Главная  Свойства 

 

Надстройка мансардных этажей

 

Выбор той или иной степени надежности это прежде всего экономическая задача. Но в ней присутствуют также другие аспекты — социальные и моральные. Итак, надежность ... Какой она будет?

 

Расчет строительных конструкций, как мы уже знаем, должен предварительно, еще в проектной мастерской гарантировать, что выполненная в соответствии с расчетом конструкция в эксплуатационный период или во время каких-либо аварийных ситуаций сохранит свои качества и будет продолжать выполнять свои функции. Но этот процесс предполагает неизбежные приближения и упрощения: используется условная статическая схема, рассматривается идеализированный материал (идеально упругий или идеально упругопластичный), берутся нагрузки, хотя и хорошо обоснованные в различных нормах, но представляющие собой также значительную идеализацию реально существующих отношений между конструкцией и внешним силовым воздействием. Очевидно, что действительные конструкции, действительные материалы и действительные нагрузки в силу своей сложной, неясной, непостижимой природы будут отличаться от расчетных. Именно эти неизбежные различия перекрываются неким коэффициентом (так называемым коэффициентом запаса). Так что его место в строительстве определяется необходимостью некоего абстрактного начала — расчетных предпосылок о совпадении предполагаемых условий с реальными условиями работы сооружения в различные моменты его жизни.

 

В принципе надежность зависит от трех основных факторов — от свойств материала, внешних нагрузок и общих условий работы (и исполнения) конструкции. При всем этом полтора века назад, когда был впервые выведен коэффициент запаса, он понимался совершенно иначе, чем сейчас. Но нынешнее понимание его является зачастую противоречивым, во всяком случае, дискуссионным. Не возникает споров только о выборе расчетных характеристик материалов. Для упругих материалов основной расчетной характеристикой является предел текучести, поскольку значительные пластические деформации, которые происходят после его прохождения, приводят к недопустимым смещениям в конструкции. Для хрупких материалов такой основной характеристикой является предел разрушения. Для материалов, работающих в режиме постоянного динамического воздействия, отправной точкой считается так называемый предел усталости, который предполагает хрупкое разрушение, так как внутри материала возникают микротрещины. (Этот предел определяют в лабораторных условиях при многократно повторяющихся динамических воздействиях, причем число циклов в зависимости от конкретных требований может достигать миллиона и даже миллиарда.) Так что в любом случае речь идет о предельных сопротивлениях материала.

 

Но как же в конце концов вычисляется коэффициент запаса? Например, можно взять в качестве расчетной характеристики материала какую-то долю предельного напряжения; тогда коэффициент запаса будет представлять собой отношение между предельным и расчетным напряжением. Просто, не правда ли? И достаточно надежно коэффициент запаса будет достаточно велик. Но всегда имеется и оборотная сторона медали, в данном случае это проблема мотивировки такого коэффициента. Понятие допускаемое напряжение и основные положения метода расчета по допускаемым напряжениям сформулированы французом Навье еще в далеком 1826 г. _1 Более века эта система являлась единственным аппаратом предсказывания и обеспечения надежности, которым располагали инженеры-конструкторы. Интересно, что в некоторых странах (ФРГ, Франции и др.) этот метод еще используется до сих пор как официальный.

 

Но ведь в нем не учитывается влияние других факторов на надежность! Очевидно, что односторонний подход имеет множество минусов. До сих пор никто и никогда еще не смог дать удовлетворительных критериев надежности, исходя лишь из свойств материала. Полученный таким образом коэффициент запаса является весьма субъективным и всегда оказывается в пользу надежности. Спроектированные по методу допускаемых напряжений сооружения обладают немотивированно высокой надежностью, которая в век точных расчетов является крайне нежелательной. Если вообще можно говорить в данном случае о какой-либо мотивировке, то ею может быть только низкий уровень знаний. Поэтому некоторые авторитетные специалисты совершенно серьезно называют эту архаичную форму коэффициента запаса коэффициентом незнания.

 

Только в 3(х годах нынешнего века был сделан качественно новый шаг вперед. В СССР был обоснован и постепенно разработан новый метод расчета строительных конструкций, который назывался методом расчета по стадии разрушения (или по разрушающим усилиям). Это следующий этап борьбы человека с природой, новый этап в понимании и регулировании сложной картины невидимого конфликта. Как подсказывает название метода, в качестве расчетных характеристик берутся предельные прочности материалов. На основании этой величины вычисляется несущая способность элементов за миг до разрушения , и именно отношение предельной несущей способности к соответствующим внешним усилиям, которые определяют при статическом исследовании, дает величину коэффициента запаса.

 

Этот новый метод определения коэффициента запаса гораздо лучше, точнее отражает реальное соотношение сил в невидимом конфликте. Особенно значительны различия в обоих методах определения коэфицента запаса для железобетона, для которого само понятие допускаемые напряжения выглядит нелепо, как заплата. Поскольку предельные напряжения для бетона одни, а для арматуры другие, точный коэффициент запаса определить невозможно, не говоря уже о том, что реальные напряжения в связи со сложной природой этого материала весьма далеки от допускаемых значений. Общий коэффициент запаса, определенный по новому методу, дает возможность более точного, более обоснованного нормирования. Величина коэффициента больше при перевесе подвижных нагрузок над постоянными, а поскольку характер подвижных неуловим, могут быть и неожиданности. Несмотря на недостатки этого метода, он до сих пор является основным в некоторых развитых странах.

 

И все же это далеко не предел. Следующий шаг был сделан в 40-50-х годах, когда в СССР была создана и введена система расчета по предельным состояниям. Только здесь были наконец охвачены три основные группы факторов, от которых зависит надежность строительных конструкций. По-новому прозвучало и понятие надежность , поскольку было введено логичное предположение, что важно не только не допустить разрушения, но и обеспечить сохранение эксплуатационной пригодности. Поэтому совсем не надо ждать разрушения, чтобы считать, что конструкция себя скомпрометировала; например, недопустимого прогиба вполне достаточно, чтобы ее списать .

 

В настоящее время коэффициент запаса включает в себя как бы три компонента, каждый из которых учитывает различные группы факторов, влияющих на надежность. Начнем4 со свойств материалов. Их механические свойства, включая и предел прочности, изменяются в весьма широких границах. При прежних методах определения размеров проблема как выбрать решалась одним махом с помощью общего коэффициента запаса, который был весьма неточным. Сейчас эта проблема решается с помощью метода статистической вероятности. За расчетное сопротивление принимается такая величина, вероятность реального возникновения которой в конструкции является приемлемо малой. Но насколько мало? В Англии, например, она равна 1% (т.е. авария, связанная с отказом материала, может ожидаться в одном случае из ста). Согласно нашей практике, расчетное сопротивление имеет вероятностную надежность 0,01% (т. е. в одном случае из тысячи возможна авария). Такая вероятность отказа материала является вполне приемлемой, что убедительно подтверждает накопленный до настоящего времени опыт.

 

Второй стороной рассматриваемого конфликта являются нагрузки. Многолетние наблюдения и статистическая обработка результатов позволяют достаточно точно их нормировать. Максимальные значения внешних нагрузок, которые допускаются при нормальной эксплуатации конструкции, называются нормативными нагрузками. Однако существует возможность повысить эти значения при определенных обстоятельствах. Такое возможное повышение при определенной вероятностной надежности учитывается так называемым коэффициентом перегрузки, который является вторым важным компонентом коэффициента запаса.

 

Остается влияние последнего фактора общих условий исполнения и работы конструкции и отдельных ее элементов. Этот фактор учитывается коэффициентами условий работы, определяющими важность элемента с точки зрения надежности конструкции в целом, значимость сооружения в системе хозяйственной жизни, качество, условия и контроль исполнения, несоответствие методов расчета реальному напряженному состоянию в конструкции и т. д. Как видим, построен мост между теоретической идеализацией и (строительной практикой, синтезирующий в себе результаты множества наблюдений за выполненными зданиями и сооружениями, весь строительный опыт прошлого и настоящего.

 

Как же в конечном счете заранее еще в проектной мастерской -обеспечивается необходимая надежность? Суть состоит в ряде сопоставлений, сравнении несущей способности с соответствующими внешними условиями. При этом ответственном процессе, т. е. расчете строительных конструкций, значения несущей способности должны быть больше или почти равны соответствующим внешним воздействиям. Но эта истина была известна еще в древности. Новое в методах и способах определения размеров точное количественное выражение двух сторон невидимого конфликта. Усилия в элементе это вероятные максимальные усилия, которые могут возникнуть при исключительных, критических, но все же ВОЗМОЖНЫХ обстоятельствах. А несущая способность это вероятная минимальная несущая способность, которая может проявиться при роковых, но ВОЗМОЖНЫХ совпадениях, т. е. когда материал низкого качества оказывается в условиях работы, усложняющих его положение.

 

Так, с минимальным перевесом сил конструкция всегда должна стать победителем в конфликте. Слово вероятность никого не должно смущать. Когда необходимо обуздать случайные величины, обращение к вероятности неизбежно. Понятие риск в строительстве в наши дни имеет лишь теоретическое значение для тех, кто знает свое дело и вкладывает в него душу и знания.

 

Надстройка мансардных этажей обеспечивает получение дополнительной жилой площади, стоимость которой не превышает 50% стоимости нового строительства. Имеется возможность использовать местные строительные и отделочные материалы, отличающиеся от материалов надстраиваемого здания, работы могут выполняться без применения кранового оборудования и других дорогостоящих средств механизации.

 

Разрешено выполнять мансардные этажи из деревянных конструкций, что значительно расширяет область мансардного строительства. Хотя древесина несколько снижает общую долговечность здания, но этот легкий и удобный в обработке материал экономически оправдан и целесообразен. Повышение долговечности деревянных конструкций достигают путем пропитки антисептическими составами, исключающими гниение и появление биовредителей.

 

Самым простым и эффективным техническим решением при реконструкции зданий массовых серий является надстройка мансардных этажей. Современные технологии позволяют выполнять данный вид работ без отселения жильцов. Для возведения мансард могут быть использованы конструктивные элементы, собираемые вручную, изделия полной или частичной заводской готовности. В качестве строительных материалов могут быть использованы дерево, металлы, сборный и монолитный бетон, комбинации указанных материалов в зависимости от требуемой долговечности и допускаемых стоимостных показателей.

 

Высокой эффективностью обладают решения, базирующиеся на использовании деревянных ферм и рам на шпоночных соединениях. Это позволяет разнообразить геометрические формы верхнего пояса, что существенно расширяет архитектурный облик мансард. Конструкции ферм и их соединений позволяют доставлять на строительную площадку несущие элементы в виде полуферм и полурам, при их незначительной массе имеется возможность бескрановой сборки непосредственно на рабочих местах.

 

Согласно нормам СНиПа, касающимся мансард, нет необходимости устраивать лифты, если в здании они не предусмотрены, сохраняется существующая система мусороудаления, кровлю необходимо проектировать с организованным водостоком. Высота помещений должна быть не менее 2,5...2,7 м при их минимальной площади, включая кухни, не менее 7 м2.

 

Современные технологии позволяют существенно повысить индустриальность конструкций, мансардные этажи можно собирать из готовых элементов. Варианты конструктивных решений мансардных этажей, собираемых из металлических и деревянных конструкций, приведены на 29.1.

 

а — каркас из металлоконструкций; б— стойки из дерева и деревянные фермы с параллельными поясами; в — деревянные фермы на шпоночных соединениях; г — шпренгельные полуфермы по стойкам с обвязочным брусом

 

Это повышает индустриальность решений, оптимизирует соответствующие параметры на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа. После сборки рам или ферм осуществляют утепление покрытия минераловатными плитами и монтируют покрытие из металлочерепицы по обрешетке. Конструкция ферм позволяет выполнять надстройку с двухуровневыми квартирами мансардных этажей.

 

2 Конструктивные решения мансардных этажей:

 

Существует много вариантов применения древесины для мансардного строительства. Для индустриальной технологии подходят дощато-клееные гнутые рамы двух- и трехшарнир-ные, что облегчает их изготовление, транспортирование и монтаж. Те же рамы из прямолинейных элементов более тех1 нологичны в сборке и склейке между собой. Себестоимость клееных конструкций достаточно высока, поэтому их использование целесообразно при массовом производстве для реконструкции целого ряда аналогичных зданий.

 

Покрытие для мансард может иметь много вариантов, но наиболее технологичными можно признать покрытия из листовой стали, металлочерепицы, стального профилированного настила или мелкоштучных материалов — керамической или цементно-песчаной черепицы.

 

Благодаря созданию сборного или монолитного обвязочного пояса по контуру надстраиваемой части здания представляется возможность проектирования внутреннего пространства помещений с различным коэффициентом использования и применения стропильных ферм при разном угле наклона. Для таких решений удачно подходят в качестве несущих элементов кровли шпренгельные деревометаллические фермы, имеющие высокую технологичность сборки и небольшую массу, позволяющую осуществлять их ручную сборку. Для ручной сборки используют полуфермы с верхним поясом из доски толщиной 40...50 мм и нижним поясом из арматурной стали диаметром 16... 18 мм при общей массе изделия до 100 кг. Полуфермы пролетом до 5...6 м соединяют между собой с помощью болтовых соединений в коньковой части и с устройством затяжки нижнего пояса. Между горизонтальной частью затяжки устанавливают вкладыши, являющиеся основанием для устройства перекрытия из дощатого настила.

 

Существуют различные варианты надстройки без выселения жильцов. Возможны самые разнообразные решения, как традиционные в виде кирпичной кладки наружных и внутренних стен, так и с использованием современных конструктивно-технологических решений.

 

Наибольшее распространение получили решения, основанные на использовании металлоконструкций благодаря универсальности, надежности и технологичности их при изготовлении, транспортировании и сборке. Варианты конструктивного решения самые разнообразные. Технология производства работ должна предусматривать ручной или крановый монтаж металлоконструкций, устройство кровельного покрытия, демонтаж старой кровли и утеплителя, выполнение последующих работ, начиная с устройства нового кровельного покрытия.

 

Надстройка, подразумевающая возведение нескольких самостоятельных этажей над существующим зданием, может иметь много решений. При соответствующем технико-экономическом обосновании возможна надстройка здания на 2...3 этажа без выселения жильцов, при этом нагрузка от надстраиваемой части будет передаваться на существующие конструкции и фундаменты, имеющие необходимый запас прочности. Если прочность конструкций существующего здания не позволяет применить такое решение, допускается с наружной стороны здания установить стойки-колонны на самостоятельных фундаментах, на которые будет передаваться нагрузка от надстраиваемых этажей. При надежности наружных несущих конструкций и значительном износе внутренних (включая и моральный износ) может быть принято решение о полной разборке всех внутренних конструкций и возведении (встройке) нового каркаса на самостоятельных фундаментах при использовании наружных стен как самонесущих или воспринимающих частично нагрузку от возводимого каркаса.

 

При возведении надстройки из монолитного железобетона применимы несъемная опалубка из пенополистирольных элементов, бетонирование с использованием автобетононасоса, ручные сборка опалубки и вязка арматуры. Возможно также-использование мелкощитовой опалубки.

 

При надстройке зданий устройство обвязочного пояса по периметру наружных и части внутренних стен обязательно. Обвязочный пояс может быть выполнен из монолитного железобетона или керамзитобетона и соединен в единое целое со стенами надстраиваемого здания. Он способствует равномерному распределению нагрузки от надстраиваемых этажей на реконструируемое здание, и в первую очередь он объединяет элементы реконструируемого здания с вновь возводимыми. Обвязочный пояс устраивают в виде ригеля с односторонней консолью, что дает ему возможность воспринимать усилия распора. Созданный единый монтажный горизонт позволяет монтировать конструкции и системы без их смещения от проектного положения. При наличии пояса можно устанавливать подмости, защитные козырьки, выносные ограждения для безопасного производства работ, а также организовывать водосток атмосферных осадков.

 

Применение штучных конструктивных элементов приводит к достаточно высоким трудозатратам и значительной продолжительности возведения мансардной надстройки. Работы выполняют вручную с минимальной механизацией и максимальными неудобствами для жильцов, которых не выселяют. Сократить сроки работ можно только за счет существенного повышения технологичности конструктивных элементов, изготовления их сборными, с высокой степенью заводской готовности. Для успешной реализации принципа сборности необходимо переходить на легкие объемно-блочные строительные системы с минимальными трудозатратами на возведение и отделку.

 

Оправдана перестройка технического этажа пятиэтажного дома в жилой с надстройкой мансарды с каркасом из металлоконструкций при ручной сборке из элементов заводского изготовления. Перекрытие между надстраиваемыми этажами может быть монолитным, а утепление кровли — выполненным из минераловатных плит. Для подачи материалов и конструкций к месту проведения работ можно использовать подъемники, а для подачи бетонной смеси — бетононасосы.

 

Размеры блоков принимают равными шагу расположения внутренних стеновых панелей для надстраиваемых крупнопанельных зданий и шагу оконных проемов для кирпичных зданий. Мансардные блоки изготавливают в заводских условиях длиной, равной половине пролета здания, предусмотрена возможность их болтового крепления на уровне перекрытия в коньковой и опорной частях стоек ( 29.

 

Существует вариант возведения мансардного этажа в блочной горизонтально перемещаемой опалубке. Реализация этого варианта экономически целесообразна, если здание имеет не менее 5 секций, для подачи материалов используют монтажный кран, применяют технологию работ, обеспечивающую ускоренные методы твердения бетона.

 

В основу разработанного конструктивного решения заложен принцип шарнирного соединения плоских элементов объемного блока, обеспечивающий снижение в 4...5 раз транспортных габаритов конструкции за счет ее складывания, что позволяет осуществлять одновременную перевозку 2...3 объемных блоков. Конструкция легко и быстро переводится из транспортного состояния в монтажное благодаря специальному кондуктору. Блок состоит из плоских элементов стенового ограждения, перекрытия и покрытия, стоек и опор. Шарнирные соединения позволяют компактно сложить его перед транспортировкой.

 

1 — объемный блок в транспортном положении; 2 — раскрытый блок; 3 — опорная площадка для укрупнительной сборки; 4 — монтажный кран; 5 — объемные эркеры; 6 — траверса; 7 — укрупненный монтажный блок; I...V — технологические этапы производства работ

 

2 Схема монтажа объемных блоков мансардных этажей:

 



Фундаменты на проса дочных грунтах. Кровли из асбестоцементаых плоских и волнистых листов. Кровли из мягких материалов. Крыши бань и саун. Легированные стали и твердые сплавы. Малярные работы. Материалы и изделия из горных пород.

 

Главная  Свойства 



0.0087