Tag Archives: внутреннем

А Им

С

П\

¦I *’

Т

: |, 11 1.24

•ОРП

777

30

Ш

«ж

ЩI ¦

0

10

¦20

Ш

Г0

Ф! о/о

Ф

«О

Угловой коэффициент *

3° Энтальпия I, кДж кг

О0 /0 ло/о 4 ^1

10р

30

35

/0 15 20 25 Влагосодержание с/, г/кг

Рис. 19.3. Процесс кондиционирования в теплый период

Количество наружного воздуха:

Бн = ви — во = 4600 — 3200 = 1400 кг/ч.

На рисунке 19.3 пунктиром показан вариант построения процессов в случае снижения относительной влажности внутреннего воздуха. Требуемое количество холода:

3.1. Структура зданий

Основной областью архитектурно-конструктивного проектирования являются зда­ния и сооружения. Главным отличием зданий от сооружений является наличие в здании внутренних пространств, предназначенных для различных видов жизнедеятельности об­щества (жилище, отдых, обучение, труд и пр.) в то время как сооружение (точнее «инже­нерное сооружение»), либо не содержит внутренних пространств (мост, эстакада, мачта электропередачи) либо это внутреннее пространство используется в качестве складской либо технологической емкости (бункера, силосы, водонапорные башни, нефтехранилища и т. п.). В порядке исключения в состав инженерного сооружения могут входить неболь­шие обьемно-пространственные элементы, не связанные с основным технологическим назначением сооружения — видовые, торговые площадки или рестораны (например, рес­торан «Седьмое небо» на высокой отметке Останкинской телевизионной башни, или тор­говые площади в пространстве крытого Багратионовского моста в Москве).

Предметом изучения дисциплины «Архитектура» являются здания.

Внутреннее пространство зданий чаще всего бывает расчленено по вертикали — на этажи и в плане — на отдельные помещения. Различают подземное пространство зда­ния (подвальный этаж или техническое подполье) большая часть которого размещена ниже уровня земли, цокольный этаж, заглубленный в землю не более чем на половину своей высоты, надземные этажи (первый, второй…), расположенные выше уровня зем­ли, чердак — пространство между перекрытием верхнего этажа (чердачным перекрыти­ем ) и крышей. Кроме того в здании могут быть предусмотрены мансарда — часть чер­дачного пространства, выгороженная утепленными ограждающими конструкциями для размещения жилых, общественных или вспомогательных отапливаемых помещений и технический этаж, в пространстве которого размещены инженерное оборудование и коммуникации,

В зависимости от проектного решения инженерных систем здания технический этаж может быть размещен в подполье, на чердаке или, на различных отметках по вы­соте здания.

Объемно-планировочная структура здания формируется расчленением его прост­ранства не только на этажи, но и на помещения в этих этажах. Помещения в здании в соответствии с их назначением разделяют на группы — рабочих, обслуживающих, вспо­могательных и коммуникационных. Рабочими являются помещения, предназначенные для основной функции здания, например, обучения (классы, кабинеты в школе), к обслу­живающим, помещения, способствующие полноценному осуществлению основной функции (в той же школе — библиотека, буфеты, столовые, лаборантские при кабинетах, санитарные помещения и пр.), к вспомогательным — бойлерные, элетрощитовые, венти­ляционные камеры, к коммуникационным — вестибюли, холлы, коридоры, лестничные клетки и т. п. Материальную оболочку здания и преграды между его этажами и помеще­ниями образуют конструкции здания, образованные комплексом различных, но взаимо­связанных элементов, имеющих различные — несущие или ограждающие функции либо их совмещающие.

5 ил! Л_Х_Ь! ЛЛХ \ 4

6 7 6 7 6 7 6

Рис. 3.1. Внешние воздействия на здание: 1 — постоянные и временные вертикальные силовые воздействия; 2 — ветер; 3 — особые силовые воздействия (сейсмические или др.); 4 — вибрации; 5 — боковое давление грунта; 6 — давление фунта (отпор); 7 — грунтовая влага; 8 — шум; 9 — сол­нечная радиация; 10 — атмосферные осадки; 11 — состояние атмосферы (переменная температура и влажность, наличие химических примесей)

К силовым относят следующие виды нагрузок и воздействий: постоянные нагрузки — от собственной массы конструкций здания и давления грунта основания на его подземную часть;

Длительно действующие временные нагрузки — от технологического оборудова­ния, перегородок, длительно хранимых грузов (книгохранилища и т. п.), воздействия не­равномерных деформаций грунтов основания и т. п.;

Кратковременные нагрузки и воздействия — от массы подвижного оборудования, людей, мебели, снега, ветра и т. п.;

Особые воздействия — от сейсмических явлений, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтового основания здания, воздействия деформаций земной поверхности в районах влияния горных выработок и т. п.

Воздействия, возникающие при чрезвычайных ситуациях — взрывы, пожары и пр. К иесиловым относят воздействия:

Пременных температур наружного воздуха, вызывающих линейные (температур­ные) деформации — изменения размеров наружных конструкций здания или температур­ные усилия в них при стесненности проявления температурных деформаций вследствие жесткого закрепления конструкций;

Атмосферной и грунтовой влаги на материал конструкций, приводящие к измене­ниям физических параметров, а иногда и структуры материалов вследствие их атмо­сферной коррозии, а также воздействие парообразной влаги воздуха помещений на ма­териал наружных ограждений, при фазовых переходах влаги в их толще;

Солнечной радиации, влияющей на световой и температурный режим помещений и вызывающей изменение физико-технических свойств поверхностных слоев конструк­ций (старение пластмасс, плавление битумных материалов и т. п.).

Назначение конструкции — восприятие силовых и несиловых воздействий на зда­ние (рис, 3.1).

В соответствии с характером воспринимаемых воздействий конструкции зданий различают на несущие (воспринимающие силовые воздействия) — фундаменты, несу — 26 ?цие стены, каркас, перекрытия и ограждающие — изолирующие пространство здания от неблагоприятных (атмосферные осадки, отрицательные температуры воздуха, шум и пр.) воздействий внешней (или внутренней) среды — наружные стены, крыши, перего­родки и пр.

В соответствии с назначением здания его конструктивное решение предусматри­вает четкое разделение его элементов на несущие и ограждающие (большинство промы­шленных зданий), либо совмещение несущих и ограждающих функций, например, на­ружными и внутренними стенами (большинство жилых зданий).

Рассмотрим основные элементы материальной оболочки здания в той же после­довательности как оно возводиться на основании (рис, 3.2).

13

Рис.3.2. Основные элементы зданий:а — с несущими наружными и внутренними стенами; б — с каркасом: I — фундамент; 2 — цоколь; 3 — несущие продольные стены; 4 — междуэтажные пере­крытия; 5 — перегородки; б — стропила крыш; 7 — кровля; 8 — лестничная клетка; 9 — чердачное перекрытие; 10 — ригели и колонны каркаса; 11 — навесная наружная стена; 12 — сваи; 13 — кро­вельная панель

Основаннс — толща фунта, воспринимающая непосредственно все нагрузки и воздействия от здания.

Фундаменты — подземная часть вертикальных несущих конструкций здания (стен, колонн), воспринимающая все приходящиеся на здание силовые нагрузки и воз­действия и передающая их основанию. Конструкции фундаментов различны: стены (ленточные фундаменты), отдельные столбы и подушки (столбчатые фундаменты), сваи, сплошная железобетонная плита под зданием. Нижняя горизонтальная плоскость фун­даментной конструкции называется подошвой фундамента, а расстояние от поверхнос­ти земли до подошвы фундамента — глубиной заложения фундамента.

Стены — разделяют по их положению в здании на наружные и внутренние, а по статической функции — на несущие, самонесущие и ненесущие (навесные). Несущие на­ружные стены воспринимают и передают на фундамент все вертикальные и горизон­тальные нагрузки, самонесущие — только нагрузки от собственной массы, ненесущие —

27

Передают нагрузку от собственной массы и ветра поэтажно на внутренние несущие кон­струкции. Несущие наружные стены совмещают несущие и ограждающие функции, за­щищая помещения от неблагоприятных воздействий внешней среды — холода, атмо­сферных осадков, шума. Ненесущие наружные стены имеют только ограждающие функции (рис. 3.3). Внутренние стены также бифункциональны — воспринимают сило­вые воздействия и защищают ограждаемое помещение от шума.

Рис. 3.3. Наружные стены: а — несущие; б — самонесушие; в — ненесущис

Перекрытия — горизонтальные несущие и ограждающие конструкции. Они раз­деляют здания на этажи, воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки и воз­действия и передают их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Различают междуэтажные, цокольные и чердачные перекрытия. Основная ограждающая функция междуэтажных перекрытий — защита разделяемых помещений от шума, цокольного и чердачного — от охлаждения.

Крыши (покрытия) — верхняя часть здания, предназначенная для защиты от ат­мосферных воздействий, образованная несущими (стропила, кровельные лотковые па­нели с поддерживающими их вертикальными конструкциями — стойками, подкосами, фризовыми панелями) и ограждающими гидроизоляционными (кровельными) элемен­тами. Отвод осадков с крыши может быть предусмотрен наружным или внутренним (см. рис. 3.2).

Перегородки — ненесущие вертикальные конструкции. Они разделяют помеще­ния здания, защищают их от шума и опираются на перекрытия.

(5,+};)(,2 + У2)+… + (5„+У„)а„

Где р — коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью, который для материалов наружных стен колеблется от 0,7 до 0,3; 1Л1акс и / — максималь­ное и среднее суточное значение суммарной солнечной радиации на поверхность ограж­дения за июль. Для наружных стен расчетной является поверхность, ориентированная на запад; А, — максимальная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха в июле; е ~ 2,718 — основание натуральных логарифмов; Уь У2, У„ — коэффициенты теплоусвое- ния наружной поверхности отдельных слоев ограждающих конструкций, которые при О слоя >1 равны коэффициенту теплоусвоения материала слоя з, а при характеристике теп­ловой инерции слоя О < 1 определяются расчетом, начиная от первого (от внутренней по­верхности слоя по формуле 7.21, а для последующих слоев — по формуле 7.22):

У (7.21)

1 +

(?’22)

Где У^/ — коэффициент теплоусвоения наружной поверхности предыдущего слоя.

В результате расчетной проверки теплоустойчивости наружного ограждения мо­жет оказаться, что его сечение, назначенное по результатам расчета сопротивления теп­лопередаче на зимние условия, должно быть увеличено по требованиям защиты от пере­грева. Такое мероприятие допустимо в случаях, когда по расчету на теплоустойчивость необходимо увеличение толщины теплоизоляционного слоя не более чем в 1,5 раза.

В остальных случаях необходимо прибегнуть к переработке конструкции, избрав более экономичный вариант, либо применив конструктивные способы снижения пере­грева конструкций и помещений. Такими способами могут служить замена бесчердач­ных крыш чердачными вентилируемыми, устройство солнезащитных экранов над по­крытием, вентилируемых воздушных прослоек в наружных стенах, устройство полов первого этажа по грунту, а не по перекрытию и др.

Сопротивление ограждающих конструкции воздухопроницанию. Под влияни­ем разности (Ар) общих давлений по обе стороны ограждения, вызванной тепловым на­пором или ветром, через ограждающие конструкции происходит фильтрация воздуха. Для обеспечения благоприятного температурного режима помещений особенно нежела­тельна фильтрация наружного воздуха через ограждение в зимнее время — инфильтрация.

Сопротивление проектируемого многослойного наружного ограждения воздухо­проницанию 7?,„ м2-ч Па/кг должно быть не меньше требуемого Первое определя­ется как сумма сопротивлений слоев ограждения

+- + *„„ (7.23)

А второе — прямо пропорционально расчетной разности давления воздуха на на­ружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций Ар и обратно пропор­ционально нормативной воздухопроницаемости ограждений С (кг/(м2-ч)):

Кр = , (7.24)

Где С для наружных стен, перекрытий и покрытий гражданских зданий состав­ляет 0,5, для наружных стен отапливаемых производственных зданий — 1, для окон и балконных дверей в деревянных переплетах — 6,0, а в пластмассовых и алюминиевых — 5,0 и т. д. по СНиП И-3-79*.

Разность давлений Ар определяется по формуле

Др = 0,55#(уя — у,) + 0,03у„V2 > (7.25)

Где Н — высота здания, м; V — максимальная из средних по румбам за январь ско­рость ветра, м/с; у„ и уя — удельный вес наружного и внутреннего воздуха, определяемые по формуле

У = 3463 , кг/м3, (7.26)

273 + /

Где I — температура воздуха наиболее холодной пятидневки для определения ун и расчетная температура внутреннего воздуха для определения уд.

В наибольшей степени подвержены инфильтрации конструкции окон и балкон­ных дверей. Их сопротивление воздухопроницанию должно быть не менее

2

" 0»{ьро)

Где Ар — то же, что в формуле 7.24, а Д/?о=10 Па.

Влажностный режим наружного ограждения. Повышение влагосодержания материала ограждений снижает теплозащитные свойства конструкций и их долговеч­ность из-за разрушения переувлажненного материала при многочисленных циклах за­мораживания и оттаивания. В связи с этим предельное начальное влагосодержание кон­струкций ограничивается нормами проектирования. В процессе эксплуатации конструк­ций при высыхании в результате воздухообменных процессов с внутренней и наружной сторон ограждения и солнечной радиации начальное влагосодержание уменьшается. В то же время влагосодержание конструкций может возрастать под воздействием атмо­сферной влаги в виде дождя, мокрого снега, инея; грунтовой влаги, поднимающейся по капиллярам материала при отсутствии или плохом выполнении гидроизоляции между подземными и наземными конструкциями; конденсационной влаги.

Каждое из названных воздействий может вызвать переувлажнение конструкций в эксплуатации, но наиболее часто конденсационное переувлажнение ограждений вызы­вается влагой, содержащейся в воздухе помещения.

Абсолютная влажность воздуха измеряется количеством влаги в единице объема воздуха в г/м3. В теплотехнических расчетах пользуются величиной относительной влажности воздуха

<р= —100%, (7.28)

Е

Где ? — предельная величина парциального давления водяного пара в Па при пол­ном насыщении воздуха водяным паром при заданной температуре; е — парциальное давление водяного пара в помещении.

Величина ф имеет большое гигиеническое значение, так как влияет на интенсив­ность испарения влаги кожными покровами человека. По этому показателю различают сухой (<р<50%), нормальный (<р= 50 — 60%), влажный (<р = 61-75%) или мокрый (<р>75%) режим помещений. Величина ф влияет на влагосодержание материала ограждения, на процессы конденсации влаги в толще и на поверхности ограждения. Температура воз­духа, соответствующая его полному насыщению водяным паром (<р = 100%), называет­ся точкой росы тр. При дальнейшем ее понижении избыток влаги конденсируется и в ка — пельно-жидком виде оседает на ограждении. Во избежание этого при назначении тепло­защитной способности стен обычно исходят из условия гв > т^что получило отражение в определении Я"’р по формуле 7.10, однако, и при соблюдении этого условия может воз­никнуть опасность выпадения конденсата на участках ограждения с увеличенными теп — лопотерями — в наружных углах и в местах теплопроводных включений (сквозных же­лезобетонных ребер, стоек каркаса и др.). Наличие элементов неоднородности в ограж­дении вызывает искривления теплового потока и неравномерность распределения тем­ператур (температурного поля) в толще ограждения (рис.7.4). Расчет температур на вну­тренней поверхности и в толще ограждений при этом осуществляется на основе диффе­ренциального уравнения Лапласа:

Дх ду

Где г-температура в точке конструкции с координатами л; и у, определенная рас­четом температурных полей.

=18° = 44°

= 0,6

Рис.7.4.

Распределение А, = изотерм(1 — 8)в угловом стыке трехслойных панелей наружных стен

-21,6 -12,8 -8,4 4,! -17,2 -12,8 -4,0

1Н = -26°; I,

Если расчет выявляет, что температура на поверхности участков с теплопровод­ными включениями ниже тр, производится дополнительное утепление этих участков или изменяется сечение конструкции ограждения в целом.

В угловых участках наружных стен это может быть достигнуто увеличением вну­тренней зоны тепловосприятия устройством утепляющего скоса, либо установкой на­ружной утепляющей пилястры, при сборных (панельных) конструкциях наружных стен углы дополнительно утепляют введением в стыки утепляющих вкладышей из теплоэф — фективных материалов. Привлекают в этих целях и элементы инженерных систем раз­мещая в зоне углов наружных стен стояки отопления (открытыми или забетонирован­ными во внутреннем слое стены (рис.7.5, А)

В местах сквозных теплопроводных включений по полю стены повышению т„ и равномерности распределения т„ в этой зоне способствует повышение теплоинерцион — ности внутреннего слоя стены (рис.7.5, Б).

Конденсационное увлажнение в толще ограждения происходит при диффузии во­дяного пара из помещения наружу, из среды с большим парциальным давлением пара в среду с меньшим. В связи с этим диффузию водяного пара через материал ограждения называют его паропроницанием, а соответствующее качество материала измеряют ко­эффициентом паропроницания ?л, характеризующимся количеством пара в мг, который диффундирует через слой площадью 1 м2 и толщиной 1 м за I ч. Коэффициент паропро­ницания ?л измеряется в мг/(м-ч-Па). Чем выше рыхлость и пористость материала, тем больше значение /л. Величина, обратная /л, называется сопротивлением паропроница — нию, Я,„ м2-Ч’Па/мг.

К=- (7.30)

V-

Лбг;Д2

Ш0Щ

77,’/’/’/’/ ‘У’/ ‘/’/’//// (‘ ||||| Г с ¦¦ ¦ ¦/

(1/10… 1/1i

(1/20…1/25)//;/= (1/6…1/8)l2; h, = (1/20… 1/30)//.

T = (1/200…l/300)/2, но не!

I

I

I

/ S ——— /

/-С jpu

.1..4,!

I

Hi! L ‘L1

Рис. 7.3. К расчету цилиндрической оболочки:

А — расчетная схема: б. в — эпюры изгибающих моментов М и поперечных сил а — расчетное поперечное сечение оболочки и усилия в стадии предельного равновесия

Бортовые элементы проектируют в виде балок прямоугольного или двутаврово­го поперечного сечения, как правило, с предварительно напряженной арматурой.

Расчет длинной оболочки в продольном направлении сводится к определе­нию площади сечения растянутой арматуры в бортовых элементах. С этой целью находят расчетные усилия: изгибающий момент М и поперечную силу ():

TOC \o "1-3" \h \z М = (ч,12)1,2/8\ (7.1)

Й = (Ч11 2)1,/2, (7.2)

Где Ц] — нагрузка на 1 м2 плана.

Растягивающее усилие, приходящееся на два бортовых элемента,

Л’, = М/ г — М / 0,8к0, (7.3)

Где И,) — рабочая высота сечения; с — плечо внутренней пары продольных уси­лий, приблизительно равное 0,8 Ип (0,8 — опытный коэффициент условия рабо­ты).

Необходимая площадь сечения продольной растянутой арматуры, устанавли­ваемой в одном бортовом элементе:

А5 = М, Ш8. (7.4)

Площадь арматуры в промежуточных бортовых элементах многоволновых оболочек удваивается.

Помимо балочных изгибающих моментов в оболочке действуют касательные усилия <Мху, достигающие наибольших значений на опорах (диафрагмах):

Мху=П = а5/1, (7.5)

Где () — балочная поперечная сила в опорном сечении оболочки; т— касатель­ное напряжение; Л’ — статический момент; / — момент инерции сечения.

Из общего количества продольной арматуры, определенной по формуле (7.4), в бортовом элементе располагают, примерно, 80 % площади сечения, причем

60 % концентрируют внизу (тип I). Остальную арматуру (20 %) размешают в ра­стянутой зоне плиты, примыкающей к бортовому элементу.

Сжатую зону плиты оболочки армируют в продольном направлении конст­руктивно проволокой или стержнями (сталь класса Вр-1, А-Ш) диаметром 5…6 мм и шагом 200…250 мм, общим сечением не менее 0,2 % площади сечения бетона. Поперечную (вдоль волны) арматуру определяют расчетом плиты в этом направлении и укладывают стержни в соответствии со знаком эпюры моментов. В монолитных оболочках стержни обоих видов объединяют в сетку (тип II), ко­торую размещают по всей оболочке. Плиту сборной оболочки армируют конст­руктивно сеткой из проволоки или стержней 0 4…6 мм с шагом 100×150 мм. Расчетную арматуру вдоль волны устанавливают в контурных ребрах сборной плиты.

Бортовые элементы армируют стержнями из арматурной стали классов А-IV, А-У, А-VI и арматурных канатов.

Вблизи диафрагм касательные силы Мм. имеют максимальные значения. Они вызывают главные растягивающие напряжения 8„„. направленные под углом 45° к прямолинейной образующей. Если 8Ш > то ставят дополнительную армату­ру — наклонные под углом 45° стержни или ортогональные сетки (тип III). Ее ан — керуют в бортовых элементах и диафрагмах. В местах примыкания оболочки к ди­афрагмам предусматривают арматуру (тип IV), определяемую в соответствии с краевыми изгибающими моментами. Армирование оболочки показано на рис. 7.4.

Устойчивость длинной цилиндрической оболочки считается обеспеченной, если нормальные и касательные напряжения не превосходят соответствующих значений, приведенных в работах [6], [12].

Рис. 7.4. Армирование длинной монолитной оболочки:

А — схема армирования; б, в — армирование оболочки, соответственно, у крайнего и промежу­точного бортовых элементов; г — то же, над промежуточной диафрагмой: 1 — плита; 2 — борто­вой элемент; 3 — бортовой элемент многоволновой оболочки; 4 — диафрагма многопролетной ободочки; 5 — основная арматура плиты; б — дополнительная арматура плиты: 7 — арматура бортового элемента

На диафрагму с оболочки передаются касательные силы Nxy, и рассчитывают ее, принимая во внимания взаимодействие с плитой оболочки. Статический рас­чет диафрагмы состоит в определении моментов М и сил N и (? от воздействия Ад-у с учетом конструктивных особенностей диафрагмы и ее собственного веса. Например, в диафрагмах-фермах касательные силы Л^, со срединной поверхно­сти оболочки переносят на ось верхнего пояса фермы с соответствующим мо­ментом и приводят к узловым нагрузкам. Определение продольных сил в эле­ментах ферм и их конструирование выполняют по обычным правилам строи­тельной механики.

Арочные диафрагмы с затяжками по конструкции подобны обычным аркам. Под действием сил Л^ средняя часть арки испытывает внецентренное растяже­ние, приопорные части — внецентренное сжатие, а затяжка — растяжение.

Наибольшее сжимающее усилие у вершины оболочки:

Не, тис = — 411?Я, (7.6)

Где Л = (+ 4р ) / 8/ — радиус кривизны плиты.

В балочной диафрагме действует усилие той же величины, но обратного знака.

Если диафрагма выполнена в виде арки с затяжкой или сегментной фермы, то растягивающее усилие в затяжке или нижнем поясе фермы:

= 16/. (7.7)

Затяжку (нижний пояс) рассчитывают как растянутый элемент с напрягаемой арматурой, проверяя прочность его сечения на сжатие, вызываемое предвари­тельным напряжением.

В условиях строительства по индивидуальным проектам и отсутствия произ­водственной базы сборного железобетона возведение монолитных оболочек, не­смотря на сложность опалубки и производства работ, себя оправдывает.

В сборных покрытиях применяют два варианта разрезки на сборные элемен­ты (рис. 7.5). В первом варианте плиту оболочки и бортовой элемент объединя-

Рис. 7.5. Сборные длинные цилиндрические оболочки:

А, б — схемы разрезки оболочки на сборные элементы; 1 — полупанель, совмещенная с борто­вым элементом; 2 — панель, отделенная от бортового элемента; 5 — бортовой элемент; 4 — за­тяжка; 5 — предварительно напряженная арматура (в каналах)

Высотой h] = (1/10…1/15)1] и шириной b = (l/5…1/2)/t/. Толщина t ребристых

B20…B40^

М=(Ч112,Ц2/8, (7.8)

"Ч"

0.1 h o. a.

I-i

Г:

1 f—Т

IJtn

/

А)

ЧЮ…ЗШ,

Г\ „Л000

? V. /



.