается буквой.

Планировочная отметка земли — это уровень земли на границе отмостки.

Надземная часть здания располагается выше перекрытия подземной части здания.

Часть здания по высоте, ограниченная полом и перекрытием или поломи покрытием, составляет ЭТАЖ. Этажи разделяются между собой перекрытиями.

В зависимости от расположения в здании этажи бывают надземные, подвальные, цокольные (полуподвальные), мансардные, технические.

Технический этаж используют для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций. Он может быть размещен в средней, нижней (техническое подполье) и верхней (технический чердак) части здания.

Чердак — это пространство между поверхностью покрытия крыши, наружными стенами и перекрытием верхнего этажа.

Лестнично-лифтовой узел — это помещение, предназначенное для размещения вертикальных коммуникаций (лестничной клетки и лифтов).

Лестнично-лифтовой холл — помещение перед входами в лифты.

Фундаменты, колонны, перекрытия и стены, если они не подвешены к перекрытиям, называют НЕСУЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ. ОНИ ВОСПРИНИМАЮТ ВСЕ ВИДЫ НАГРУЗОК, ВОЗНИКАЮЩИХ в зданиях и действующих на него извне, и передают эти нагрузки на грунты оснований. Несущие конструкции образуют НЕСУЩИЙ ОСТОВ ЗДАНИЯ. Его повреждение может привести к обрушению всего сооружения.

Части здания, которые защищают от внешней среды или разделяют помещения, называются ОГРАЖДЕНИЯМИ. От их прочности не зависит прочность всего здания, поэтому их можно заменять или разбирать совсем. Ограждающими конструкциями являются кровли, полы, перегородки, окна и двери.

Некоторые конструкции могут выполнять двоякую функцию. Например, несущие стены воспринимают постоянные и временные нагрузки и защищают здание от холода, солнечной радиации, ветра, дождя и снега. Внутренние ограждения — перекрытия и стены — являясь несущими, одновременно обеспечивают изоляцию помещений.

Под КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМОЙ здания понимается принцип размещения в пространстве его основных несущих конструкций. Конструктивную схему здания определяет его несущий остов.

В настоящее время применяются следующие конструктивные схемы зданий:

с несущими стенами (бескаркасные);

каркасные;

из объемно-пространственных элементов.

Схема с НЕСУЩИМИ СТЕНАМИ — конструкция, объединяющая наружные и внутренние стены в единый СТАНОВОЙ ОСТОВ. Остов этих зданий представляет собой коробку, пространственная жесткость которой обеспечивается несущими стенами, перекрытиями и покрытиями, образующими жесткие вертикальные и горизонтальные плоские связи. Он является одновременно ограждающей и несущей конструкцией; воспринимает все нагрузки: ветровые, от крыши и перекрытий. Часть стен иногда заменяют столбами, выполненными из того же материала. При этом экономятся материалы и, кроме того, когда нет сплошных внутренних стен, проще решать внутреннее пространство.

Бескаркасные здания с НЕСУЩИМИ ПОПЕРЕЧНЫМИ СТЕНАМИ имеют более жесткий остов и позволяют применять облегченные самонесущие или навесные наружные стены, к которым предъявляются только теплозащитные требования. Перекрытия и покрытия при этой схеме опираются только на поперечные несущие стены.

Бескаркасные здания с НЕСУЩИМИ ПРОДОЛЬНЫМИ СТЕНАМИ наиболее широко применяются при строительстве кирпичных или крупноблочных жилых зданий, а также в крупнопанельных зданиях, продольные стены которых имеют большую прочность.

Панели перекрытий и покрытий опираются на продольные несущие стены. Чаще всего на 2 наружные и внутреннюю центральную стены.

Поперечные стены при этой схеме ставятся лишь для ограждения лестничных клеток и вентиляционных каналов. Эти схемы могут совмещаться, т. е. — бескаркасные здания с продольными и поперечными несущими стенами.

В КАРКАСНЫХ СХЕМАХ нагрузки воспринимает система вертикальных и горизонтальных элементов, связанных между собой в виде этажерки. Вертикальные элементы — колонны, горизонтальные — балки, прогоны и ригели перекрытий. БАЛКА — конструктивный элемент перекрытия или каркаса из дерева, стали и железобетона. Балка работает главным образом на изгиб. Эту схему применяют, в основном, для зданий повышенной этажности, т.к. они имеют большую жесткость и устойчивость.

При ПОЛНОМ КАРКАСЕ колонны устанавливают внутри здания и по его периметру. Стены навешивают на горизонтальные элементы (рандбалки). При этом они являются только ограждающими конструкциями.

При НЕПОЛНОМ КАРКАСЕ колонны устанавливают только внутри здания, а ригели и прогоны одной стороной укладывают на наружные стены. Стены здесь являются несущей и ограждающей конструкцией.

Схема из ОБЪЕМНО-ПРОСТРАНСТВЕННЫХ элементов. Дом собирают как из кубиков.

2. Техническая целесообразность конструкций

Конструктивное решение элементов и схемы здания в целом выбирают на основе вариантного проектирования. Проектные решения анализируют, определяют техническую целесообразность конструкций и оценивают технико-экономические показатели. Степень технической целесообразности определяется соответствием отличительных признаков конструктивного решения архитектурному замыслу сооружения, его планировочной и объемной композиции.

Проектные решения выбирают, сравнивая технико-экономические показатели. Основными из них являются: степень заводской готовности, число типоразмеров, масса элементов, расход материалов, трудоемкость, приведенные затраты и сборность конструкций.

Степень заводской готовности, число типоразмеров, масса элементов — эти показатели важны в производстве. Большое количество типоразмеров усложняет изготовление. Применение деталей с разной массой приводит к неполному использованию грузоподъемности кранов и др. подъемно-транспортных машин.

Показатель расхода материалов определяет их количество, необходимое для изготовления конструкции, отнесенное к ее единице (м³ — объема, м² — поверхности, м — линейного размера).

Удельная трудоемкость характеризует количество труда, необходимого на изготовление единицы продукции.

Показатель приведенных затрат определяют при сравнении вариантов конструктивных решений отдельных элементов здания. Наилучший вариант выбирают по минимуму приведенных затрат.

Коэффициент сборности определяется отношением сметной стоимости конструкций, смонтированных из сборных деталей, к сметной стоимости строительства — формула (1).

К_сб = С_сб/С, (1)

где С_сб ^- стоимость конструктивных элементов здания, выполненных из сборных деталей;

С — сметная стоимость строительства сооружения без стоимости земляных работ.

3. Рациональность зданий.

Под КАЧЕСТВОМ ЖИЛЬЯ понимают совокупность свойств, характеризующих степень пригодности зданий к использованию по назначению и удовлетворению запросов потребителя. Оценка качества базируется на методах квалиметрии, которые предусматривают классификацию свойств по уровням. Структуру качества представляют в виде дерева свойств. По мере перехода на более высокий уровень показатели качества разбивают на частные. При этом уточняют содержание свойств каждого из них.

Комплексное понятие качества делят на рациональность и комфортность. Рациональность закладывают в основу бизнес-плана на самом раннем этапе изучения идеи проекта инвестирования строительства.

Затем, на следующем уровне, понятие рациональности делят на 2 группы свойств: экономичность и капитальность.

Экономические требования — дополнительное условие качества. Эти требования содержат оценку первоначальных капитальных вложений — инвестиций, которая складывается из сравнительной эффективности инвестиций и затрат на эксплуатацию. Чрезмерное сокращение затрат на строительство может привести к значительному повышению эксплуатационных расходов и сокращению межремонтных сроков службы.

Фактор капитальности включает в себя такие характеристики конструкций как долговечность и огнестойкость.

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ — это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. При наступлении предельного состояния дальнейшая эксплуатация сооружения становится невозможной. Показателем долговечности является СРОК СЛУЖБЫ. Различают срок службы между постройкой дома и первым капитальным ремонтом, межремонтный срок службы и средний срок службы. Он устанавливается статистическим путем как усредненное значение фактических сроков службы зданий и его элементов. Существуют также нормативные сроки службы, т. е. минимально допустимые.

С долговечностью связано понятие РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ здания. Ремонтопригодность — это приспособленность элементов здания к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей при техническом обслуживании и ремонте. Чем меньше ремонтопригодность, тем сложнее техническая эксплуатация, тем больше трудоемкость и продолжительность ремонта.

Состояние, при котором здание и его элементы способны нормально функционировать в заданных режимах, называется РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ.

Факторы, вызывающие изменение работоспособности здания и отдельных элементов, делятся на причины внутреннего и внешнего характера.

ПРИЧИНЫ ВНУТРЕННЕГО ХАРАКТЕРА:

физико-химические процессы, протекающие в материалах, из которых изготовлены конструктивные элементы;

нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации;

конструктивные факторы;

качество изготовления (дефекты производства).

ПРИЧИНЫ ВНЕШНЕГО ХАРАКТЕРА:

климатические факторы (t^o, влажность, солнечная радиация);

факторы окружающей среды (ветер, пыль, наличие в атмосфере агрессивных соединений, биологические факторы);

качество эксплуатации;

техническое обслуживание и ремонт.

Наиболее существенными являются факторы конструктивного характера. Рациональные конструктивные решения обеспечивают требуемую работоспособность всех элементов зданий за установленную длительность их эксплуатации при минимальных затратах труда и средств на ее поддержание. Нерациональные и ошибочные конструктивные решения могут привести к утрате работоспособности или разрушению отдельных конструктивных элементов.

Действие климатических факторов и окружающей среды может быть снижено и совсем исключено путем соответствующих конструктивных решений.

Сохранение работоспособности в течение всего срока службы здания или его элемента называют НАДЕЖНОСТЬЮ. Надежность можно также понимать как сохранение качества во времени. Без базового хорошего качества не может быть речи о надежности. При низком качестве построенных зданий и сооружений возникают дополнительные расходы материалов, труда и денежных средств на переделки и ликвидацию брака, допущенного при строительстве. Это приводит к задержке сдачи объектов в эксплуатацию.

Надежность элемента характеризуется вероятностью безотказной работы и вероятностью отказа. ОТКАЗ — частичная или полная потеря работоспособности в результате возникновения неисправности.

Большая вероятность отказов в период приработки. Это связано с наличием дефектов конструктивных элементов, которые отказывают один за другим. В короткий срок интенсивность отказов быстро уменьшается и становится приблизительно постоянной величиной, когда все дефектные элементы уже отказали и их отремонтировали или заменили. Наступает период нормальной эксплуатации. Отказы этого периода называются внезапными. Например, отказы стыков в виде протечек и промерзаний.

В период интенсивного износа увеличивается число отказов, связанных с явлениями старения материала.

К концу срока службы здания возрастает вероятность отказа, а вероятность безотказной работы стремится к нулю. Эта закономерность является следствием физического износа.

Под ФИЗИЧЕСКИМ ИЗНОСОМ подразумевают частичную или полную потерю зданием или его элементом эксплуатационных свойств. Она возникает в результате накопления неисправностей, ухудшения или потери работоспособности в результате действия сил природы и функциональных процессов, протекающих в здании.

Физический износ выражают в процентах и рублях. Чтобы приближенно определить величину физического износа — формула (2) — фактический срок эксплуатации (Т_ф) сравнивают с нормативным сроком (Т_н).

(2)

Для точного определения физического износа визуально обследуют фактическое состояние здания, его конструктивных элементов и инженерных систем с помощью простейших инструментов (уровень, отвес, метр, рулетка, молоток). Процент их износа определяется по специально разработанным таблицам внешних признаков износа. В этих таблицах приведены внешние признаки износа для разных типов фундаментов, стен, перегородок, перекрытий, крыш и кровли, лестниц, полов, окон, дверей, отделки, инженерного оборудования и др. и соответствующий этим признакам процент износа.

Совокупный физический износ каждого конструктивного элемента здания определяется в процентах в зависимости от степени износа и удельного веса поврежденных участков по отношению к общей площади или объему конструктивного элемента по формуле (3):

И_фi = d_i * t_i/100, % (3)

где d_i — процент износа i-го участка конструктивного элемента;

t_i — удельный вес площади (объема) поврежденного участка в общей площади (объеме) конструктивного элемента.

На основании данных о физическом износе конструктивных элементов рассчитывают процент износа всего здания по формуле (4).

< 70−80% (4)

где С_вi — стоимость i-го элемента (удельный вес) в общей восстановительной стоимости дома, %. Принимается из сборника укрупненных показателей восстановительной стоимости жилых и общественных зданий.

Стоимость износа в рублях определяется по формуле (5):

(5)

где С_в — восстановительная стоимость здания.

Здание стареет не только физически, но и морально. Различают 2 рода морального износа.

МОРАЛЬНЫЙ ИЗНОС 1-ГО РОДА — это снижение восстановительной стоимости здания вследствие уменьшения затрат на воспроизводство благодаря НТП. Стоимость морального износа 1-го рода определяется по формуле (6):

С_м1 = И_м1 С_пер (6)

где И_м1 — коэффициент, учитывающий отношение новой стоимости конструкций и инженерных систем к старой;

С_пер — первоначальная стоимость здания.

МОРАЛЬНЫЙ ИЗНОС 2-ГО РОДА — несоответствие планировки, конструктивных решений и инженерного оборудования здания современным требованиям. Величина морального износа 2-го рода рассчитывается по формулам (7) и (8):

% (7)

где И_м2i — показатели морального износа, зависящие от качества конструктивных частей здания и планировки квартир, отсутствия инженерного оборудования и изношенности инженерных сетей.

руб (8)

Общая величина морального износа рассчитывается по формуле (9):

(9)

4. Гигиена зданий

Наиболее емкое понятие, характеризующее качество жилья — это КОМФОРТНОСТЬ. В разные периоды времени к жилью предъявляли неравнозначные комфортные требования.

С ростом технических и экономических возможностей поднимается уровень и увеличивается количество требований к комфортности.

КОМФОРТНОСТЬ рассматривается как совокупность таких свойств как гигиена, функциональность и безопасность.

В оценке качества жилища учитывается не только состояние внутренней среды, но и свойства окружения. Неблагоприятный фон может свести на нет все преимущества внутреннего благоустройства здания. С другой стороны, неверно расположенное на местности сооружение может нарушить экологическое равновесие на территории.

Наиболее традиционная составляющая комфортности жилья — это ГИГИЕНА.

Основным показателем гигиены является ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫЙ режим в помещениях. Кроме этого показателя учитывают экологическую чистоту, зрительный и звуковой комфорт в помещениях. Совокупность этих показателей составляет искусственную среду зданий или их МИКРОКЛИМАТ. Оптимальным сочетанием этих факторов обеспечивают нормальное физиологическое состояние людей, пребывающих в здании. Параметры среды подбирают с учетом функционального состояния человека. Например, в помещениях общественных зданий, предназначенных для умственного труда (аудитории, читальные залы и т. п.), предъявляют повышенные требования к акустике и освещению, направленные на снижение утомляемости работающего.

Тепловлажностный режим очень важен для ощущения комфортности пребывания в помещении. Ощущение комфортности зависит от температуры воздуха в помещении, от относительной влажности, скорости движения воздуха и лучистого теплообмена.

Неблагоприятные сочетания перечисленных факторов затрудняют теплообмен. Это сказывается на мышечном и психическом тонусе человека.

От движения воздуха зависит ТЕПЛООБМЕН — распределение тепловой энергии от нагретых тел к более холодным. Оптимальной скоростью перемещения воздушной массы в помещениях считается 0,25−1,5 м/с.

Тепловлажностный режим в помещениях создается подогревом или охлаждением воздушной среды при помощи отопления и кондиционеров. Он во многом зависит от изоляционных свойств наружных ограждающих конструкций: стен, перекрытий, оконных и дверных заполнений.

Представление людей о комфортности жилья связано с теплопроводностью ограждений здания. Чем меньше теплопроводность, тем более защищенным чувствует себя человек. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ называют передачу теплоты между соприкасающимися частицами материала. Этот вид передачи характерен для ограждений из твердых материалов, кирпича, бетона и др.

В строительстве понятие теплопроводности подменяют ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ — процессом переноса теплоты через толщу ограждения. Этот процесс включает 3 вида теплообмена: 1) между стеной и холодным наружным воздухом; 2) между внутренней поверхностью ограждения и нагретой средой помещения.

Теплопередача зависит от сопротивления ограждения передаче теплоты. Строительными нормами и правилами установлено, что сопротивление теплопередаче или ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ конструкции должно быть R_oR_o^тр, где R_о^тр — нормативное сопротивление.

Выбирая конструкцию ограждения учитывают и его ТЕПЛОВУЮ ИНЕРЦИЮ. Если инерция мала, то резкий перепад температур наружного воздуха может привести к быстрому изменению t^о воздуха внутри помещения.

ТЕПЛОВАЯ ИНЕРЦИЯ — свойство медленного затухания колебаний t^о внутри конструкции. Она характеризуется индексом Д — формула (10).

Д = R_o S (10)

где R_о — термическое сопротивление;

S — коэффициент теплоусвоения.

По индексу Д ограждения делят на: легкие — Д 4; средние — 4,1 Д 7; массивные — Д 7.

Т.о. учитывают ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ конструкций — свойство ограничивать колебание температуры на внутренних поверхностях ограждений при высоких температурах наружного воздуха в сочетании и солнечным облучением (инсоляцией).

Теплотехнические свойства стен и перекрытий во многом зависят от воздухопроницаемости и влажности материалов, из которых они изготовлены.

За счет ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ возможна эксфильтрация — возникновение фильтрационного потока из помещений, когда разность давлений на внутренней и наружной поверхностях ограждения > сопротивления прохождению воздуха через толщу стены. Это важно, если в здании нет кондиционеров. Эксфильтрация способствует очистке среды за счет естественного проветривания через стены.

Критерием воздухопроницаемости является СОПРОТИВЛЕНИЕ воздухопроницаемости R_вп. В соответствии с нормами ограждение отвечает гигиеническому условию, если R_вп > R_вп^тр, где R_вп^тр — необходимое общее сопротивление воздухопроницаемости.

ВЛАЖНОСТЬ ОРГАЖДЕНИЙ. Влажность проникает в конструкции из грунтов, если нет гидроизоляции. Ограждения могут поглощать влагу из воздуха (сорбировать). Особо опасна конденсация водяных паров на внутренней поверхности или в толще ограждения. Материал ограждения оказывает сопротивление потоку пара. Это свойство называют СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПАРОПРОНИЦАНИЮ R_п (R_п > R_п^тр). Увлажнение конструкций сказывается на сопротивлении теплопередаче. Ограждения теряют свои теплотехнические свойства тем больше, чем больше насыщен влагой материал. Это не только отражается на микроклимате помещений, но и приводит к повышенному расходу энергии для отопления здания.

Для создания КОМФОРТНОГО ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА необходимо, чтобы температурный перепад в помещении не превышал 3^оС по горизонтали и 2^оС по вертикали. Такой режим достигается, если используются конструкции с высокими теплотехническими свойствами и если правильно располагаются отопительные приборы.

Для создания стабильного теплового режима важно устанавливать приборы с автономными и надежными регулирующими устройствами. Регулирование подачи теплоносителя на отопительные приборы позволяет жильцам управлять процессом обогрева.

Под ЧИСТОТОЙ ВОЗДУХА в помещениях подразумевают такое его загрязнение, при котором содержание примесей не превышает нормативных пределов. В квартирах содержится много вредных для человека газообразных веществ. Продукты дыхания и разложения испарений тела, горения газа на кухне, табачный дым и запахи еды.

Кроме того, в квартирах концентрируются газообразные вещества, выделяемые отделочными и др. строительными материалами (линолеум, не проверенный на радиоактивность щебень и песок, асбестоцементные смеси).

Очистке воздуха в помещениях способствует воздухообмен с наружной средой. Наиболее прост воздухообмен через форточки и створки окон. Но он эффективен, если наружная среда достаточно чиста. Если нет, то прибегают к искусственной обработке подаваемого в помещения воздуха.

Такая обработка воздуха нарушает его природные свойства, уменьшает содержание озона, изменяет ионный состав. Это ухудшает психическое состояние и настроение человека, вызывает головные боли.

Эффективность воздухообмена в помещениях зависит от АЭРАЦИИ ЗАСТРОЙКИ, т. е. проветривания улиц, дворов. Аэрационный режим застройки зависит от направления и скорости ветра.

Особое внимание уделяют ИНСОЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ — облучению поверхностей солнечными лучами, т.к. они оказывают гигиеническое действие на внутреннюю среду и чисто психологическое тонизирующее влияние на людей. Инсоляция измеряется в часах и нормируется СНиПом.

Норма зависит от климатической зоны размещения здания и непрерывности инсоляции. В зоне, расположенной южнее 58^о с.ш., устанавливают, что продолжительность непрерывной инсоляции с 22 марта по 22 сентября может быть не >2,5 ч в день. Для широт выше 58^о с.ш. это время увеличивается до 3 часов на период с 22 апреля по 22 августа.

В новой застройке продолжительность инсоляции регулируют ориентацией здания относительно сторон света.

Раздражающее действие на организм оказывает шум. УРОВЕНЬ ШУМА в помещениях зависит от внешних и внутренних возбудителей. Внешние источники — промышленные предприятия и транспорт, особенно рельсовый. Наиболее опасны колебания, находящиеся за пределами диапазона слышимых частот, т.к. их трудно выявить.

ЗВУКОВОЙ КОМФОРТ — один из ведущих факторов, определяющих гигиеническое состояние среды обитания. Посторонние звуки действуют на нервную систему, организм плохо адаптируется к этому раздражителю, т.к. ассоциируется с опасностью.

С физиологической точки зрения звуковые волны делят на полезные и шум.

Шумовой комфорт необходим людям для нормальной деятельности. Чтобы добиться звукового комфорта, т. е. создать в помещениях автономный шумовой режим нормативного уровня, используют звукоизолирующие ограждающие конструкции.

С другой стороны, важно обеспечить качество восприятия полезных звуков (музыки, речи и т. п.).

На акустические свойства помещения большое влияние оказывает его форма. Плоскости ограждений выбирают таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение отражений по площади помещения. Особого эффекта достигают регулированием поверхности потолка.

Все большее внимание уделяется ЗРИТЕЛЬНОМУ КОМФОРТУ. При неблагоприятном виде из окна, то трудно говорить о зрительном комфорте жилища. К комфортной визуальной среде можно отнести озеленение.

Потребность в освещенности помещений зависит от функционального состояния человека. Для активной деятельности нужен свет значительной интенсивности; для отдыха — мягкий рассеянный, что можно достичь используя шторы и жалюзи. Т.о., исходной величиной считают освещенность, необходимую для активной деятельности.

Естественное освещение устанавливается нормами освещенности — КОЭФФИЦИЕНТОМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ (КЕО). Его значение определяют по формуле (11) с учетом светового климата в районе расположения здания и характера деятельности человека в данном помещении.

(11)

где Е_н — КЕО;

Е — освещенность исследуемой точки внутри помещения;

Е_о — освещенность точки на поверхности под открытым небом.

Нормативная величина КЕО показывает, какую долю от освещенности на открытом воздухе должна составлять освещенность исследуемой точки.

Естественный свет проникает через световые проемы в стенах. Это боковое освещение. Если проемы устроены в крыше (в мансардах), то его называют верхним. Применяют и комбинированное освещение.

Нормативная величина КЕО для жилых помещений, освещенных боковым светом, равна 0,5%.

В некоторых странах нормируют не КЕО, а площадь световых проемов А_о. При этом рассматривают отношение А_о к площади пола А_п: К_с = А_о/А_п.

Искусственное освещение рассчитывают в основном для зданий культурного и бытового назначения. В жилых зданиях его обычно не рассчитывают, а используют по мере необходимости.

5. Функциональность зданий

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОМФОРТНОСТЬ это удобство пребывания людей и их деятельности в среде общественного или жилого здания. Параметры этой среды можно задать, оценив функциональные процессы, протекающие в помещениях, наметив сценарий жизнедеятельности человека.

Архитектурно-планировочную структуру здания подчиняют разработанному сценарию поведения людей. Например, планировка квартир жилого дома. Учитывая различный состав и социальное положение семьи, квартиру делят на зоны. Разграничивают коллективные помещения от индивидуальных различного назначения. Эти зоны называют зонами дневного и вечернего пребывания.

К функциональной комфортности относят также доступность различных общественных услуг, мест приложения труда и зон отдыха и т. п.

Строительные элементы и детали оборудования дома приспосабливают к физиологическим особенностям человека. Например, с учетом поведенческих реакций предпочтение отдают правой навеске дверей. На 2-х створчатые двери ручки укрепляют справа. В смысле удобства большое значение имеют габариты дверей, высота установки перил и санитарных приборов.

Для удобства передвижения людей с больными ногами лестницы делают с минимальными уклонами (20−25^о). Высоту подступенка h принимают 0,14 м, а ширину проступи b рассчитывают, исходя из размаха шага при подъеме и спуске = 0,6 м, т. е. b = 0,6 — 2h = 0,6 — 0,28 = 0,32 м.

Конфигурацию ступеней принимают с учетом особенностей движения ноги инвалида: валик не делают, острые углы заваливают, ограждения лестниц не обрывают у края площадок, а выносят на 0,3−0,45 м для ориентации слепых. Для осязания ими опасности у края площадки укладывают рифленое покрытие шириной 0,3−0,6 м.

Здания оборудуют грузопассажирскими лифтами. Поэтажные площадки рассчитывают на возможность маневрирования инвалидной коляской. Для подъема на отметку пола первого этажа входы оборудуют пандусами с уклоном не больше 14^о.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ необходимы для нормального функционирования здания. С ростом возможностей общества повышается техническое оснащение зданий. Развивается кабельное телевидение, устанавливаются спутниковые антенны, монтируются лифты с программным управлением и запоминающими устройствами. Вместо центрального отопления все шире применяют кондиционирование и индивидуальные котельные. Местную коммутаторную связь заменяют комплексной диспетчерской, устанавливают автоматические системы охраны входов в здания.

В практике используют системы пневматического и гидравлического мусороудаления, связывающие приемный клапан в квартире с микрорайонной станцией сбора, автоматической первичной обработки и механизированной погрузки отходов на мусоровозы.

Особое значение имеет специальное инженерное оборудование общественных зданий. Так, современный спортивно-зрелищный комплекс оснащают сложнейшим оборудованием для трансформации зрительного зала в плавательный бассейн, футбольное поле или каток.

ЭСТЕТИЧЕСКОЕ ВОСПРИЯТИЕ здания и застройки относят к функциональной комфортности, т.к. оно вызывает определенные эмоции. Художественное восприятие здания и его интерьеров во многом зависит от того, насколько внешний вид отражает его назначение.

6. Безопасность зданий.

БЕЗОПАСНОСТЬ относят к комфортности, т.к. здание психологически не может быть удобным для людей, если оно представляет собой потенциальную опасность.

Прочность несущих конструкций и устойчивость здания играет первостепенную роль в обеспечении безопасности людей. Эти качества зависят от правильности выбора конструктивной схемы, учета всех возможных нагрузок, действующих на элементы, и принятых запасов прочности.

Конструкции должны быть надежными. Это условие вступает в противоречие с экономикой, т.к. влечет за собой применение новых долговечных материалов или увеличение сечений рабочих элементов конструкций и, следовательно, удорожание строительства. Поэтому возникает вопрос об оптимальных запасах прочности.

Необходимо учитывать возможность опасных природных процессов в данной местности. При выполнении строительных работ должны выполняться все условия проекта.

ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ зданий зависит от надежности инженерного оборудования. Необходимо вовремя устранять утечки газа. Иногда причиной взрыва является неисправное или перегруженное электротехническое оборудование.

Условия ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ жилища необходимы человеку для ощущения комфортности. Для защиты от проникновения в жилье посторонних лиц входы на лестничную клетку надо оборудовать надежными замками с электронной защитой, на входах в квартиры устанавливать массивные, а не облегченные двери. На окнах первых этажей — устанавливать железные решетки. На стадии проекта нужно разрабатывать централизованные электронные сигнализации.

Защита от насекомых и грызунов. В конструкциях блоков надо учитывать места для установки сетки на окнах. Системы мусороудаления — выносить в специальные помещения, содержащиеся в чистоте. Запретить выброс отходов без специальной тары.

С точки зрения безопасности важно правильно спланировать пути эвакуации в здании. Различают нормальную и вынужденную (аварийную) эвакуацию. Нормальная эвакуация связана с повседневным функционированием дома. Вынужденная эвакуация вызвана возникшей опасностью и потребностью быстро покинуть здание.

ЭВАКУАЦИОННЫЕ ПУТИ — это коридоры, проходные помещения, лестницы, дверные проемы и тамбуры. Их размеры выбираются с учетом физических характеристик людского потока.

Пожаробезопасность зависит от исправности возможных источников возникновения пожаров и от того, насколько легко могут воспламеняться различные части здания.

По степени возгораемости части здания делят на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые. НЕСГОРАЕМЫЕ — конструкции из неорганических материалов. СГОРАЕМЫЕ — из органических горящих, не подвергнутых специальной обработке, повышающей их огнестойкость. ТРУДНО СГОРАЕМЫЕ — сочетание несгораемых и сгораемых элементов.

В практике проектирования различают пожарную нагрузку помещений и пожароопасность установленного в нем оборудования. ПОЖАРНАЯ НАГРУЗКА — это количество сгораемого материала, использованного при строительстве и находящегося в помещении в виде мебели и др. Степень ПОЖАРООПАСНОСТИ связана с протекающими на установленном оборудовании процессами, которые могут вызвать возгорание.

От величины этих характеристик зависят требуемые меры противопожарной защиты. Зоны, отличающиеся высокой опасностью, выполняют в виде герметических отсеков, огражденных несгораемыми конструкциями. Их оборудуют противопожарными дверями и запасными выходами с аварийными запорами, которые снаружи открыть нельзя.

В местах большого скопления людей устанавливают системы пожарной сигнализации. Они обнаруживают пожар, подают сигнал тревоги и оповещают пожарную команду.

ТЕМА 2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ

1. Единая модульная система.

2. Стандартизация в строительстве.

3. Архитектурная композиция.

4. Состав проектов и их ТЭО.

1. Единая модульная система

Организация строительного производства существенно отличается от организации промышленного производства.

В промышленности выпускаемая продукция находится в движении, а орудия труда неподвижны. Поэтому здесь создаются благоприятные условия для хорошей организации производственных процессов, стационарных условий труда и технологии производства.

В строительной индустрии наоборот продукция неподвижна, а подвижны орудия труда. Кроме того, производственный процесс происходит на открытом воздухе, в различных климатических и природных условиях.

Поэтому большое значение имеет индустриализация строительства, применение машинных методов производства. В связи с этим все большее значение приобретают типизация, унификация и стандартизация.

Основу для стандартизации в проектировании, изготовлении изделий и строительстве создает применение единой модульной системы (ЕМС).

ЕМС — совокупность правил согласования размеров объемно-пространственных и конструктивных элементов зданий на базе единого модуля М, равного 100 мм.

В основу ЕМС положен принцип кратности основных размеров зданий и их конструктивных элементов, сборных конструкций и изделий единой величине — основному модулю М-100.

Модульная система определяет объемно-планировочное и конструктивное решение зданий и является основой методики проектирования любых зданий.

Для повышения степени типизации размеров зданий наряду с основным модулем М-100 ЕМС использует также производные — укрупненные и дробные модули. Образуются они умножением единого модуля М на целые и дробные коэффициенты.

Производные укрупненные модули (мультимодули ПМ) применяются при назначении размеров, превышающих 100 мм. Они равны основному модулю М-100, увеличенному в целое число раз. Для жилых и общественных зданий установлен следующий предпочтительный ряд из семи величин мультимодулей: 2 М, 3 М, 6 М, 12 М, 15 М, 30 М, 60 М, которые равны соответственно 200, 300, 600, 1200, 1500, 3000, 6000 мм.

Укрупненные модули применяют при назначении основных объемно-планировочные и конструктивных размеров зданий (расстояние между осями несущих конструкций, размеры шагов и пролетов, высота этажа, толщина стен), а также типоразмеров крупных сборных конструкций.

Укрупненные модули 6 М и 12 М применяются для назначения размеров шага несущих стен или сетки колонн. Исходному модулю 3 М кратны номинальные размеры перекрытия, покрытия, длины перегородок и т. д.

Для более мелких деталей: толщина некоторых материалов (плиток, листов и др.) — назначают дробный модуль.

Используются шесть дробных модулей и они составляют: ½М, 1/5М, 1/10М, 1/20М, 1/50М, 1/100М, т. е. 20, 50, 10, 5, 2 и 1 мм соответственно.

Кроме толщины некоторых материалов, дробные модули используются при назначении зазоров в соединениях между сборными строительными конструкциями и изделиями.

Основные и производные модули используют при выборе расстояний между условными модульными плоскостями. Пространственное расположение элементов здания обозначают с помощью трехмерной системы этих плоскостей.

Расстояния между модульными плоскостями принимаются кратными основному модулю или нескольким взаимосвязанным укрупненным модулям. Следы плоскостей называют разбивочными осями.

Разбивочные (координатные) оси наносят на план тонкими штрих-пунктирными линиями и маркируют в кружках буквами и цифрами.

Поперечные координатные оси обозначают цифрами слева направо.

Продольные — заглавными буквами снизу вверх.

На чертежах разрезов зданий кроме расстояний между координатными осями выносят отметки уровней (высоты, глубины) элементов конструкций зданий. Их обозначают условным знаком и указывают в метрах с десятичными знаками, отделенными от целого числа точкой.

Местоположение элемента относительно разбивочных осей определяют привязкой. Разбивочные оси (линии на чертеже) имеют заданные координаты, которые и определяют положение отдельных элементов и конструкций сооружения, т. е. их привязку. Привязку выражают расстоянием между разбивочной осью и гранью или геометрической остью элемента.

Привязку несущих элементов осуществляют в соответствии с указаниями СНиП. Например, в зданиях с несущими стенами разбивочные оси располагают по оси этих стен. В каркасных зданиях геометрические оси колонн средних рядов совмещают с пересечением разбивочных осей. Расположение крайнего ряда иногда определяют привязкой по грани колонн, если это не противоречит конструктивному решению здания.

Элементы привязывают к осям с помощью линейных размеров, определяющих расстояние.

ЕМС при проектировании зданий предусматривает 3 вида размеров: номинальные, конструктивные, натурные (фактические).

Размер, однозначно установленный в проекте, называют номиналом. Проектное расстояние между разбивочными осями называется номинальным модульным размером (L_н). Номинальным называется также размер между условными гранями конструктивного или сборного элемента здания, включающий в себя примыкающие части зазоров или швов. Его назначают всегда кратным основному или укрупненному модулю. Например, L_н = ПМ = 60 М = 6000 мм. Размер конструктивного элемента называют конструктивным номиналом.

Это проектный размер по граням конструктивного элемента, который меньше номинального размера на величину регламентированного зазора () или шва между конструкциями или сборными элементами:

L_к = L_н — (= 20, L_к = 6000 — 20 = 5980)

Фактический размер элемента, выполненного в натуре, называют натурным.

L_ф = L_к. L_ф = 5980 ⁵₁₀ = 5970 5985

Натурные размеры всегда отличаются от номинальных. Существуют разрешенные отклонения натурных размеров от номинальных. Их называют допуском.

Допуск () — максимально допустимое отклонение фактического размера конструктивного или сборного элемента в большую или меньшую сторону. Указывает на пределы, в которых могут колебаться действительные размеры конструктивного или сборного элемента здания. Допуски бывают: 1) изготовительные — указывают на точность изготовления сборного элемента; 2) установочные — указывают на точность установки сборного элемента при монтаже; 3) разбивочные — указывают на точность разбивки координатных осей здания.

2. Стандартизация в строительстве

В 1937;1940 г. было положено начало применению типовых деталей, элементов и узлов зданий и сооружений. Был издан первый каталог типовых деталей.

ТИПИЗАЦИЯ — отбор наилучших объемно-планировочных параметров здания (шагов, пролетов), конструктивных размеров оконных и дверных проемов и сборных изделий для них с целью многократного использования их в качестве типовых для массового строительства зданий. В целях индустриализации строительства и повышения степени сборности зданий на базе типовых деталей разработаны унифицированные детали и конструктивные элементы зданий. Типизация, унификация и стандартизация взаимосвязаны и рассматриваются без отрыва др. от др.

УНИФИКАЦИЯ предполагает применение небольшого числа единообразных по форме и размерам элементов взамен большого количества типовых деталей. Унификация обеспечивает взаимозаменяемость элементов и возможность применения их для различных решений. Например, можно две плиты перекрытия заменить одной, перекрывающей сразу все помещение, если ширина плиты «на комнату» кратна ширине узких плит, а длины их одинаковы.

Унифицированные детали разрабатывают с большей степенью точности, учитывая допуски размеров.

Понятие типоразмер изделия совмещает в себе тип сборного элемента (панель перекрытия и др.), его геометрическую форму и размеры. Например, панели перекрытия, имеющие одинаковую геометрическую форму и номинальную ширину (1,5 м), но разную длину (3,6 и 6 м) составляют 2 разных типоразмера.

Типоразмер заводского изделия содержит в себе несколько марок (вариаций) изделий внутри данного типоразмера, отличающихся по каким-либо другим техническим и технологическим признакам (марка бетона, количество и размещение арматуры, закладных деталей и отверстий и т. п.).

Унифицируются не только размеры сборных изделий, но и их основные свойства (несущая способность, теплои звукоизоляционные свойства и др.).

Определение требований к качеству унифицированных элементов здания называется нормализацией. Для жилых и общественных зданий установлено 2 вида нормалей: планировочные и объемно-планировочные. Нормали — это проектно-типологические стандарты. Они представляют собой документ, состоящий из набора типовых и объемно-планировочных решений различных элементов зданий: квартир, санитарных узлов, санитарно-кухонных блоков, спальных и общих комнат.

При типовом проектировании нормали используют для разработки отдельных планировочных ячеек, например, квартир жилого дома. Квартиры соединяют в секции — объемно-планировочные элементы, объединенные одной лестничной клеткой. Дом слагают из секций. Могут применяться сразу нормали секций.

Качество и свойства материалов, деталей и полуфабрикатов стандартизируют. Регламентируют эти параметры ГОСТы и ОСТы. Они содержат номенклатуру материалов и изделий для строительства, основные требования к показателям важнейших свойств, условиям комплектации, маркировки, перевозки и хранения. ГОСТ — закон. Несоблюдение ГОСТов преследуется по закону.

В стандартах установлены допуски на размеры, основные параметры по прочности, плотности, морозои водостойкости, водои паронепроницаемости, истираемости, огнеупорности, кислотостойкости и др.

Для материалов, на которые нет ГОСТов, допуски принимают по единым каталогам, Техническим условиям (ТУ) на их изготовление или указаниям, приведенным в СНиПах.

Т.о. стандартизацией называют государственную систему Единых норм и правил по технологии изготовления, номенклатуре и качеству изделий, методам их испытания и контроля, маркировки и хранения, применению при проектировании и в строительстве. Основной задачей стандартизации является регламентация параметров изделий с целью максимального сокращения типоразмеров.

Требования к готовой продукции формулируют в нормативных документах.

Структура системы нормативных документов в строительстве включает в себя комплексы документов, сгруппированных по их категориям, в соответствии с обязательным приложением Б к СНиП 10−01−94. В соответствии с этим СНиПом нормативные документы в строительстве подразделяются на следующие виды: федеральные, субъектов РФ, производствено-отраслевые и прочие (табл. 1).

СНиП РФ устанавливает обязательные требования, определяющие цели, которые должны быть достигнуты, и принципы, которыми необходимо руководствоваться в процессе создания строительной продукции.

Таблица 1 Система нормативных документов в строительстве