Модульная координация размеров. Унификация, типизация, и стандартизация в строительстве

Модульная координация размеров в строительстве — сово­купность правил взаимного согласования размеров всех эле­ментов зданий и сооружений путем кратности постоянной ве­личине, называемой модулем.

Линии модульной сетки, определяющие положение верти­кальных несущих конструкций (стен, колонн), называют Модульными координационными осями (на производстве их называют Разбивочными осями), а расстояние от грани эле­мента до координационной оси — Привязкой.

Шагом Называют расстояние в плане между двумя смежны­ми координационными осями. В зависимости от направления по отношению к продольной оси различают продольные и по­перечные шаги.

Пролетом Называют разновидность шага в направлении, совпадающем с направлением пролета несущей конструкции перекрытия или покрытия (балки, плиты, фермы и т. д.).

Основными параметрами зданий в МКРС являются шаги, пролеты и высоты этажей. Основной и укрупненные модули применяют при назна­чении размеров шагов, пролетов и высот этажей, дробные — при назначении размеров строительных конструкций или встроенного оборудования.

Привязку конструктивных эле­ментов к модульным координационным осям осуществляют в соответствии с правилами МКРС. При этом следует исходить из того, что размеры модульных пролетов элементов перекры­тий и соответствующих модульных шагов или пролетов зданий совпадают. Поэтому размер привязки в гражданских зданиях стеновой конструктивной системы прежде всего связан с требу­емой величиной опирания несущих конструкций перекрытий и покрытий на стены. Привязка несущих стен к модульным осям принимается:

• внутренних несущих стен — по геометрической оси;

• стен лестничных клеток — нулевая, кратная модулю или '/2 модуля в зависимости от особенностей и габаритов кон­структивных элементов лестниц;

• наружных несущих стен — при перекрытиях балочного типа — 150 мм, при плитных перекрытиях — 100 или 200 мм в зависимости от типа плиты перекрытия;

• ненесущих или самонесущих стен — нулевая (грань элемен­та и положение координационной оси совпадают).

В гражданских зданиях каркасного типа привязку колонн не­зависимо от их расположения принимают по геометрической оси.

Унификация – научно обоснованное сокращение числа общих параметров зданий и сооружений, а также их элементов путем устранения функциональных различий между ними (таким образом, унификация – это приведение к единообразию размеров конструктивных элементов).

Унификация позволяет применять однотипные изделия в зданиях различного назначения. Обеспечивая массовость и однотипность конструктивных элементов, унификация способствует экономической рентабельности их механизированного изготовления.

Ограничение количества размеров осуществляется на основе единой модульной системы в строительстве (ЕМС), т.е. совокупности правил координации размеров зданий и их элементов на основе кратности этих размеров установленной единице, т.е. модулю.

– условная единица измерения, принятая в целях координации размеров.

В большинстве европейских стран, в том числе и в России, в качестве М=100 мм. Все размеры здания, имеющие значение для унификации, должны быть кратны М (см. рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Модульная система координации размеров

а – пространственная система модульных плоскостей; б – взаимосвязь укрупненных модулей в плоскости

Для повышения унификации устанавливаются, помимо основного, производные модули (укрупненные и дробные):

При проектировании и в строительстве применяют следующие размеры:

- номинальный - проектное расстояние Lн между условными осями здания;

- конструктивный - проектный размер изделия Lк, отличающийся от номинального размера на величину конструктивного зазора d;

- натурный - фактический размер изделия Lф, отличающийся от конструктивного на величину, определяемую допуском (положительным или отрицательным), величины которого зависят от установленного класса точности изготовления изделия и регламентированы для каждого из них.

Как следует из этих формул, конструктивные и натурные размеры могут и не быть кратными основному и производным модулям. Например, номинальная длина многопустотной плиты перекрытия 1ПК – 6000 мм, ее конструктивная длина – 5980 мм, а натурная (или фактическая) длина должна быть в пределах 5975 мм ÷ 5985 мм (т. е. 5980 мм ± 5 мм).

Оси обозначаются марками (цифрами и буквами) в кружках (маркировка осей). В продольном направлении здания оси маркируются арабскими цифрами (по нижней стороне плана слева направо – 1, 2, 3 и т.д.), а в поперечном – прописными буквами русского алфавита (по левой стороне плана снизу вверх – А, Б, В, и т.д.). Оси не имеют буквенных значений: Ё, З, Й, О, Ч, Ь, Ы, Ъ.

К координационным осям привязываются все конструктивные элементы здания. Привязка элемента означает определение его положения в здании при помощи размеров, взятых от двух взаимно перпендикулярных координационных осей до грани или геометрической оси данного элемента. Она подчиняется определенным правилам, которые обеспечивают уменьшение количества типоразмеров конструктивных элементов, а также обеспечивают их взаимозаменяемость.

Во внутренних несущих стенах и столбах (колоннах) обычно геометрическая ось стены или столба должна совпадать с разбивочной осью.

Для гражданских зданий при назначении размеров между координационными осями обычно применяется укрупненный модуль – 300 мм (3М).

В промышленных зданиях для горизонтальных размеров приняты укрупненные модули 3000 мм (30М) и главным образом 6000 мм (60М); для вертикальных размеров – 600 мм (6М).

Для жилых домов в настоящее время в основном принимается высота этажа 2,8 и 3 м; для массовых общественных зданий (школы, детские ясли-сады) 2,8; 3,3 и 4,2 м.

Другим способом ликвидации многообразия конструктивных элементов является типизация – сведение множества типов конструкций и изделий (а также зданий и сооружений) к обоснованному ограниченному количеству.

Типизации подлежат:

- объемно-планировочные фрагменты зданий (блок-секции жилого дома, температурный блок одноэтажного промышленного здания и др.);

- здания в целом (детские сады, школы или др.);

- конструктивные элементы зданий (фундаментные блоки, элементы сборного каркаса, стеновые панели, лестничные марши и площадки и др.).

Стандартизация – утверждение для обязательного применения наилучших типовых конструкций и изделий, прошедших проверку в эксплуатации. Высшей формой стандартизации являются Государственные стандарты (ГОСТы). Наряду с этими общероссийскими стандартами в строительстве используются стандарты меньших категорий: ведомственные (ВСН, ВНП), территориальные (ТСН), заводские (технические условия – ТУ) и др. Требования, устанавливаемые ГОСТами, являются обязательными для проектирования, изготовления изделий и строительства, а также для формы и габаритов изделий.

Поскольку объектом массового изготовления для предприятия является не здание в целом, а строительные изделия, то предметом стандартизации для предприятия будут отдельные конструктивные элементы здания (колонны, ригели, перемычки, стеновые панели, оконные и дверные блоки и т.п.). Здание же в целом компонуют на основе принципов унификации из стандартных элементов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ.

Основные понятия о конструктивных элементах зданий. Несущие и ограждающие конструкции.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ЗДАНИЙ

Основные элементы зданий. При всем разнообразии зданий все они состоят из ограниченного числа взаимосвязанных архитектурно-конструкционных элементов (частей).

По функциональному назначению их подразделяют на несущие, ограждающие и совмещающие обе эти функции. Несущие конструкции воспринимают нагрузки, возникающие в здании и действующие на него извне (от конструкций самого здания, оборудования, снега, ветра, людей); ограждающие - предназначены для изоляции внутренних объемов в зданиях и сооружениях от внешней среды или между собой с учетом нормативных требований по прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухопроницаемости, звукоизоляции, светопрозрачности. Те ограждающие конструкции, которые могут воспринимать передаваемые на них нагрузки, относятся к совмещающим несущие и ограждающие функции. Такие конструкции должны удовлетворять соответствующим требованиям по несущей способности, а также по теплопроводности, влаго - и воздухопроницаемости, звукоизоляции.

К основным конструктивным элементам зданий (рис.1) относятся: фундаменты, стены, перекрытия, перегородки, крыша, лестница, окна, двери.

Рис.1. Конструктивная схема многоэтажного здания

1- фундамент,

2- пол подвала;

З- перекрытие над подвалом;

4- гидроизоляция;

5- наружные стены;

6- междуэтажные перекрытия;

7 - внутренние стены;

8- перегородки;

9- чердачное перекрытие;

10- чердак;

11- крыша;

12- лестница;

13 - парапет;

14 - окна;

15 - отмостка.

Фундамент представляет собой опорную часть, через которую передается нагрузка от здания на грунт - основание. Основание называют естественным, когда грунт под подошвой фундамента находится в состоянии его природного залегания; если грунт предварительно искусственно укрепляют то такое называют искусственным. Фундаменты подвержены воздействию грунтовых вод, нередко агрессивных, и переменной температуры, поэтому для возведения фундаментов применяют материалы, обладающие высокой прочностью, водо - и морозостойкостью: железобетон, бетон, бутовый камень. В массовом строительстве фундаменты под стены зданий сооружают, как правило, сборными: из железобетонных плит и блоков. Обычно фундаменты, имеющие плоскую подошву, подразделяют на ленточные, которые закладывают под стены, или столбчатые - в виде прямоугольных, трапециевидных и других типов отдельных опор под отдельно стоящие колонны или столбы. Фундаменты бывают и свайные, когда здание опирается на погруженные в грунт деревянные бетонные или железобетонные сваи.

Стены по назначению и расположению в здании подразделяют на наружные и внутренние. Наружные стены 5 (рис.1) ограждают помещения от внешней среды и защищают их от атмосферных воздействий, внутренние 7 - отделяют одни помещения от других. Как наружные, так и внутренние стены воспринимают ветровые нагрузки на здание, обеспечивают звуко - и теплоизоляцию помещений, защиту их от внешних климатических воздействий.

Стены бывают несущими, самонесущими и ненесущими. Несущие стены и воспринимают, и передают на фундаменты нагрузки не только от собственного веса, но и от других конструкций (перекрытия, крыши, лестницы), а также ветровые нагрузки.

Самонесущие стены передают на фундаменты нагрузки только от собственного веса. На такие стены не опираются перекрытия или другие конструкции здания.

Стены, которые только ограждают помещения зданий от внешнего пространства и передают собственный вес в пределах каждого этажа на другие несущие конструкции, называются ненесущими. Такие же стены, навешиваемые на вертикальные конструкции каркаса здания принято называть навесными.

Верхняя часть наружной стены, выступающая за плоскость стены, называется карнизом. Вынос карниза, т. е. расстояние от стены до края карниза назначают по проекту. При этом учитывают необходимость защиты стен от воды, стекающей с крыши, и архитектурные особенности здания. Здания со стенами без карниза имеют парапет 13, который является ограждающей частью крыши.

Междуэтажные перекрытия совмещают ограждающие и несущие функции и разделяют здание по высоте на этажи. Перекрытия 9 над верхним этажом чердачные. Перекрытия в каменных зданиях выполняют из сборных железобетонных панелей, в малоэтажных домах - иногда из деревянных балок, к которым прикрепляют детали потолка из фанеры, древесностружечных плит или гипсокартонных листов.

Перегородки - ограждающие элементы, которыми разделяют внутреннее пространство здания в пределах одного этажа на отдельные помещения, возводят из гипсовых, фибролитовых плит, керамических и других пустотелых камней, кирпича и других материалов. Перегородки опираются на перекрытия и на них передают собственный вес.

Крыша совмещает ограждающие и несущие функции и служит для защиты здания от атмосферных осадков и удаления их за его пределы; состоит из железобетонных панелей, опирающихся на наружные и внутренние стены и уложенных с уклоном для организации водоотвода. Между панелями крыши и чердачными перекрытиями образуется пространство, которое называют чердаком 10. В малоэтажных зданиях крышу делают из деревянных стропил, по которым из досок устраивают обрешетку, к которой прикрепляют кровельное покрытие из асбестоцементных и других листов или кровельного железа.

Лестницы служат для сообщения между этажами; рас полагаются в помещениях с несущими стенами (лестничных клетках). Часть лестницы между площадками называется маршем. В лестничных клетках, как правило, размещают также лифты.

Вопрос №9. Несущий остов. Нагрузки и воздействия на здания и его элементы. Основные конструктивные элементы здания – горизонтальные (перекрытия, покрытия), вертикальные (стены, колонны) и фундаменты, взятые вместе, составляют единую пространственную систему – несущий остов здания.

Основное назначение несущего остова – конструктивной основы здания – состоит в восприятии нагрузок, действующих на здание, работе на усилия от этих нагрузок с обеспечением конструкциям необходимых эксплуатационных качеств в течение всего срока их службы.

Одни из этих сил действуют на здание непрерывно и называются постоянными нагрузками, другие - лишь в отдельные отрезки времени и называются временными нагрузками.

К постоянным нагрузкам относится собственный вес здания, который в основном состоит из веса конструктивных элементов, составляющих его несущий остов.

Ветровая нагрузка является одной из основных временных нагрузок. С увеличением высоты воздействие ветра возрастает. Сильные порывы ветра создают, кроме того, и ударное, динамическое воздействие на здание, что еще более усложняет условия для работы конструкции.

Сильные порывы ветра создают, кроме того, и ударное, динамическое воздействие на здание, что еще более усложняет условия для работы конструкции. Снеговая нагрузка также относится к временным нагрузкам. Особенно внимательно надо подходить к влиянию снеговой нагрузки на разновысотные здания. На границе между повышенной и пониженной частями здания возникает так называемый «снеговой мешок», где ветер собирает целые сугробы. При переменной температуре, когда происходит поочередное подтаивание и вновь замерзание снега и при этом еще сюда попадают взвешенные частицы из воздуха (пыль, копоть), снеговые, точнее, ледяные массивы становятся особенно тяжелыми и опасными. Снеговой покров из-за ветра ложится неравномерно как при плоских, так и при скатных кровлях, создавая асимметрическую нагрузку, которая вызывает дополнительные напряжения в конструкциях.

К временным относится полезная нагрузка (нагрузка от людей, которые будут находиться в здании, технологического оборудования, складируемых материалов и т. д.).

Возникают в здании напряжения и от воздействия солнечного тепла и мороза. Это воздействие называется температурно-климатическим.

Аналогичные напряжения в материале конструкции возникают и при неравномерной осадке здания, которая может произойти не только из-за разной несущей способности основания, но и из-за большой разницы в полезной нагрузке или собственного веса отдельных частей здания. Например, здание имеет многоэтажную и одноэтажную части. В многоэтажной части на перекрытиях расположено тяжелое оборудование. Давление на грунт от фундаментов многоэтажной части будет намного больше, чем от фундаментов одноэтажной, что может вызвать неравномерность осадки здания. Чтобы снять дополнительные напряжения от осадочных и температурных воздействий, здание «разрезают» на отдельные отсеки деформационными швами.

Если здание защищают от температурных деформаций, то шов называется температурным. Он отделяет конструкции одной части здания от другой, за исключением фундаментов, так как фундаменты, находясь в земле, не испытывают температурного воздействия.

Если здание защищают от осадочных деформаций, то шов называется осадочным. Он отделяет одну часть здания от другой полностью, включая и фундаменты, которые благодаря такому шву имеют возможность перемещаться один по отношению к другому в вертикальной плоскости. При отсутствии швов трещины могли бы возникнуть в неожиданных местах и нарушить прочность здания.

Кроме постоянных и временных существуют еще особые воздействия на здания. К ним относятся:

· сейсмические нагрузки от землетрясения;

· взрывные воздействия;

· нагрузки, возникающие при авариях или поломках технологического оборудования;

· воздействия от неравномерных деформаций основания при замачивании просадочных грунтов, при оттаивании вечномерзлых грунтов, в районах горных выработок и при карстовых явлениях.

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

По характеру действия нагрузки могут быть статическими, т. е. постоянными по величине во времени, например тот же собственный вес конструкций, и динамическими (ударными), например порывы ветра или воздействие подвижных частей оборудования (молоты, моторы и др.).