ПОНЯТИЕ О НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Продуктом любого строительства являются здания и сооружения.

Здание — это наземный строительный объект, предназначенный для проживания и деятельности людей, размещения производства, хранения продукции.

Сооружение — это наземный или подземный строительный объект, предназначенный для выполнения технических или эстетических функций. В зависимости от этого различают инженерные сооружения (мосты, трубы, тоннели, резервуары и т.д.) и архитектурные сооружения — обелиски, памятники, и т.д.).

Здания и сооружения состоят из различных элементов и конструкций: фундаментов, стен, колонн, перекрытий и покрытий, лестниц, окон, дверей и т.д. По функциональному назначению элементы здания можно разделить на две основные группы: несущие и ограждающие. Некоторые элементы сочетают эти две функции (например, перекрытия, внешние стены и др.).

Ограждающие конструкции — это элементы здания, защищающие внутренние помещения от негативного воздействия внешней среды и отделяющие одно помещение от другого. К ограждающим конструкциям относятся стены, перегородки, перекрытия, покрытия и фонари, заполнение оконных и дверных проемов и т. д.

Несущие — это конструкции, которые воспринимают силовые и несиловые воздействия (температурные, сейсмические, от неравномерных осадок основания и др.) и, взаимодействуя друг с другом, передают их через фундамент на грунт. К несущим конструкциям относятся фундаменты, колонны, несущие стены, плиты перекрытия, ригели, прогоны, связи каркаса, размещаемые в строго определенном порядке.

В зависимости от геометрических форм различают следующие виды несущих строительных конструкций:

линейные, или стержневые, — колонны, балки, балочные плиты и настилы, фермы, рамы, арки;

плоскостные — плиты, опертые по контуру, наружные и внутренние стены зданий, безбалочные перекрытия и др.; пространственные — тонкостенные купола, оболочки покрытий одиночной и двойной кривизны, висячие конструкции, стенки резервуаров и силосов, складки, шатры и т. п.

Несущие конструкции являются основой зданий и сооружений. Они воспринимают действующие вертикальные и горизонтальные нагрузки и обеспечивают безопасность эксплуатации объекта и людей. Кроме того, инженерное оборудование зданий (лифты, грузоподъемные краны, водоснабжение и водоотведение, электрические сети и др.) смонтированы на несущих конструкциях и не могут нормально функционировать, если несущие конструкции не отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Комплекс несущих конструкций, соединенных между собой, образует пространственную несущую (конструктивную) систему здания и сооружения (рис. 1.16), которая обеспечивает прочность, устойчивость и геометрическую неизменяемость объекта на весь срок эксплуатации.

В зависимости от применяемых конструкционных материалов различают: металлические конструкции (стальные и алюминиевые); бетонные и железобетонные конструкции; каменные и армокаменные; конструкции из дерева и пластмасс.

Металлические конструкции. Металл — наиболее дорогой и ценный конструкционный материал, в котором на сегодня исполнены основные ценности человечества — машины, станки, механизмы, каркасы зданий и сооружений. В строительстве для несущих систем используется строительная сталь. Это наиболее прочный, но и дорогой материал. Стальные конструкции (рис. 1.1) при низкой собственной массе обладают высокой несущей способностью. Однако для металлических конструкций характерна низкая сопротивляемость высокотемпературным воздействиям при пожаре. Огнестойкость незащищенных металлических конструкций невелика: при пожаре они теряют несущую способность уже через 12—15 мин. Для повышения огнестойкости предусматривают огнезащиту конструкций, действие которой основано на замедлении прогрева металла. Кроме того, во влажной среде сталь подвергается коррозии, поэтому требуется защита от атмосферного и химического воздействия.

Рис. 1.1. Внешний вид здания (а) и его несущий металлический каркас (6)

Бетон и железобетон — это искусственные конструкционные материалы, обладают высокой прочностью и долговечностью. Исходные материалы (вода, песок, гравий) для их изготовления достаточно распространены в природе. Конструкции из железобетона (рис. 1.2) при высокой несущей способности без дополнительных мер защиты обладают стойкостью к коррозионным воздействиям и достаточной огнестойкостью. Основным недостатком железобетона является его большой собственный вес, который зачастую оказывается сопоставим с той нагрузкой, для восприятия которой предназначена конструкция. Тем не менее, конструкции из железобетона занимают доминирующее положение в строительстве и будут оставаться таковыми и в дальнейшем.

Каменные конструкции самые древние в мире. Это пирамиды и самая большая из них — пирамида Хеопса, сооруженная более 30 веков до н. э. Ее высота 147 м и сторона грани основания 229,5 м. Ее строили более 100 тысяч человек в течение 20 лет. Каменные элементы здания, армированные стальной арматурой, называются армокаменны- ми. Конструктивные системы из камня, кирпича являются наиболее тяжелыми и трудоемкими в изготовлении.

Деревянные конструкции изготавливаются из наиболее экологически чистого материала — дерева, восполняемого в природе, легко обрабатываемого. Наиболее прочными и менее дорогими являются конструкции из клееной древесины (рис. 1.3).

Преимущества и недостатки конструкций из конструкционных материалов в сравнении между ними представлены в табл. 1.1.

Рис. 1.2. Несущие и ограждающие конструкции из железобетона

Рис. 1.3. Несущие конструкции покрытия из клееной древесины

Преимущества и недостатки конструкций

Таблица 1.1

Важным фактором, определяющим применение соответствующего материала, является конструкционная легкость элементов. Легкость конструкций количественно характеризуется отношением расчетного сопротивления R к удельному весу у материала. Чем больше это отношение, тем легче конструкция.

Сравнительные результаты легкости конструкций (табл. 1.2) показывают, что наиболее легкими являются металлические конструкции; деревянные оказываются тяжелее примерно в 1,5—2 раза, железобетонные — в 4—10 раз; каменные — в 20—40 раз.

Таблица 1.2

Показатели легкости конструкций из различных материалов