Конструктивні схеми будівель
Будівлі і їх конструктивні елементи сприймають не лише вертикальні навантаження (власна вага, вага устаткування і інше), але і значні горизонтальні навантаження (тиск вітру, зусилля від кранів, якими обладналися багато промислових будівель, а також сейсмічні сили, діючі в районах, схильних до землетрусів). Для сприйняття цих навантажень будівлі повинні мати необхідну просторову жорсткість і стійкість. Така жорсткість і стійкість забезпечується спільною роботою фундаментів, стін, колон, перекриттів, дахів і покриттів, що утворюють остов будівлі, що несе.
Залежно від поверховості і призначення, величини і характеру навантажень, наявності матеріалів, економічних і інших вимог остов будівлі може мати одну наступних конструктивних схем:
- безкаркасну - із стінами, що несуть;
- каркасну - з повним каркасом і несомими (навісними) або самонесучими стінами;
- змішану - із зовнішніми стінами, що несуть, і внутрішнім, або неповним каркасом.
У безкаркасній конструктивній схемі із стінами, що несуть, стійкість будівель забезпечується досить жорсткими сполученнями зовнішніх і внутрішніх стін,, а також їх зв'язком з перекриттями. У цій конструктивній схемі стіни є вертикальними, а перекриття - горизонтальними діафрагмами жорсткості.
Мал. Конструктивні схеми будівель
У будівлях з повним каркасом каркас є конструкцією, що несе, сприймає усі навантаження, а стіни служать тільки обгороджуванням. Щоб зменшити навантаження на каркас, а отже, скоротити витрату матеріалів на його зведення, доцільне стінне заповнення каркаса робити з легких матеріалів. Якщо таких матеріалів для стін каркасних будівель немає, застосовують важчий і міцніший матеріал (наприклад, цеглина або бетон). В цьому випадку раціонально не завантажувати каркас важким матеріалом і стіни робити такими, що самонесучими, т. е. передавальними свою власну вагу безпосередньо на фундамент або фундаментні балки.
У будівлях із стінами, що несуть, і неповним каркасом стійкість забезпечується спільною роботою стін з перекриттями і каркасом.
Більшість цивільних будівель масового будівництва зводять по першій і третій конструктивним схемам. Друга схема знаходить найбільше застосування при зведенні промислових будівель, де є великі статичні і динамічні навантаження від ваги покриттів, перекриттів, верстатів, мостових кранів і іншого технологічного устаткування. Ці конструктивні рішення приймають іноді і при зведенні цивільних будівель різної поверховості.
Необхідно відмітити, що конструктивна схема з повним каркасом і навісними (несомими) стінами в принципі найбільш раціональна з точки зору максимального використання фізико-технічних якостей матеріалів : високій міцності елементів, що несуть, і високої теплоізолюючої здатності матеріалів обгороджування. Обмежене застосування такої схеми в масовому цивільному будівництві пояснюється в основному недоліком нині легких і дешевих матеріалів, придатних для заповнення каркаса.
Внутрішні стіни в усіх конструктивних схемах потрібні не лише для того, що спирається на них перекриттів і забезпечення стійкості будівель, але і для пристрою сходових клітин, розміщення в стінах димових і вентиляційних каналів, а також з протипожежних міркувань.
Різноманітні розміри і контури будівель, фізико-технічні властивості вживаних матеріалів і конструкцій і інші місцеві умови викликають необхідність пристрою в будівлях деформаційних швів, щоб попередити появу тріщин і руйнування конструкцій.
Мал. Деформаційні шви в будівлях
а - осадовий шов, би - температурний шов, в - деталь температурного і осадового швів в стіні, г - деталь осадового шва у фундаменті, д - сейсмічний шов
Деформаційні шви бувають осадові, температурні і сейсмічні.
Різний тиск на грунт від окремих частин будівлі, що несуть неоднакове навантаження або що мають" різну висоту, викликає нерівномірне осідання основи і появу тріщин у фундаментах, стінах, перекриттях і покриттях.
Такі ж явища можуть виникнути і при неоднорідних ґрунтах під фундаментами окремих частин будівель або при складній конфігурації великих будівель в плані. Для незалежного один від одного вертикального зміщення (опади) окремих частин будівлі в необхідних випадках передбачають осадові шви. Осадові шви проходять через усю будівлю, розрізаючи його фундаменти, стіни, перекриття і покриття або дах.
Внаслідок фізичної властивості матеріалів розширюватися при нагріванні і скорочуватися при охолодженні значні коливання зовнішньої температури повітря супроводжуються помітними змінами розмірів елементів конструкцій, викликаючи появу тріщин в стінах, перекриттях, покриттях і дахах. З метою попередження таких деформацій будівлю розчленовують температурними швами, що допускають вільне горизонтальне зміщення їх суміжних частин. Температурні шви розрізають усю будівлю по висоті, за винятком фундаментів, які, знаходячись в ґрунті, не піддаються різким коливанням температури.
Пристрій осадових і температурних швів ускладнює конструктивне рішення будівлі і вимагає додаткових коштів. Тому доцільно осадові і температурні шви поєднувати.
У районах, схильних до землетрусів, окрім вказаних вище деформацій, під дією сейсмічних сил, в будівлях можуть виникнути ще і додаткові деформації, які приведуть до обвалення будівлі, якщо не прийняти заздалегідь необхідних конструктивних заходів. Щоб зменшити вплив сейсмічних сил на будівлю, його розчленовують по довжині на окремі об'єми-відсіки сейсмічними швами, що проходять, як і осадові шви, через усю будівлю. Будівля, розчленована такими швами, складається з окремих частин, що є просторово замкнутими жорсткими коробками, які можуть самостійно сприймати сейсмічні дії. Сейсмічні шви одночасно є і температурно-осадовими.