Как классифицируются строительные конструкции. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций и противопожарных преград

Основы конструктивных решений зданий

По назначению строительные конструкции подразделяют на несущие, ограждающие и совмещенные .

Конструкции несущие – строительные конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечивающие надежность, жесткость и устойчивость зданий. Несущие конструкции, образующие остов здания (конструктивную систему) относят к основным: фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, покрытия и т.п. остальные несущие конструкции относятся к второстепенным, например, перемычки над проемами, лестницы, блоки шахт лифтов.

Конструкции ограждающие – строительные конструкции, предназначенные для изоляции внутренних объемов в зданиях от внешней среды или между собой с учетом нормативных требований по прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухонепроницаемости, звукоизоляции, светопропусканию и т.д. Основные ограждающие конструкции – ненесущие стены, перегородки, окна, витражи, фонари, двери, ворота.

Конструкции совмещенные – строительные конструкции зданий и сооружений различного назначения, выполняющие несущие и ограждающие функции (стены, перекрытия, покрытия).

По пространственному расположению несущие строительные конструкции здания разделяют на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные несущие конструкции –покрытия и перекрытия – воспринимают все приходящиеся на них вертикальные нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам и др.), которые, в свою очередь, передают нагрузки основанию здания. Горизонтальные несущие конструкции, как правило, играют в зданиях также роль жестких дисков – горизонтальных диафрагм жесткости, они воспринимают и перераспределяют горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические) между вертикальными несущими конструкциями.

Передача горизонтальных нагрузок с перекрытий на вертикальные конструкции осуществляется по двум основным вариантам: с распределением на все вертикальные несущие элементы или только на отдельные вертикальные элементы жесткости (стены-диафрагмы, решетчатые ветровые связи или стволы жесткости). При этом все остальные опоры работают только на вертикальные нагрузки. Применяют также и промежуточное решение: распределение горизонтальных нагрузок и воздействий в различных пропорциях между элементами жесткости и конструкциями, работающими преимущественно на восприятие вертикальных нагрузок.

Перекрытия-диафрагмы обеспечивают совместность и равенство горизонтальных перемещений вертикальных несущих конструкций при ветровых и сейсмических воздействиях. Такая совместимость и выравнивание достигаются жестким сопряжением горизонтальных несущих конструкций с вертикальными.

Горизонтальные несущие конструкции капитальных гражданских зданий высотой более двух этажей однотипны и представляют собой обычно железобетонный диск – сборный, сборно-монолитный или монолитный.

По функциональному назначению строительные конструкции подразделяются на несущие и ограждающие. Существуют также такие конструкции, как арки, фермы или рамы. Они являются несущими. А такие строительные конструкции как панели для стен, оболочки, своды соединяют в себе и ограждающие и несущие функции.

Несущие строительные конструкции в зависимости от расчетной схемы делятся на плоские (балки, фермы, рамы и др.) и пространственные (оболочки, своды, купола и др.). Пространственные строительные конструкции обладают более выгодным распределением усилий, в сравнении с плоскими конструкциями. Это, в свою очередь, требует меньшего расхода материалов, однако сборка и производство таких строительных конструкций является крайне трудоемким. На сегодняшний день появились новые типы пространственных конструкций - структурные конструкции, изготовленные из прокатных профилей, закрепленных болтовыми соединениями. Такой тип строительной конструкции обладает простотой изготовления и монтажа, экономичностью.

Строительные конструкции по виду материала бывают:

• бетонные;

Это наиболее встречающиеся виды строительных конструкций на данный момент.

Современное строительство применяет железобетон в виде сборных конструкций. Сфера применения таких конструкций: строительство жилых, производственных зданий, различных сооружений. Целесообразное применение монолитного железобетона — это различные гидротехнические постройки, покрытия дорог, аэродромов, строительство фундаментов под промышленное оборудование, всевозможные резервуары, элеваторы и т. п.

При возведении сооружений, которые эксплуатируются в условиях агрессивной внешней среды или особых климатических условиях (например, повышенная температура, влажность), используют специальные виды бетона и железобетона. К примеру такими сооружениями являются тепловые агрегаты, здания химической промышленности и другие.

В железобетонных строительных конструкциях за счет использования особо прочных бетонов, арматуры, увеличения изготовления напряженных конструкций допустимо уменьшение массы конструкции, понижение цены и расхода материалов, увеличение сфер применения лёгких и ячеистых бетонов.

Области применения строительных конструкций.

Сфера применения стальных строительных конструкций иногда совпадает с использованием железобетонных конструкций. Это, в частности, каркасы большепролетных зданий , цеха с тяжелым и громоздким оборудованием, промышленные резервуары больших емкостей, мосты и др. Выбор типа строительной конструкции зависит от его стоимости, района строительства, расположения предприятия. Главное преимущество стальных строительных конструкций от железобетонных - малая масса. Это позволяет применять данные конструкции в малодоступных районах: на Крайнем Севере, в районах с повышенной сейсмической активностью, пустынных, горных районах и т. д.

Создание продуктивных объемных конструкций (из тонколистовой стали), увеличение объемов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката сделают возможным уменьшить вес зданий и сооружений.

Главная область применения каменных строительных конструкций - возведение стен и перегородок. Архитектурные сооружения и здания из кирпича, мелких блоков и природного камня меньше соответствуют требованиям промышленного строительства, чем крупнопанельные здания, поэтому их доля во всех объемах строительства, падает.

В строительстве также применяют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие. Несущие конструкции состоят из нескольких слоев древесины и склеены между собой. Зачастую их усиливают путем вставления арматуры.

Изготовление клееных деревянных конструкций осуществляется в заводских условиях, все процессы производятся механическим путем

Основная тенденция в изменении деревянных конструкций - это переход к строительным конструкциям из клееной древесины. Допустимость промышленного изготовления и получения элементов определенной конструкции нужных размеров с помощью их склеивания дает преимущества в сравнении с деревянными конструкциями других типов. Клееные строительные конструкции находят широкое применение в сельскохозяйственном строительстве.

В тенденциях современного строительства широкое распространение получают новые виды промышленных строительных конструкций : асбестоцементные, пневматические, конструкции из легких сплавов. Достоинствами данных конструкций являются: низкая удельная масса, возможность заводского изготовления на механических поточных линиях. Более легкие трехслойные панели начинают применяться как ограждающие конструкции вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.

Требования, предъявляемые к строительным конструкциям.

По соображениям требований эксплуатации, строительные конструкции должны быть огнеустойчивыми, коррозиестойкими, удобными, экономичными и безопасными в использовании. С увеличением масштабов и темпов строительства к строительным конструкциям предъявляют требования их изготовления в заводских условиях, конструкции должны быть экономными по стоимости и оптимальными по расходу материалов, удобными при транспортировке и отличаться быстротой и простотой сборки на объекте строительства.

Большое значение уделяется снижению трудоемкости, как при изготовлении строительных конструкций , так и в процессе сооружения из них зданий.

Важной задачей современного строительства является уменьшение массы строительных конструкций за счет применения легких производительных материалов и развитии различных конструктивных решений.

Расчет строительных конструкций.

Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций.

Строительные конструкции очень разнообразны по своему на­значению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств, т.е. про­классифицировать, уточнив при этом некоторые понятия.

Воз­можны различные подходы к классификации конструкций.

Имея в качестве основной конечной цели учебника расчет кон­струкций, целесообразнее всего проклассифицировать их по сле­дующим признакам:

1) по геометрическому признаку конструкции принято разде­лять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержне­вые системы (рис. 1.3):

Рис. 1.1. Классификация конструкций по геометрическому признаку: а) массив; б) брус; в) плита; г) оболочка

Массив -конструкция, в которой все размеры одного поряд­ка, например у фундамента размеры могут бьггь такими: а= 1,8 м; Ъ - 1,2 м; И = 1,5 м. Размеры могут бьггь и другими, но порядок их один - метры;

Брус - элемент, в котором два размера во много раз меньше третьего, т.е. они разного порядка: Ь« /, А « /. Например, у же­лезобетонной балки они могут быть такими: Ь- 20 см, И = 40 см, а /= 600 см, т.е. они моїуг отличаться друг от друга на целый по­рядок (в 10 и более раз).

Брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью - аркой (рис. 1.2, а, б);

Плита - элемент, в котором один размер во много раз мень­ше двух других: И « а, И « /. В качестве примера можно приве­сти ребристую железобетонную плиту (точнее, поле плиты), у ко­торой толщина собственно плиты И может быть 3-4 см, а длина и ширина порядка 150 см. Плита является частным случаем более общего понятия - оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание (рис. 1.1, г). Рассмотрение оболочек вы­ходит за рамки нашего курса;

Стержневые системы представляют собой геометрически не­изменяемые системы стержней, соединенных между собой шар­нирно или жестко. К ним относятся строительные фермы (балоч­ные или консольные) (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Разновидности брусьев: а) рама; б) арка

Рис. 1.3. Примеры простейших стержневых систем: а) балочная ферма; б) консольная ферма

Размеры во всех примерах приведены в качестве ориентира и не исключают их многообразия. Есть случаи, когда трудно отнес­ти конструкцию к тому или иному виду по этому признаку. В рам­ках данного учебника все конструкции вполне вписываются в приведенную классификацию;

2) с точки зрения статики конструкции делятся на стати­чески определимые и статически неопределимые. К первым от­носятся системы (конструкции), усилия или напряжения в ко­торых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым - такие, для которых од­них уравнений статики недостаточно. В настоящем учебнике преимущественно рассматриваются статически определимые конструкции;

3) по используемым материалам конструкции делятся на сталь­ные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные)",

4) с точки зрения напряженно-деформированного состояния, т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряже­ний и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их на три группы: простейшие, простые и слож­ные (табл. 1.1). Такое разделение не является общепринятым, но позволяет привести в систему характеристики видов напряжен­но-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике и будут рассмотрены в учебнике. В представленной таблице трудно отразить все тон­кости и особенности указанных состояний, но она дает возмож­ность сравнить и оценить их в целом. Подробнее о стадиях на­пряженно-деформированных состояний будет сказано в соответ­ствующих главах.

Пожары легче предупредить, чем потушить. Эта достаточно расхожая фраза имеет огромное значение при проектировании зданий и сооружений, когда уже на самой ранней стадии возгорания можно предупредить пожар или, по крайней мере, его дальнейшее развитие.

В этом большую роль играет так называемая пассивная защита - правильно выполненные конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения зданий и других строительных сооружений, обеспечивающие выполнение общих требований противопожарной защиты на всех этапах их создания и эксплуатации.

В ст.34 Технического регламента прописано, что строительные конструкции классифицируются по огнестойкости для установления возможности их применения в зданиях, сооружениях, строениях и пожарных отсеках определенной степени огнестойкости или для определения степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков.

Строительные конструкции классифицируются по пожарной опасности для определения степени участия строительных конструкций в развитии пожара и их способности к образованию опасных факторов пожара.

Согласно ст.35 Технического регламента строительные конструкции зданий, сооружений и строений в зависимости от их способности сопротивляться воздействию пожара и распространению его опасных факторов в условиях стандартных испытаний подразделяются на строительные конструкции со следующими пределами огнестойкости:

1) ненормируемый;

2) не менее 15 минут;

3) не менее 30 минут;

4) не менее 45 минут;

5) не менее 60 минут;

6) не менее 90 минут;

7) не менее 120 минут;

8) не менее 150 минут;

9) не менее 180 минут;

10) не менее 240 минут;

11) не менее 360 минут.

Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются в условиях стандартных испытаний. Наступление пределов огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций в условиях стандартных испытаний или в результате расчетов устанавливается по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:

1) потеря несущей способности (R);

2) потеря целостности (Е);

3) потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I) или достижения предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции (W).

Пределы огнестойкости строительных конструкций устанавливаются по ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Пределы огнестойкости несущих и ограждающих конструкций устанавливает ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».

В соответствии с требованиями ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 в нашей стране проводят испытания строительных конструкций на огнестойкость, в том числе и металлических с огнезащитой. В этих же нормативных документах изложены основные положения метода испытаний конструкций на огнестойкость.

Сущность метода заключается в том, что образец конструкции, выполненной по возможности в натуральную величину, нагревают в специальной печи и одновременно подвергают воздействию нормативных нагрузок. При этом определяют время от начала испытания до появления одного из признаков, характеризующих наступление предела огнестойкости конструкции.

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций по ГОСТ 30247.1-94 используются следующие предельные состояния:

Для колонн, балок, ферм, арок и рам – только потеря несущей способности конструкций и узлов R;

Для наружных несущих стен и покрытий – потеря несущей способности R и целостности Е, для наружных ненесущих стен - целостности Е;

Для ненесущих внутренних стен и перегородок – потеря теплоизолирующей способности I и целостности Е;

Для несущих внутренних стен и противопожарных преград - потеря несущей способности R, целостности Е и теплоизолирующей способности I.

Обозначение предела огнестойкости состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний, а также - цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний в минутах.

Например:

R 120- предел огнестойкости 120 мин - по потере несущей способности;

RЕ 60- предел огнестойкости 60 мин - по потере несущей способности и потере целостности независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее.

В ст.36 Технического регламента прописано:

1. Строительные конструкции по пожарной опасности подразделяются на следующие классы:

1) непожароопасные (К0);

2) малопожароопасные (К1);

3) умереннопожароопасные (К2);

4) пожароопасные (К3).

2. Класс пожарной опасности строительных конструкций определяется в соответствии с таблицей 6 приложения к Техническому регламенту.

таблица 6 приложения к Техническому регламенту

Порядок определения класса пожарной опасности строительных конструкций

Класс по­жар­ной опас­ности кон­ст­рук­ций	Допускаемый размер повреждения конструкций, сантиметры	Наличие	Допускаемые характеристики пожарной опасности поврежденного материала +
Группа
верти­кальных	горизон­тальных	тепло­вого эффекта	горения	горюче­сти	воспламе­няемости	дымооб­разую­щей спо­собности
К0			отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует	отсутст­вует
К1	не более 40	не более 25	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г2+	не выше В2+	не выше Д2+
К2	более 40, но не более 80	более 25, но не более 50	не рег­ламен­тиру­ется	отсутст­вует	не выше Г3+	не выше В3+	не выше Д2+
К3	не регламентируется

Примечание. Знак "+" обозначает, что при отсутствии теплового эффекта не регламентируется.

3. Численные значения критериев отнесения строительных конструкций к определенному классу пожарной опасности определяются в соответствии с методами, установленными нормативными документами по пожарной безопасности.

В ст.37 Технического регламента прописано:

1. Противопожарные преграды в зависимости от способа предотвращения распространения опасных факторов пожара подразделяются на следующие типы:

1) противопожарные стены;

2) противопожарные перегородки;

3) противопожарные перекрытия;

4) противопожарные разрывы;

5) противопожарные занавесы, шторы и экраны;

6) противопожарные водяные завесы;

7) противопожарные минерализованные полосы.

2. Противопожарные стены, перегородки и перекрытия, заполнения проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки, клапаны, окна, шторы, занавесы) в зависимости от пределов огнестойкости их ограждающей части, а также тамбур-шлюзы, предусмотренные в проемах противопожарных преград в зависимости от типов элементов тамбур-шлюзов, подразделяются на следующие типы:

1) стены 1-й или 2-й тип;

2) перегородки 1-й или 2-й тип;

3) перекрытия 1, 2, 3 или 4-й тип;

4) двери, ворота, люки, клапаны, 1, 2 или 3-й тип;

экраны, шторы

5) окна 1, 2 или 3-й тип;

6) занавесы 1-й тип;

7) тамбур-шлюзы 1-й или 2-й тип.

3. Отнесение противопожарных преград к тому или иному типу в зависимости от пределов огнестойкости элементов противопожарных преград и типов заполнения проемов в них осуществляется в соответствии со статьей 88 настоящего Федерального закона».

В ст.58 Технического регламента указано:

1. Огнестойкость и класс пожарной опасности строительных конструкций должны обеспечиваться за счет их конструктивных решений, применения соответствующих строительных материалов, а также использования средств огнезащиты.

2. Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций, выбираемые в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений и строений, приведены в таблице 21 приложения к настоящему Федеральному закону».

таблица 21 приложения к Техническому регламенту

Строительными несущими конструкциями промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений называются конструкции, размеры сечений которых определяются расчетом. Это основное их отличие от архитектурных конструкций или частей зданий, размеры сечений которых назначаются согласно архитектурным, теплотехническим или другим специальным требованиям.

Современные строительные конструкции должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, экологическим, техническим, экономическим, производственным, эстетическим и др.

При сооружении объектов газонефтепроводов широко применяются стальные и сборные железобетонные конструкции, в т. ч. наиболее прогрессивные - предварительно напряженные, В последнее время получают развитие конструкции из алюминиевых сплавов, полимерных материалов, керамики и других эффективных материалов.

Строительные конструкции очень разнообразны по своему назначению и применению. Тем не менее их можно объединить по некоторым признакам общности тех или иных свойств и целесообразнее всего классифицировать по следующим основным признакам:

1) по геометрическому признаку конструкции принято разделять на массивы, брусья, плиты, оболочки (рис. 1.1) и стержневые системы:

Массив - конструкция, в которой все размеры одного порядка;

брус - элемент, в котором два размера, определяющие поперечное сечение, во много раз меньше третьего - его длины, т.е. они разного порядка: b «I, h «/; брус с ломаной осью принято называть простейшей рамой, а с криволинейной осью - аркой.

плита - элемент, в котором один размер во много раз меньше двух других: h «a, h «I. Плита является частным случаем более общего понятия - оболочки, которая в отличие от плиты имеет криволинейное очертание;

стержневые системы представляют собой геометрически неизменяемые системы стержней, соединенных между собой шарнирно или жестко. К ним относят строительные фермы (балочные или консольные) (рис. 1.2).

по характеру расчетной схемы конструкции делят на статически определимые и статически неопределимые. К первым относят системы (конструкции), усилия или напряжения в которых могут быть определены только из уравнений статики (уравнений равновесия), ко вторым - такие, для которых одних уравнений статики недостаточно и для решения требуется введение дополнительных условий - уравнений совместимости деформаций.

по используемым материалам конструкции делят на стальные, деревянные, железобетонные, бетонные, каменные (кирпичные);

4) по характеру напряженно-деформированного состояния (НДС), т.е. возникающих в конструкциях внутренних усилий, напряжений и деформаций под действием внешней нагрузки, условно можно поделить их натри группы: простейшие, простые и сложные (табл. 1.1).

Такое разделение позволяет привести в систему характеристики видов напряженно-деформированных состояний конструкций, которые широко распространены в строительной практике. В представленной таблицетрудно отразить все тонкости и особенности указанных состояний, но она дает возможность сравнить и оценить их в целом.