Категория: Экология человека

Условия недеформируемости элементов зданий

Общие причины

Недеформативность, о которой мы собираемся говорить, — относительная, поскольку все сооружения более или менее деформативны. Вот основные причины деформативности: недостаточная несущая способность фундаментов в податливом основании, упругие (обратимые) деформации основания под нагрузкой, пластические (необратимые) деформации (текучесть), сдвиг от напора ветра, сдвиг почвы над креплением, недостаточная устойчивость здания, температурное расширение материалов, усадка дерева и бетона от усыхания, набухание различных материалов от увлажнения, плотное сопряжение между материалами с различной деформативностью, плотное сопряжение между зданиями различной высоты и т. д.

Мы разделили все эти различные причины на три крупные категории: движение фундаментов; деформации зданий, не зависящие от фундаментов; недостаточная устойчивость сооружения.

Движение фундаментов

Если основание под фундаментом очень прочное, например скала, и его слой имеет достаточную толщину, не следует опасаться никакого движения здания. Если же основание слабое, могут произойти три типа деформаций сооружения: просадка, пучение, скольжение.

Наконец, основание может иметь полости, о которых никто не знает, от древних подземных карьеров, или горных выработок.

Землетрясения упоминаются здесь только для памяти.

Просадки фундаментов

Просадка фундаментов происходит, когда превышен коэффициент запаса прочности грунта. Рассмотрим два случая: когда грунт впоследствии уплотняется и когда просадка продолжается с течением времени.

Грунт впоследствии уплотняется

Это происходит, когда основание состоит из нетронутого сухого песка, как это бывает при грунте, слегка податливом, но в то же время имеющем определенную структуру.

Грунт не уплотняется

На очень податливом грунте сооружение постепенно оседает. Просадки продолжаются в течение многих лет. Известный тому пример — башня в Пизе в Италии. Аналогичный пример — колокольня церкви около Этампа (реки Сена и Уаза).

Подземные воды влияют на осадку сооружения на податливом грунте. Однако понижение их уровня небезопасно для соседних зданий.

Когда возводят здания на свежих насыпях большой толщины, они оседают продолжительное время независимо от того, насколько нагружено основание, до тех пор, пока не будут заполнены все пустоты в материале. В общем следует избегать строительства на насыпных грунтах.

Различные фундаменты на податливых грунтах

Когда грунт слегка податлив, но обладает определенным сопротивлением, устраивают железобетонные подушки соответствующих размеров.

Если грунт очень податлив (насыпь — консолидированный ил), может быть два случая.

1. Слой непрочного основания не имеет большой толщины, например 6—10 м. Ниже расположен слой прочного основания достаточной мощности (необходимо позаботиться о том, чтобы избежать наклона свай). Можно опереться на этот слой с помощью свай или бетонных колодцев.

2. Непрочный слой слишком мощный — более 10 м (такой, как в Аббевилле на Сомме). Рискованно рассчитывать на силы бокового трения свай о грунт; предпочтительно устраивать фундаменты из сплошной железобетонной плиты.

Когда основание особенно непрочно, возможны еще два решения:

1. Основание представляет собой непрочный ил большой мощности (например, в Тунисе). Фундамент устраивают в виде плавающего железобетонного плота. Необходимо, чтобы здание было хорошо уравновешено, в противном случае возникнет опасность его опрокидывания. Каркас здания должен быть жестким (металлическим или железобетонным). Подобные основания встречаются на побережье Ледовитого океана: это вечная мерзлота.

2. Основание имеет слой песка-плывуна. Это слой песка, содержащего воду под давлением, расположенный между двумя водонепроницаемыми слоями. Происходит явление «тиксотропии». Когда внешних воздействий на песок нет, он прочен. При нарушении его покоя он становится жидким и совершенно теряет свою густоту.

В Голландии в ее польдерах производили интересный опыт. Вертикально поставленная железобетонная колонна длиной 10 м полностью погружалась за 20 мин под собственным весом. На подобных основаниях бетон, уложенный за день, полностью погружается за ночь. Тем не менее на этих основаниях сооружают здания, применяя фашины. В Рубе-Тур-куэне избегают возводить здания на вскрытых плывунах. Предпочитают строить здания без снятия поверхностного почвенного слоя. Балли в Румынии предложил упрочнение подобных оснований электросиликатизацией.

На основаниях, которые сами по себе хороши, но имеют беспорядочную структуру (например, осыпи Монреаля около Парижа), можно добиться прочности устройством продольных железобетонных поясов, распределяя таким образом нагрузки от стен.

Возможны два варианта разрушения здания от просадок:
1) здание проседает целиком (это проблема устойчивости, которую мы рассмотрим дальше);
2) здание частично разрушается, в этом случае:
проседает только средняя часть здания — здание получает трещину в форме арки;
отрывается угол здания, образуя трещину под углом в 45°.

При старой просадке здания трещина бывает черного цвета, при свежей просадке — белого. Когда замечают просадку здания, накладывают датированный маяк и следят за трещиной, увеличивается она-или нет.

Когда в одном и том же сооружении расположены рядом участки различной высоты, лучше полностью разделить его на части осадочным швом.

Плохо выполненные ремонтные работы в основаниях могут послужить причиной просадки здания. Следует опасаться просадки наружных стен, в результате которой окна перестают закрываться. Этот недостаток очень трудно устранить.

Рис. 1. Местный обвал стены. Разрушение в форме арки

Рис. 2. Просадка угла стены. Трещина отсекает угол

Рис. 3. Неудачное сопряжение фундаментов.

Под подоконниками из тесаного камня, вмонтированного в кирпичную стену, предусматривают зазор, чтобы избежать опасности раздавливания плиты.

Предпочтительно, чтобы подземные цистерны и резервуары для воды были расположены вдали от зданий и сооружений.

Набухание грунта

Пучение грунта происходит в глинистых основаниях, когда глубина заложения фундаментов незначительна и когда пренебрегают устройством дренажа вокруг здания.

Если дождевые воды проникают в основание и накапливаются в нем, глина набухает. Появляющиеся трещины имеют характерную V-образную форму с вершиной внизу.

Следующие мероприятия помогают избежать подобных разрушений:

более глубокая закладка фундаментов с тем, чтобы их подошва опиралась на слой основания с примерно постоянной влажностью;

дренаж верхнего участка около здания по отношению к уклону основания.

Поскольку основание глинистое, оно всегда содержит слой почвенных вод;
— устройство железобетонного пояса у подошвы фундаментов наружных и внутренних стен, когда это возможно;
— создание по возможности под подошвой фундамента хорошо утрамбованной песчаной подушки; возведение фундаментов без завышения размеров подошвы (надо придерживаться нормального предела безопасности основания);
— устройство связей между частями здания в различных уровнях; увеличение числа деформационных швов.

Скольжение фундаментов

Скольжение фундаментов происходит при глинистых основаниях, имеющих значительный уклон. Иногда здание скользит целиком. В другом случае скользит часть здания, в то время как выше расположенная часть остается на месте. Таким образом, здание разрывается на две части.

Рис. 4. Местное набухание грунта под стеной- Трещина имеет V-образную форму

Циркуляция воды в грунте (почвенный или другой слой) размягчает глину, и она становится пластичной. Тогда может начать скользить целый холм: именно это произошло в Фурвиере между двумя войнами.

Рис. 5. Частичное скольжение здания. Здание разорвано на две части. Левая часть скользит, правая ‘остается на месте. Грунты глинистые и имеют значительный уклон. Здание не имело достаточно прочных связей

Предпринимаемые меры предосторожности зависят от структуры основания. Тем не менее можно рекомендовать: заложение фундаментов глубже обычного, устройство связи между частями здания в различных уровнях, дренаж грунта выше здания, устройство выступов в фундаментах ниже по скату.

О подземных пустотах

Древние подземные карьеры

Купола подземного карьера способны мало-помалу обрушиваться. Толщина естественного свода со временем может почти исчезнуть. Если при строительстве здания на таком участке не приняты меры предосторожности, происходит внезапное погружение здания в эту «пропасть», иногда на несколько метров.

На участках с подземными карьерами устраивают бетонные колодцы, опуская их до низа карьера. Иногда, если естественные своды очень мощные и существует доступ в карьер, можно ограничиться некоторым упрочнением этого свода.

Районы с горными выработками

В районах с горными выработками пустоты в почве расположены на очень большой глубине. Тем не менее может происходить перемещение почвы на поверхности земли. В принципе шахтные компании обязаны осуществлять ремонт зданий, которые пострадали от обрушения почвы. Настоятельно необходимы следующие меры предосторожности: для обычных зданий устраивают железобетонные пояса и связывают части здания на различных высотах;

для зданий значительных размеров предусматривают сплошную железобетонную плиту; здание опирается на эту плиту посредством домкратов; при смещении грунта здание выравнивают, пользуясь этими домкратами.

Об обследованиях оснований

Общие положения

Прежде, чем строить, необходимо хорошо знать участок. Нельзя обойтись без сведений: о наклоне поверхности участка; структуре слоев почвы; наличии или отсутствии слоя воды на небольшой глубине; существовании древних подземных карьеров.

Можно осуществить геологические исследования.

При этом используются различные методы:
— при глубине до 10 м отрывают колодцы (шурфы) вручную, если грунтовые воды глубоко;
— при большой глубине бурят скважины небольшого диаметра с обсадными трубами, если это необходимо, берут пробы (или керны), чтобы исследовать их в лаборатории. Можно также измерять сопротивление оснований внутри этих скважин с помощью прессометра, который осуществляет боковое давление;
— зондируют почву ударами длинного стержня. Приближенно оценивают сопротивление пересекаемых слоев, не определяя их структуры;
— при больших исследуемых площадях (с наличием древних засыпанных карьеров) целесообразно использовать систему искусственных сейсмических толчков. Скорость распространения волны изменяется в зависимости от структуры основания (400 м/сек в насыпных грунтах, 2400 м/сек в скальных);
— при больших площадях рекомендуется также применять метод измерения электрического сопротивления в сопоставлении с предыдущим методом.

Можно получить сведения о природе оснований: исследуя геологическую карту местности, спрашивая местных подрядчиков или местных кадровых рабочих, справляясь по местным историческим документам (о случаях разрушения фундаментов), производя пробное загружение основания, заручившись поддержкой специалистов по динамике грунтов.

Мы заканчиваем эту главу некоторыми замечаниями о грунтовых водах, оказывающих влияние на решение тех или других вариантов фундаментов.

О грунтовых водах

Глинистые основания

При глинистых основаниях скопляется слой воды на небольшой глубине (верховодка), который повторяет уклон основания. Эти воды происходят от дождей. Уровень такого слоя (более глубокий летом, чем зимой) изменяется в зависимости от сезона. Следует опасаться затопления подвала. Если нет возможности дренировать, надо предусматривать гидроизоляцию подвалов, заглубленных ниже этого слоя. Изоляция должна быть строго непроницаемой и способной сопротивляться напору воды, иногда значительному (1 или 2 т на 1 м2). Эта вода может быть агрессивной. Если помещение используется для котельной, необходимо защищать бетон от перегрева, чтобы он сохранял свою непроницаемость.

Иногда выясняется, что источником влаги в основании оказались свободно выросшие растения типа водолюбивых.

Песчаные основания

Если в районе строительства нет водонасыщенных песков, в основании может оказаться горизонтальный слой воды. При наличии поблизости проточной воды уровень этого слоя будет соответствовать паводку в потоке. Если нельзя избежать строительства в подобных условиях, нужно принять все необходимые меры предосторожности.

Водонасыщенные пески

О них мы сказали несколько слов выше. Это слой песка, содержащий воДу под давлением и расположенный между двумя водонепроницаемыми слоями. Это самое плохое из возможных оснований. Следует избегать расположения подошвы фундамента в этом слое.

Известняковые основания

Если эти основания не мергелистые, то они изрезаны трещинами и сухие. Тем не менее возможна циркуляция воды в пустотах, образованных этими трещинами. Об этом нельзя забывать.

Морской прилив легко проникает в эти основания. Подвальные помещения в зданиях на таких участках должны быть сконструированы подобно кессонам.

Деформации сооружений без сдвига фундамента

Обычно деформации без сдвига фундамента не влияют на долговечность здания, но портят его внешний вид и нарушают эксплуатацию. Рассмотрим различные виды деформаций, проявляющихся либо каждая в отдельности, либо совместно. >

Упругость материалов

Этот фактор влияет главным образом на изгибаемые элементы (прогоны, вспомогательные балки, ребра сводов, панели, стропильные балки и т. д.). Устойчивость здания зависит от упругости каркаса. Если балки слишком гибки, покрывается трещинами поддерживаемый ими потолок. Если оконные переплеты прикреплены к слишком гибкому каркасу, могут быть повреждены оконные стекла1.

Коэффициент упругости

Упругость материала — это его способность подвергаться обратимым, а не остаточным деформациям. Она характеризуется некоторым коэффициентом — модулем упругости. Модуль продольной упругости равен отношению нормального напряжения к относительному удлинению элемента по линии его действия. Модуль может иметь два значения в зависимости от того, подвергается элемент постоянной или быстро меняющейся переменной нагрузке. Приведем несколько значений модуля для постоянной нагрузки.

Допускаемые прогибы

Нормы проектирования различных материалов допускают прогиб изгибаемых элементов около 1/450 от пролета (изменяется в зависимости от вида материала). Нормы проектирования металлического каркаса 1956 г. допускают прогиб для элементов покрытий 1/200 пролета.

Когда изгибаемый элемент имеет незначительную высоту, он сильно прогибается под нормальной нагрузкой. Практика строительства подсказывает целесообразную высоту сечения. В аналогичных условиях прогиб неразрезных балок намного меньше, чем прогиб однопролетных балок.

Очень чувствительно к прогибу дерево. Менее чувствителен металлический каркас. Почти не заметен прогиб в железобетоне (за исключением элементов очень незначительной высоты).

Когда устойчивость сооружения обеспечивается металлическими тросами, нельзя использовать твердую сталь, работающую при высоких напряжениях. Лучше принять мягкую сталь, работающую при напряжении 1200 кГ/см2; таким образом, упругость сооружения будет сведена к минимуму.

Повреждения

Мы уже отмечали трещины в слишком податливых потолках и повреждения стекол при гибких каркасах.

Упругость железобетона вызывает особые затруднения. Сталь может выдерживать значительные удлинения, в то время как сам бетон не обладает этим свойством. При использовании стали к допускаемым напряжениям 2400 кГ/см2 вблизи растянутой арматуры могут появиться мелкие трещины в бетоне. Эти трещины опасны, когда элемент находится под дождем, погружен в воду или вообще имеет контакт с водой. Новые нормы по железобетону 1960 г. содержат различные предписания по этому поводу.

При чрезмерных нагрузках трещины в железобетонных балках образуются, главным образом, у опор под углом 45°. Когда чрезмерно нагружена железобетонная плита, трещины не параллельны граням плиты, а диагональны и исходят из углов.

Длинные тонкие колонны разрушаются от продольного изгиба задолго до достижения предела прочности материала. Защемление опор уменьшает опасность потери устойчивости.

Что касается колонн из естественного камня и кирпичной кладки, то при их раздавливании материал откалывается в средней части в виде заостренных на концах осколков, а остается внутренняя, лучше сопротивляющаяся масса в форме двух усеченных конусов, обращенных широкими основаниями,в противоположные стороны.

Рис. 7. Изгибаемый прогон. Растянутая арматура работает нормально. Чрезмерная нагрузка. Большие трещины у опор под углом 45°

Рис. 8. Сплошная прямоугольная плита, опертая по контуру. Нагрузка чрезмерная. Трещины направлены под углом в 45° к углам плиты

Рис. 9. Разрушение колонны при продольном изгибе

Рис. 10. Раздавливание каменного столба

Рис. 11. Изгибаемый прогон. Растянутая арматура работает на очень высоких напряжениях. В нижней части многочисленные волосные трещины

Среди сооружений из каменной кладки, которые могут деформироваться до достижения предела прочности материала, надо отметить своды. Если нагрузка сосредоточена в замке, могут приподниматься пазухи. Если, напротив, чрезмерно перегружены пазухи, приподнимается замок. Наконец, если расходятся опоры, сооружение стремится осесть.

Рис. 12. Выпучивание старых стен

Старые стены, сложенные из мелкого бутового камня без перевязки швов, могут расслаиваться или деформироваться .

Старая кирпичная кладка растрескивается в самых различных направлениях.

Пластичность и текучесть материалов

Текучесть — постоянная необратимая деформация материалов под нагрузкой или без нагрузки. После деформации материал не принимает первоначальных размеров. Необратимые деформации возникают, когда превышен предел упругости материала. В сооружениях этот случай встречается редко, потому что при расчете работа строительного материала допускается только значительно ниже предела упругости.

Остаточные деформации материала могут возникать еще до того, как будет превышено или достигнуто допускаемое напряжение материала (до предела упругости), но в этих случаях они проявляются медленно

Рис. 13. Ветхая кирпичная стена. Многочисленные трещины во всех направлениях

В таких случаях деформация пропорциональна усилию и продолжительности приложения нагрузки. В настоящее время проводятся исследования для объяснения этого явления, трудно воспроизводимого в лаборатории. Предполагают, что материал «течет», но это явление происходит нерегулярно, оно различно в различных частях элемента так же, как и в различных точках поверхности того же самого элемента.

Текучесть отчетливо заметна в «пластичных» материалах, но она существует и в бетонах. Она проявляется и в древесине (двери деформируются). Сталь, которая относится к типично упругим материалам, равным образом подвержена текучести.

Текучесть заметна на глаз в панелях и коньковых прогонах из старой древесины; нагрузки зачастую чрезмерны, но предел прочности еще не превышен.

В настоящее время трудно заранее определить степень текучести. Ее учитывают, придавая строительный подъем элементам из дерева и стали.

В главах, посвященных условию прочности, мы обратили внимание на двойственность в расчете неразрезных металлических и железобетонных балок при учете упругости и текучести материалов. Концепции, некогда общие, принятые при изучении сопротивления материалов, совершенно изменились. Текучесть представляет собой существенный недостаток предварительно напряженного железобетона. Бетон и сталь изменяют напряженное состояние (расслабляются). Это изменяет принятые в расчете условия. Учитывая это, обычно немного увеличивают начальное предварительное напряжение.

Зазоры в соединениях

Неплотности в соединениях могут влиять на деформации сооружения, главным образом, при переменных усилиях (ветровые нагрузки) или при вибрациях и дрожании. В принципе в соединениях не должно быть зазоров, разумеется, за исключением деформационных швов. Этот вопрос не возникает при железобетонном, клепаном или сварном металлическом каркасе. Болтовые металлические соединения могут иметь некоторую свободу. Иногда приходится предусматривать меры безопасности: двойные болты, специальные шайбы и т. д.

Болтовые соединения в дереве чувствительны к расшатыванию. Следует обеспечить болты широкими шайбами, а в случае необходимости применить скобы. Напротив, гвоздевые и клеевые соединения менее чувствительны к расшатыванию. В будущем можно ожидать применения всех трех типов соединений.

Температурное расширение материалов

Коэффициент температурного расширения

Вот коэффициенты температурного расширения для некоторых применяемых в строительстве материалов. Коэффициент линейного расширения а равен приращению длины тела при нагревании на 1 градус.
сосна (вдоль волокон) ……….. 0,000004
естественный камень………… 0,000005
кирпич …………….. 0,000005
бетон…………….. 0,000011
сталь…………….. 0,000012
медь около …………… 0,000018
олово…………….. 0,000023
алюминий около…………. 0,000023
свинец …………….. 0,000029
цинк …………….. 0,000029

Объемное расширение воды отличается от других материалов с минимумом при 4 °С. Когда температура воды опускается ниже 4 °С, объем увеличивается. При этом могут быть разорваны резервуары, которые ее содержат.

Различные проблемы ~ температурного расширения в строительстве

Мы исследуем температурные расширения следующих конструктивных элементов: освещенные солнцем части здания, каркас здания, трубопроводы центрального отопления, дымовые каналы, различные канализационные трубопроводы.

Облучаемые солнцем части здания

Это, главным образом, металлические кровли (из листовой стали, цинка, меди, алюминия, свинца, плоские или волнистые). В наших областях температура поверхности облученной солнцем кровли летом может достигать или превышать 65 °С. Так мы отмечали выше, металлы имеют высокий коэффициент температурного расширения (особенно алюминий). Следовательно, для этих кровель необходимо предусмотреть достаточно частые температурные зазоры между листами с фальцами. Крепления листов равным образом должны допускать температурное расширение. Свинец, мягкий сам по себе, может деформироваться при температурном расширении. В подобном случае не следует добиваться плоскостности. Для железобетонных плоских крыш надо предусматривать многочисленные разрезы.

Иногда в силу температурного расширения под воздействием солнечных лучей отстает штукатурка фасада. Напомним в связи с этим данные первой части о фиктивных температурах воздуха освещенных солнцем ограждений.

Рис. 14. Температурный шов в плоской крыше

Из-за высоких температур освещенной солнцем плоской крыши обязательно устройство температурных швов на небольшом расстоянии один от другого. Этот пример относится к зданию, остов которого состоит нз монолитных бетонных стен и железобетонных перекрытий. Стену из монолитного бетона возводят немного выше последнего этажа, устраивая на некотором ее протяжении карниз, перекрывающий шов

Каркасы зданий

Каркас прямо или косвенно подвергается температурному воздействию солнечного облучения, но масса сооружения обладает некоторой тепловой инерцией. Следовательно, необходимо учитывать, что температура каркаса может быть немного выше температуры окружающего воздуха1.

Французские нормы допускают следующие пределы отклонений температур.

Нормы проектирования металлических конструкций 1956 г. предусматривают для каркасов и покрытий, расположенных под открытым небом, отклонение температуры по отношению к средней температуре в большую и меньшую сторону: 27 °С во Франции и 36 °С для Северной Африки.

Нормы проектирования железобетона 1960 г. предписывают для каркаса изменение температуры по отношению к средней: около 20 °С для Франции и 30 °С для Северной Африки (практически коэффициент температурного расширения до llXlO-6). Температурный шов через каждые 50 м.

Трубопроводы центрального отопления.

Рис. 15. Пример разрушения каменной кладки. Вертикальная трещина

Рис. 16. Наружная стена с многослойными панелями типа «сандвич». Метод Римассона

Когда трубопроводы центрального отопления имеют длинные прямые участки, необходимо принимать меры против температурного расширения (лировидные компенсаторы или специальные устройства). Места для этих устройств надо предусмотреть при архитектурном решении проекта. Крепления трубопроводов не должны быть жесткими, чтобы устранить нарушающий покой жителей шум от расширения труб при изменении режима работы, особенно когда этот шум происходит в ночное время.

При панельном отоплении в полах, при наращивании панелей необходимо предусмотреть для каждого элемента небольшой зазор в отводах к каждой панели. Если приборы отопления входят в состав перекрытий, нужно увеличить количество температурных швов в здании.

Дымовые каналы

Даже при легком воспламенении сажи дымовые каналы могут потрескаться. Недостаточно соблюсти требуемое сечение канала; материал, из которого он выполнен, должен быть мало восприимчивым к температурным расширениям.

Водопровод

Когда замерзает водопровод, увеличение объема воды при температуре ниже 0° может разорвать трубы. Предпочтительно либо прокладывать водопроводные трубы в самом здании, либо утеплять их при необходимости. Вне здания их утепляют, заглубляя соответствующим образом.

Влажность воздуха

Усадка бетона и усушка дерева

Усадка бетона

Бетон во время укладки и в дальнейшем уменьшается в объеме. Это зависйт от различных факторов: гранулометрического состава, количества цемента,, вибрирования, связанной воды, условий укладки и т. д. Сухость воздуха увеличивает усадку.

Нет необходимости предусматривать усадку бетона, заглубленного во влажную почву.

Каменная кладка, естественно, тоже подвергается усадке. Когда стена очень длинная, посередине может образоваться вертикальная трещина.

Вот уже в течение 30 лет делают оштукатуренные наружные стены или щипцы из железобетонных панелей с заполнением пустотелым кирпичом. На стыке кирпича с бетоном образуются неприятные нитевид

ные трещины. Во избежание этого возводят стены из монолитного бетона без штукатурки, либо получая многослойную теплоизоляцию типа сипорекс, либо сочетая сипорекс с легким бетоном.

Рис. 17. Пример отделки сипорексом торцовой стены из монолитного бетона

Усушка дерева

Дерево набухает при увлажнении и сжимается при высыхании. Нормы указывают для воздушно-сухой древесины (т. е. при влажности дерева от 13 до 17%) объемную усадку:
0,55 — 1 % Для сильно волокнистой древесины; 0,35 — 0,55% для волокнистой древесины; 0,15 — 0,35% для слабо волокнистой древесины.

Осевая усушка незначительна, поверхностная усадка различных сечений практически примерно равна объемной. Тангенциальная усадка в три раза превышает радиальную.

Усушка древесины очень заметна в дощатых полах, дощатых облицовках и дверных полотнах, различных отделочных изделиях. Менее заметна усушка у древесины, распиленной на брусья, чем распиленной на доски. Листы фанеры мало чувствительны к усадке. Для паркета предпочтительнее применять клепку небольшой ширины. Что касается облицовок, то их делают с нащельниками.

Усушка может вызвать коробление или перекос древесины. Этому подвержена свежесрубленная древесина. Предпочтительнее пользоваться здоровой сухой прямослойной древесиной, по возможности без сучков и распиленной на брусья.

Годовые кольца древесины, идущей на деревянные переплеты, должны быть менее 3 мм.

Увлажнение и набухание древесины

Увлажнение и набухание древесины — явление, обратное только что нами рассмотренному. Назовем несколько примеров: дощатые полы зерноскладов, поднимающиеся в виде свода после заполнения влажным зерном; фанерная подшивка вентиляционного короба, которая деформируется при увлажнении.

Чтобы избежать явления набухания, надо устраивать с зазорами обрешетку под шиферные или цинковые кровли.

Для предотвращения набухания расположенных на открытом воздухе, но защищенных от дождя столярных изделий применяют водонепроницаемые краски.

Сухость или влажность климата влияет либо на усадку, либо на набухание древесины. Но внутри помещений увлажнение воздуха происходит от деятельности человека: от пользования газовыми нагревательными приборами, приготовления пищи, сушки белья в ванной комнате и даже от дыхания жильцов.

Изменение размеров древесины особенно заметно у столярных изделий. Необходимо, в частности, предусматривать в допустимых пределах зазоры в оконных и дверных притворах. В несущих деревянных конструкциях изменения размеров древесины в направлении вдоль волокон малоощутимы1.

Поверхностные напряжения материалов

Поверхностные напряжения — неизбежное следствие явлений усадки или расширения материалов от различных причин, включая и неоднородность материала, которые вызывают деформации сооружения. Они в особенности ощутимы в тонких плитах.

Плиты, на противоположных поверхностях которых возникают различные напряжения, коробятся сами по себе, без приложения какой-либо нагрузки. Такому виду деформации особенно подвержена древесина.

Об устойчивости зданий

Недостаточная устойчивость сооружения также грозит деформацией. Выделим пять следующих причин, вызывающих деформации: активное давление грунта, напор ветра, неустойчивость основания фундаментов, неустойчивость кессонного основания на непрочном иле, землетрясения.

Активное давление грунта

Активное давление грунта проявляется при наличии значительной разности отметок участка у двух противоположных фасадов здания.

Следовательно, необходимо противопоставить активному давлению грунта подпорную стенку вне здания либо стенку, входящую как элемент в саму конструкцию здания и усиленную поперечными внутренними стенами. Для лучшей устойчивости эти внутренние стены должны быть достаточно нагруженными. Архитектурное и конструктивное решения должны быть согласованы соответствующим образом. Понятно, что активное давление почвы следует свести к минимуму, осуществляя дренаж грунтовых вод, накапливающихся за подпорными стенками.

Напор ветра

Прежде ограничивались высотой зданий в 7—8 этажей. Предусматривали поперечные и общие торцовые стены. Таким образом, устойчивость против давления ветра осуществлялась сама собой. В настоящее время этажность возросла до 10 этажей для зданий, примыкающих друг к другу торцами и до 12 для башенных зданий. Кроме того, внутренние несущие стены часто отсутствуют. В отдельных случаях устойчивость зданий становится сомнительной.

Рис. 18. Ветроустойчивость здания. Два примера конструктивного решения при одинаковом архитектурном оформлении зданий различной этажности а — шестиэтажное здание; перекрытия опираются на колонны и балки, уложенные вдоль перегородок; устойчивость обеспечивается глухими торцовыми стенами и стенами лестничных клеток; б — 11-этажное здание; устойчивость обеспечивается всеми внутренними поперечными стенами, нагруженными перекрытиями

Ветроустойчивость таких зданий может быть обеспечена только за счет поперечных внутренних стен, выполненных в монолитном бетоне сравнительно небольшой толщины (14—20 см) или при необходимости армированных. Кроме того, эти внутренние стены должны быть соответствующим образом нагружены перекрытиями. Они могут быть также выполнены из металлических перекрестных панелей. Об устойчивости многоэтажных зданий следует позаботиться еще при первоначальной разработке архитектурной и конструктивной частей. Добавим, что очень трудно обеспечить эту устойчивость с помощью рам, даже путем усиления узлов. Перекрытия могут способствовать равномерному распределению давления ветра на различные противоветровые опоры. Мы приводим два примера конструктивного варианта для одного и того же архитектурного решения.

В главе об условиях прочности сооружений мы привели различные указания о ветре, как о разрушительном факторе.

Неустойчивые фундаменты на сваях

Возможны две причины разрушения зданий, основанных на сваях.

Первый случай. Непрочный слой имеет большую толщину. Острия свай не опираются на прочный слой. Можно рассчитывать на несущую способность свай только за счет их бокового трения, о котором судят по отказу при забивке. Боковое трение сваи уменьшается со временем и под воздействием различных факторов (осадка насыпи изменения слоя подземных вод). В подобном случае осадка здания происходит неравномерно, возможны перекосы.

При наличии подобного основания предпочтительнее в качестве фундаментов использовать сплошную железобетонную плиту.

Второй случай. Концы свай покоятся на прочном слое, но пройденное основание очень слабо (например, свеженасыпанное). Сваи перекашиваются. Этого можно избежать, укрепляя фундаменты с помощью дополнительных свай, забиваемых в косом направлении и образующих постоянные подпорки.

Кессонные фундаменты на непрочном иле

Выше мы упоминали, что в Тунисе грунт представлен 50-метровым слоем непрочного ила. Здания устраиваются на кессонах, плавающих в этой полужидкой массе. Нередко в зданиях высотой в 3—4 этажа можно констатировать отклонения от вертикали порядка 15 см.

Напомним, что на побережье Арктики существуют подобные грунты, состоящие из ила, промерзшего на очень большую глубину. Это — вечная мерзлота.

Землетрясения

Мы уже затрагивали эту тему в предыдущей главе (условия прочности). Напомним, что первая попытка антисейсмического нормирования была связана с землетрясением в Орлеансвилле, а появление новой технической инструкции об устойчивости зданий в случаях землетрясений — с землетрясением в Агадире/Марокко.

Заключение о деформативноети сооружений

Деформативность зданий проявляется двумя способами.

Деформативность в деталях

Нередко отклоняются от нормы прогибы главных и вспомогательных балок. В некоторых случаях для подобных конструктивных элементов необходимо предусматривать строительный подъем. Коробятся столярные изделия, удлиняются трубопроводы центрального отопления и т. д.

Деформативность здания в целом

Общие положения

Смещение всех элементов или разрушение здания в целом чаще всего происходит по следующим причинам: усадка бетона и каменной кладки, температурные деформации металлических конструкций, элементы системы отопления, включенные в конструкцию железобетонных перекрытий, податливость фундаментов, землетрясения и т. д.

О деформационных швах

Общее решение заключается в рассечении на отрезки очень длинных зданий швами, которые называются деформационными. Раньше их устраивали на больших расстояниях друг от друга. В настоящее время существует тенденция устраивать деформационные швы слишком часто в ущерб ветроустойчивости. Различные нормы рекомендуют принимать в качестве предельной длины здания без швов в наших районах примерно 40 м. Для железобетонных конструкций в очень сухих районах эта длина уменьшается до 25 м.

Несмотря на то что это не требуется по нормам, необходимо предусматривать более частое расположение швов в зданиях: с панельным отоплением, входящим в состав перекрытий, с фундаментами на податливом грунте, с фундаментами на основаниях с неравномерной структурой, смешанной этажности.

Общие замечания

о деформативноети элементов здания

В заключение отметим, что условия прочности и недеформатив-ности взаимозависимы и оказывают влияние друг на друга. Зачастую деформации проявляются очень медленно (в частности, в случае текучести) — в течение, например, 10 лет.



Экология человека - Условия недеформируемости элементов зданий

Разделы

Содержание блога

Содержание сайта.


Другое

Статьи по теме "Экология человека"