1.2.   ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Отдельные конструктивные элементы гражданских зданий дол­жны быть надежно связаны между собой для образования жесткого в целом сооружения. Пространственная жесткость здания и характер связи между отдельными его частями в значительной степени предо­пределяют характер и величину усилий, возникающих в отдельных элементах Основные конструктивные системы гражданских (жилых и общественных) зданий приведены на рис. 1.16.

 

б

 

в

 

Рис. 1.16. Конструктивные системы гражданских зданий: а — с несущими продольными стенами; б — с несущими поперечными стена­ми, в — с несущими продольными и поперечными стенами, г — с полным кар­касом; д — с неполным каркасом

Основными конструктивными элементами, обеспечивающими пространственную жесткость здания, являются стены, рамы и пе­рекрытия. Существенное значение для жесткости здания имеют рас­стояния между поперечными устойчивыми конструкциями, высота этажей и жесткость перекрытий (покрытий) в горизонтальном на­правлении.

Каменные здания с несущими стенами по степени пространствен­ной жесткости можно разделить на две группы: с жесткой конст­руктивной схемой; с упругой конструктивной схемой.

Здания относят к определенной конструктивной схеме в зависимо­сти от расстояния между поперечными устойчивыми конструкциями, от жесткости покрытий или перекрытий, а также от группы кладки, из которой выполнены стены (табл. 1.1). Здания с жесткой конструк­тивной схемой имеют частое расположение поперечных стен, рас­стояние / между которыми меньше толщины стены /_с, (табл. 1.2). В таких зданиях перекрытия или покрытия рассматриваются как не­подвижные жесткие опоры, на которые опираются стены и столбы, горизонтальные усилия передаются на поперечные стены.

 

 

 

За неподвижные или жесткие опоры для каменных стен и столбов принимаются: поперечные каменные стены толщиной не менее 12 см, железобетонные — толщиной не менее 6 см и другие конструкции,

рассчитанные на восприятие горизонтальной нагрузки, передающей­ся от стен; междуэтажные перекрытия и покрытия при расстоянии между поперечными устойчивыми конструкциями не более /_ст.

Во избежание появления трещин в стенах в них устраивают верти­кальные деформационные швы. Различают швы температурные и оса­дочные. Температурные швы проходят через здание до фундамента, а осадочные швы — через здание, включая фундамент. Осадочные швы устраивают в следующих случаях: в местах сопряжения участков зда­ния, расположенных на разнородных грунтах; при пристройке к су­ществующим зданиям; при разнице в высотах отдельных частей здания более 10 м; при наличии больших местных нагрузок на отдельных уча­стках здания; при значительной разнице между площадями подошвы фундаментов и глубиной их заложения. Швы в стенах, связанных со стальными или с железобетонными конструкциями, должны совпадать со швами этих конструкций. При необходимости в кладке делают до­полнительные температурные швы без разрезки в этих местах стальных или железобетонных конструкций. Швы в сплошных стенах по их кон­фигурации в плане могут выполняться в четверть, в шпунт и сквозные. Расстояние между температурными швами выбирается в зависимости от расчетной зимней наружной температуры, условий отопления поме­щения, вида камня и марки раствора.

Свободному изменению длины стены препятствуют фундаменты, перекрытия, покрытия и пр., что является причиной появления в сте­нах трещин. На основе опыта строительства установлены мак­симальные расстояния между температурными швами в стенах отап­ливаемых зданий (табл. 1.3), при которых трещины не появляются.

 

Для кладки фундаментов применяют бетон, бутобетон и бетонные камни, изготовленные на известковом вяжущем. Каменные фунда­менты бывают ленточные и столбчатые. Конструкцию и глубину за­ложения фундаментов принимают в зависимости от несущей способ­ности грунта, его свойств, горизонта грунтовых вод, типа возводимо­го здания, глубины промерзания почвы и характера действующих на­грузок.

Стены делятся на несущие, воспринимающие горизонтальные на­грузки и вертикальные нагрузки от перекрытий и покрытия, и само­несущие, воспринимающие только собственный вес. Для кладки на­ружных стен широко применяется сплошной (полнотелый) кирпич, который имеет сравнительно невысокие теплотехнические свойства, поэтому во многих случаях стены приходится делать очень толстыми. Для улучшения теплотехнических показателей применяют сплошные кладки из пустотелых бетонных камней, дырчатого и пористого кир­пича, пустотелых керамических камней, легких естественных и ис­кусственных материалов или слоистые, а также колодцевые кладки, имеющие два и более слоев кладки, образующих несущую часть сте­ны, и утепляющие ее материалы.

Перемычки над проемами в каменных зданиях делают рядовые, клинчатые, арочные, армокирпичные и железобетонные. Перекрытия применяются разных типов: деревянные по деревянным балкам; де­ревянные по металлическим балкам; железобетонные (монолитные и сборные).

Крыши современных зданий по конструктивным решениям под­разделяются на чердачные (с холодным или теплым чердаком) и бес- чердачные. По форме крыши могут быть односкатными, дву­скатными, вальмовыми и полувальмовыми, сводчатыми, складча­тыми и др. Верхний слой крыши — кровельный ковер — устраивают из рулонных, мастичных или штучных материалов. Водоотвод с крыш может быть наружный организованный, неорганизованный и внутренний.

Сборные здания по конструктивным признакам подразделяют­ся на крупнопанельные, каркасные, крупноблочные и объемно­блочные.

Панельной конструктивной системой называют несущую сис­тему, в которой вертикальными элементами являются стены, соби­раемые из панелей (рис. 1.17). Крупнопанельными называются зда-

 

ния, выполненные в основном из панелей размером не менее чем на комнату.

Панели внутренних межквартирных стен изготавливают из тя­желого железобетона толщиной 160. .180 мм и из легкого бетона толщиной 180...200 мм; межкомнатные — из тяжелого железобетона толщиной 100... 180 мм. Толщина панелей определяется прочностью стыка панелей, условиями опирания перекрытий на панель, требова­ниями по огнестойкости панелей и звукоизоляции стен.

Стык панелей стен и перекрытий (горизонтальный стык) с узким шагом поперечных стен (2,4...4,8 м) — платформенный, в котором усилия с панели на панель передаются через опорные участки пане­лей перекрытий. Панели в вертикальных швах соединяют между со­бой закладными деталями или замоноличиваемыми шпонками, по­зволяющими передавать сдвигающие усилия с панели на панель.

Панели перекрытий изготавливают преимущественно размером на комнату. По способу работы в несущей системе панели пере-

крытий подразделяют на опертые на две стены, опертые по трем сто­ронам и опертые по контуру.

Выбор фундамента крупнопанельного здания зависит от грун­товых условий. В основном применяют свайные (безростверковые и ростверковые), а также ленточные фундаменты и фундаменты в виде монолитной железобетонной плиты.

Каркасно-панельные системы предполагают одновременное ис­пользование связевых каркасов (колонн и ригелей) и панельных эле­ментов (плит, настилов перекрытий, панелей наружных ограждений и крупноразмерных элементов диафрагм жесткости). Вертикальными элементами каркасной конструктивной системы являются колонны, связи, диафрагмы и ядра жесткости.

По способу обеспечения пространственной жесткости каркас­ные системы подразделяют (аналогично производственным много­этажным зданиям) на рамные, рамно-связевые и связевые; по схеме расположения рам каркаса — на системы с пространственными и плоскими (продольными или поперечными) рамами; по типу горизонтальных несущих конструкций — на ригельные, безригель- ные, с горизонтальными несущими элементами высотой в этаж. В этих конструкциях колонны воспринимают вертикальные и горизон­тальные усилия и передают их на фундамент; ригели — вертикаль­ные нагрузки от плит перекрытий и передают их на колонны; плиты (горизонтальные элементы несущей системы) — вертикальные нагрузки и передают их на ригели. Диафрагмы жесткости (вертикаль­ные элементы) выполняют функции восприятия горизонтальных на­грузок.

Фундаменты многоэтажных каркасных зданий, выполненных на основе связевой схемы, осуществляют, как правило, в виде пере­крестных лент.

Деревянные здания — щитовые, каркасные, каркасно-панельные

—      составляют значительную часть среди гражданских и служебно­технических малоэтажных зданий, эксплуатируемых на железных до­рогах.

Щитовые дома строят из брусьев (с обвязкой) и щитов стенового ограждения. Рама щитов выполняется из досок или цельного бруса, обшивка — из досок. Внутренняя полость щита заполняется тепло­изоляционной засыпкой.

В каркасных домах по нижней обвязке из брусьев устанавливают стойки из досок, ограничивающих дверные и оконные проемы.

По стойкам крепят гвоздями балки перекрытий 1-го и 2-го этажей. Заполнение каркаса стен применяют щитовое: два рамочных щита (наружный и внутренний) с дощатой или фанерной обшивкой ус­танавливают заподлицо с гранями стоек каркаса. Пространство меж­ду щитами заполняется теплоизоляционной засыпкой. В перекрытии по черепным брускам укладывают настил из досок и снизу подшива­ют досками под штукатурку. Пол выполняют из двойного перекрест­ного настила.

В каркасно-панельных домах каркас собирается из стоек с пазами, в которые закладывают щиты. Угловые и рядовые стойки соединяют шипами с обвязками из брусьев. Для стен используют щиты, состоя­щие из четырех слоев фанеры, разделенных незаполненными воз­душными прослойками. Заполнение между балками перекрытий уст­раивают из щитов с тремя слоями фанеры и двумя воздушными про­межутками.

На железных дорогах страны эксплуатируются также здания (в том числе производственные) старой постройки с несущими кир­пичными стенами и деревянными стропильными конструкциями (балки, фермы, арки), деревянными перекрытиями (рис. 1.18).

 

1.3.   РОЛЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Здания и сооружения железнодорожного транспорта являются элементами сложной иерархической целостности - транспортной природно-технической системы, которая должна обладать опреде­ленным уровнем надежности.

Надежность конкретного строительного объекта (способность со­хранять эксплуатационные качества в течение определенного срока службы) характеризуется не только прочностью несущих и ограж­дающих конструкций. Надежность функционирования зданий обес­печивается их огнестойкостью, долговечностью материалов, устой­чивостью изоляционных качеств ограждающей оболочки, безотказ­ностью работы систем инженерного оборудования (водоснабжения, отопления и т.д.).

Проблема обеспечения надежности объекта и системы значи­тельно усложняется, когда от надежности одного строительного объ­екта зависит функционирование других технологически комплексных образований (систем) более высокого ранга.

Для учета влияния конкретных зданий и сооружений на на­дежность функционирования транспортной сети НИИ транспортного строительства (ЦНИИС) были разработаны и в 1992 г. одобрены МПС «Правила назначения классов капитальности железнодорожных зданий и сооружений». Основу этого документа составили:

-структурно-иерархический системный подход (система—под­система—комплексы—объекты—элементы);

сочетаемость проблемно-ориентированной классификации с традиционными построениями норм проектирования;

-     формализованный по дереву целей алгоритм для оценки набора факторов, обусловленный функциональной характеристикой объекта и его местом в системах более высокого ранга.

В соответствии с Правилами капитальность определяется как комплексное свойство объекта, характеризуемого предъяв­ляемыми к нему эксплуатационными и техническими требова­ниями.

Классы капитальности для каждого объекта учитывают следу­ющие факторы:

—                     отраслевую значимость здания, сооружения и место в системах более высокого ранга (линии или участка дороги, станции, поселка и

т.д.);

—                     возможные последствия отказов данного объекта;

—                     способы и вероятную продолжительность восстановления ра­ботоспособности самого здания и/или всей системы;

—                     сроки функционирования принятой технологии или техни­ческого оснащения без изменения конструкции объекта;

—                     экологическую обстановку и перспективы ее изменения;

—                     прогноз изменения экономической и социальной ситуаций и др.

Важность учета классов капитальности может быть продемон­стрирована на следующем примере. Частичный отказ — нарушение функционирования помещений и служб пассажирского здания вокза­ла для выполнения управления работой станции может на какой-то срок привести к нарушению работоспособности всего станционного комплекса как в отношении обслуживания пассажиров, так и движе­ния поездов. Уровень социальных последствий отказа зависит от пас­сажиропотока и климатических условий района, экономические по­следствия — от характера и объема работы станции.

Важную роль в функционировании железнодорожного транспорта играют сооружения водоснабжения и канализации, электро- и тепло­снабжения, устройства платформ, контактной сети и другие, обеспе­чивающие нормальные условия эксплуатации железной дороги.