Строительство малоэтажных домов

Строительство малоэтажных зданий.

•1.1     Виды используемых фундаментов.

Выбор вида фундамента под  малоэтажные здания зависит в первую очередь от геологических условий застраиваемого участка, а именно - от уровня грунтовых вод, от их агрессивности по отношению к материалу фундамента, а также не маловажно от физико-механических характеристик грунта под проектируемым зданием. Как известно, на различных участках нашей страны залегают различные грунтовые слои с неодинаковыми характеристиками, сочетание их напластований влияет, как уже говорилось, на вид фундамента, его размер, глубину заложения, на жизнеспособность вышестоящего здания, а также на стоимость проектируемого здания. Поэтому перед тем как выполнить проект здания необходимо произвести геологические изыскания участка, пускай не в том объеме как требуют Строительные нормы и правила, так как все-таки это малоэтажное строительство, но чтобы было достаточно проектировщику сделать правильный выбор фундамента под ваше здание, а также, чтобы это было экономично для вас. Зачастую заказчики не хотят финансировать данный этап, а проектировщики принимают конструкции фундамента с огромным запасом, который влечет за собой перерасход материалов.

Итак, существуют два вида фундаментов: фундаменты мелкого заложения и фундаменты глубокого заложения. К фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву фундамента. Подошвой фундамента называется его нижняя плоскость, соприкасающаяся с основанием. Фундаменты мелкого заложения возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтах основания.

По форме фундаменты мелкого заложения разделяются на отдельные, ленточные, сплошные и массивные.

Отдельные фундаменты  устраивают под колонны, опоры балок и других элементов здания. Отдельные фундаменты не увеличивают жесткости сооружения, поэтому их обычно применяют в тех случаях, когда неравномерность осадок не превышает допустимых значений.

Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на основание от протяженных элементов  строительных конструкций, например стен зданий, или ряда колонн. По размещению в плане ленточные фундаменты могут состоять из одинарных или перекрестных лент. Одинарные ленты устраивают, как правило, под стены, а перекрестные - под сетку колонн.

Сплошные   фундаменты, иногда называемые плитными, устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн. Фундаментные плиты разрезаются в плане только осадочными швами, но в пределах каждого выделенного отсека они обеспечивают жесткость здания и совместную работу фундамента и надземной части сооружения. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения.

Отдельные (столбчатые) и ленточные фундаменты по условиям изготовления подразделяются на монолитные и сборные.

В качестве материалов фундаментов применяют железобетон, бетон, бутобетон, каменные материалы (кирпич, пиленые блоки из природных камней). Материал фундамента выбирается в соответствии с материалами основных конструкций сооружения и наряду с определенной прочностью должен обладать неразмокаемостью и морозостойкостью. Этим условиям лучше всего отвечают железобетон и бетон, которые и являются основными конструкционными материалами фундаментов. Каменная кладка из кирпича, а также из стеновых бетонных блоков в основном используется для возведения стен подвалов.

При устройстве монолитных фундаментов под подошвой осуществляется подготовка из тощего бетона или слоя щебня, втрамбованного в грунт и пролитого цементным раствором, призванная предотвратить утечку цементного молока, перемешивание бетонной смеси с грунтом и погружение арматуры в основание. При плотных слабофильтрующих грунтах такую подготовку можно не делать, а принять защитный слой бетона не менее 7 сантиметров.

К фундаментам глубокого заложения относятся свайные фундаменты. В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не обладающих достаточной несущей способностью, чтобы служить основанием для фундаментов мелкого заложения проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай.

 Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Группы или ряды свай, объединенные поверху распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент. Распределительные плиты и балки, выполненные из монолитного железобетона, называют ростверками.

По способу изготовления сваи подразделяются на несколько типов, основные из них: забивные и набивные, в предварительно подготовленные отверстия в грунте с использованием обсадных труб, которые либо извлекаются, либо остаются в грунте зависимости от грунтовых условий площадки.

По форме поперечного сечения могут быть квадратные, прямоугольные, круглые, полыми и без полостей. Размеры сечений от 0,2 х 0,2м до 0,6х0,6м, длиной не менее 3,0м. Размеры поперечного сечения, длину и армирование сваи определят расчетам по несущей способности сваи или основания.

Расчеты фундаментов начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся размеры, форма подошвы и глубина заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей. Однако при выборе глубины заложения приходиться руководствоваться целым рядом факторов: глубина расположения несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундамента, глубина сезонного промерзания грунтов и конструктивные особенности здания (наличие подвала, техподполья и т.д.).

Важность учета глубины сезонного промерзания грунтов заключается в следующем: промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев, расположенных ниже уровня подземных вод, это приводит к возникновению сил пучения по подошве и боковым поверхностям фундамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и просадкам сооружения. В связи с этим Строительные Нормы и Правила в зависимости от вида грунта, наличия подземных вод и их глубины ограничивают значение минимальной глубины заложения. Если грунт обладает свойствами пучения, то минимальная глубина должна быть не меньше чем глубина промерзания грунта (для Московской области ориентировочно 1,5 м). К пучинистым грунтам относятся грунты, содержащие  пылеватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения в таких грунтах должна быть не менее 0,5м.

Практика строительства малоэтажных домов показала, что нагрузки на фундаменты в таких зданиях небольшие и недостаточны для уравновешивания сил морозного пучения, возникающего по боковым поверхностям фундаментов даже при соблюдении требований СниП по глубине промерзания грунтов. Таким образом, применяемое в практике строительства мероприятие против выпучивания путем заложения фундаментов на глубину промерзания не обеспечивает устойчивость легких зданий, так как такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по значению касательные силы пучения. Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является применение мелкозаглубленных фундаментов, закладываемых в сезоннопромерзающем слое грунта, но с проведением специальных расчетов по деформациям грунтов. Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.

 Некоторые виды таких фундаментов приведены на рисунках 1и 2.

Рис.1. Конструктивные решения фундаментов;

а - незаглубленный фундамент на выравнивающей подсыпке, б - незаглубленный фундамент на подушке из непучинистого материала, в - незаглубленный фундамент на подсыпке из непучинистого материала, г - мелкозаглубленный фундамент на выравнивающей подсыпке, д - мелкозаглубленный фундамент на подушке из непучинистого материала, 1 - фундаментный блок, 2 - выравнивающая, подсыпка из песка, 3 - подушка из непучинистого материала, 4 - засыпка из непучинистого материала, 5 - подсыпка из непучинистого материала, 6 - отмостка, 7 - гидроизоляция, 8- стена здания

Рис. 2. Конструктивные решения фундаментов жилых домов

1. Для непучинистых и слабопучинистых грунтов

2. Для среднепучинистых грунтов

3. Для сильнопучинистых грунтов

Область применения:

1.1 - 1-2-этажные деревянные здания, 1-этажные здания со стенами из мелкоштучных материалов;

1.2 - 3.3 - 1-2-этажные здания со стенами из любого материала

Условные обозначения:

1 - песок средней крупности, крупный;

2 - щебень (гравий, кирпичный бой) с проливкой раствором;

3 - выравнивающая бетонная подготовка;

4 - монолитный железобетонный фундамент;

5 - бутовая кладка (бутобетон);

6 - фундамент из красного кирпича;

7 - цоколь (кирпич, мелкие бетонные блоки);

8 - стена из мелкоштучных материалов;

9 - гидроизоляция;

10- засыпка керамзитом (грунтом);

11 - замок из перемятой глины;

12-подсыпка;

13 - армированный пояс.

Еще одним и способов борьбы с морозным пучением является способ, разработанный НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, использования теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных Пеноплэкс. Принцип конструирования фундаментов данного способа состоит в том, что в качестве теплоизолированных фундаментов мелкого заложения используются фундаменты на грунтовой подушке (столбчатые, ленточные, фундаментные плиты), подошва которых закладывается на глубину 0,4 м в отапливаемых зданиях и 0,3 м в неотапливаемых, и специальным образом уложенную теплоизоляцию из плит Пеноплэкс, позволяющая уменьшить глубину сезонного промерзания грунта. Во избежание деформаций фундамента от воздействия касательных сил пучения пазухи котлованов засыпают непучинистым грунтом, такой же грунт используется в качестве грунтовой подушки. Для защиты грунтов от поверхностных вод необходимо выполнить отмостку с уклоном не менее 3%, а от грунтовых вод по периметру грунтовой подушки устраивают  трубчатый дренаж в ливневую канализацию или в пониженные места за пределами здания. Со способами укладки теплоизоляции вы можете ознакомиться в «СТО 36554501-012-2008».

•1.2     Несущие конструкции надземной части здания.

По конструктивной схеме здания подразделяются на три типа: каркасное, безкаркасное и с неполным каркасом.

Каркасные здания представляют собой систему рам, состоящих из несущих вертикальных элементов - колонн, передающих нагрузки от покрытия и перекрытий на фундамент, и балок покрытия и перекрытия.

В безкаркасных зданиях нагрузки на фундамент передаются через систему вертикальных стен.

Здания с неполным каркасом являются своего рода комбинированными системами, включающие в себя несущие наружные стены и внутренние колонны.

Огромным плюсом каркасных зданий по сравнению с другими системами является гибкое и вариантное объемно-планировочное решение внутреннего пространства, т.к. в таких здания внутренние стены несут только собственный вес и называются перегородками, за исключением стен, обеспечивающих пространственную жесткость и устойчивость здания и являющиеся ядром жесткости сооружения.

В качестве материалов зданий используют дерево, железобетон, каменная кладка (кирпич, различные бетонные блоки) и иногда металл.

В номенклатуру материалов и изделий для изготовления деревянных малоэтажных безкаркасных зданий входят оцилиндрованные и профилированные бревна, а также профилированные брусья.

Оцилиндрованные бревна в отличие от обычных бревен со сбегом имеет постоянное по длине круглое сечение. Бревна диаметром до 220мм и длиной от 2000 до 6500мм получают механической обработкой обычных бревен на станках. Оцилиндрованные бревна используют в качестве балок перекрытия, колонн и других конструкций, а также для изготовления профилированных бревен различных поперечных сечений.

Профилированные бревна с продольным пазом цилиндрической формы находят наиболее широкое применение в качестве стенового материала при строительстве бревенчатых зданий. При возведении стен здания одно профилированное бревно укладывают на другое пазом вниз. С противоположной цилиндрическому пазу стороны вдоль всего бревна создается искусственная трещина (пропил), предназначенная для предотвращения образования в профилированных бревнах глубоких радиальных усушечных трещин, идущих перпендикулярно к поверхности стен и заметно снижающих их теплотехнические показатели.

В угловых и промежуточных узлах пересечения стен соединение профилированных бревен осуществляется с остатком (в «обло»), при этом чаши должны быть обращены вниз. Для сплачивания бревен по высоте стен в каждом из них выбирается продольный паз определенной ширины. Швы между сплачиваемыми бревнами уплотняются прокладками из войлочных полос, но не паклей. Надлежайшая устойчивость стен обеспечивается  за счет соединения между собой сразу по несколько бревен вертикально расположенными, с шагом не менее 200мм вставными цилиндрическими нагелями или стальными болтами, вместо которых раньше устанавливались деревянные призматические шканты. Не менее чем по одному вставному цилиндрическому нагелю или вставному болту должно быть размещено в каждом шве сплачиваемых по высоте бревен как на участках, расположенных в промежутке между наружными стенами, так и на участках, лежащих за пределами этих стен.

Брусчатые стены также возводят со сплачиванием брусьев по высоте с использованием вставных цилиндрических нагелей или болтов. Однако стены с пазогребневым сплачиванием по высоте профилированных брусьев выполняют без использования для сплачивания нагелей, поскольку при таком сплачивании взаимный сдвиг брусьев в горизонтальной плоскости невозможен.

По длине профилированные бревна и брусья соединяют на шпонку или в паз и гребень. В углах профилированные бревна соединяют на шпонках. Для устранения отрицательного влияния на работу дома и на работу его конструкций неравномерности усадочных деформаций стен и других частей дома вследствие усушки древесины и уплотнения швов во времени над оконными или дверными проемами устраивают зазоры, заполняемые паклей либо волокном. Величина зазоров соответствует величине усадочных деформаций стен, которые составляют от 30 до 80 мм.

Стены домов, сооруженные из профилированных бревен и брусьев хвойных пород и имеющие толщину от 100 до 230мм, обладают надлежащей теплоизоляционной способностью. Также возможны варианты состава стен из брусьев с утеплителем из минеральной ваты.

Принципиальная схема бревенчатого жилого дома изображена на рисунке 3, а на рисунке 4 - конструктивные решения устройства стен из профилированных бревен и брусьев.

В деревянных каркасных  зданиях, как уже упоминалось, колонны воспринимают нагрузки от опирающихся на них балок покрытия и перекрытия. В таких зданиях колонны  должны быть закреплены в центре фундаментов, конструкция колонн должна обеспечивать их связь с опирающимися на них элементами конструкций перекрытия, наружные колонны  должны быть заанкерены в фундаментах и соединены с конструкциями перекрытий с помощью анкерных болтов. Деревянные колонны при их установке должны отделяться от бетона полиэтиленовой пленкой или кровельным материалом.

 Перекрытия состоят из каркаса, черного пола, подшивки потолка или конструкции подвесного потолка, отделочного покрытия пола (чистого пола). Каркас перекрытия состоит из прогонов (главные балки), балок перекрытия (второстепенные балки), обвязочных балок (балки, встраиваемые в несущие стены и располагаемые между обвязками каркаса стен или на фундаментной стене). Для изготовления деревянных элементов каркаса  перекрытия должны использоваться пиломатериалы хвойных пород не ниже 2-го сорта по ГОСТ 8486. Элементами соединения конструкций могут служить строительные гвозди, шурупы, самонарезающие винты, оцинкованные накладки из листовой стали толщиной не менее 0,40мм, металлозубчатые пластины, Н-образные скобы, а также различные клеящие составы. Крепления и соединения элементов конструкций должны быть подтверждены расчетами. Принципиальная схема конструкций каркасного здания изображена на рисунках 5,6 и 7.

Рисунок 5 - Опирание балок перекрытия на каркас наружной стены

Рисунок 6 - Каркас стены

а - угловое соединение на трех стойках; б - угловое соединение на двух стойках

Рисунок 7 - Угловое соединение несущих стен

•1.3     Крыши здания и их составные части.

Конструкция стропильной системы зависит от формы крыш, ее размеров и материала кровли.

В состав крыши входят: кровля, стропила с обрешеткой и чердачное помещение, расположенное между кровлей и чердачным перекрытием. При проектировании и устройстве крыши следует учитывать то,  что она представляет собой важную ограждающую и образующую облик здания конструкцию. Прочность и долговечность крыши должна соответствовать прочности и долговечности здания.

Наслонные плоскости крыши называют скатами. Пересечение скатов кровли образуют двугранные углы. Исходящие двугранные углы называют ребрами, а входящие - разжелобками или ендовами. Горизонтальное ребро называют коньком, угол наклона скатов определяется материалом кровли и архитектурными соображениями. Отношение высоты двухскатной крыши к ее ширине называют подъемом крыши. Проектируя крыши, следует стараться выполнить условие равенства уклонов всех ее скатов. При этом крыша получает более красивый вид, большую пространственную жесткость и лучшие условия для стока дождевых и талых вод. При одинаковых уклонов скатов все ребра и разжелобки в плане направлены по биссектрисам углов,  образующих пересекающимися карнизными линиями. Линия конька крыши проходит через точки пересечения ребер и ендов.

Часто архитекторы предлагают форму крыши не отвечающую конструктивному решению здания, сильно усложненную. Следует иметь в виду, что чем проще форма крыши, тем она надежнее. Любые переломы, выступы крыши являются потенциальными местами протечек кровли.

В зависимости от формы скатов кровли различаются следующие формы крыши (рис.8): односкатная, двускатная (шипцовая), четырехскатная (вальмовая), двускатная - полувальмовая, шатровая, четырехскатная - вальмовая с переломом ската, многошипцовая, мансардная - полувальмовая, мансардная - вальмовая, пирамидальная, коническая, сводчатая, купольная.

Двускатные крыши получили название также шипцовых, так как треугольные части стен в пределах чердака называют шипцами или фронтонами.

Четырехскатная (вальмовая)  крыша состоит из двух главных трапециевидных и двух треугольных скатов - вальм.

Полувальмовая крыша отличается от вальмовой тем, что в ней боковые скаты - полувальмы - срезают только часть шипца. Полувальмы имеют по линии наибольшего падения меньшую длину, чем главные скаты.

Если ребра четырехскатной крыши сходятся в одной точке, то такая крыша называется шатровой. Она состоит из четырех вальм.

Многошипцовая крыша представляет собой пересечение двух двускатных крыш одной высоты.

Мансардная крыша имеет два ската, из которых верхний пологий, а нижний крутой. Мансардная крыша может быть полувальмовой и вальмовой.

Пирамидальная крыша имеет вид многогранной пирамиды с большим подъемом (высота крыши равна или более ее ширины).

Коническая крыша перекрывает круглые в плане помещения, имеет коническую поверхность скатов и вершину над центром круга. Высокая коническая крыша называется так же, как и пирамидальная, шипцом.

Сводчатая крыша имеет вид свода, ограниченного по круговой кривой, эллипсу, коробовой кривой.

Купольная крыша или купол перекрывает круглые или многогранные в плане здания.

Различают римские и византийские купола. Римский купол в вертикальном профиле представляет полукруг, полуовал или полуэллипс с вертикальной большой полуосью. Купол может иметь фонарь, перекрываемый вторым, мелким куполом или главкою.

Византийский купол или главка состоит из верхней части - луковицы и нижней части - шейки. Ширина луковицы может быть равна ширине покрываемого пространства вместе с карнизом.

Форма здания в плане влияет на форму крыши. Здание сложной формы перекрывается элементами крыши простых в плане зданий (рис.9).

 В зависимости от того, является ли стропильная система безраспорной или распорной конструкцией различаются наслонные и висячие стропильные системы.

Наиболее простой и надежной является наслонная стропильная система.

Наслонные стропильные системы состоят из: стропильных ног, прогонов, лежней, подкладок, стоек, подкосов, распорок, мауэрлатов и шпренгелей (рис.10).

Главными частям стропил являются стропильные ноги. Основные стропильные ноги располагаются перпендикулярно к карнизу. Они опираются одним концом на мауэрлатный брус, а другим концом на прогон. Для исключения распора в системе стропильная нога должна иметь горизонтальную плоскость опирания на мауэрлат (рис.11), а также ригель (затяжку). На стыке скатов, расположенных под углом 90 градусов друг другу, располагают диагональную (накосную) стропильную ногу. Диагональные ноги длиннее основных. Укороченные стропильные ноги, опирающиеся одним концом на диагональную, а другим на - мауэрлат называют нарожниками. Опорами для прогонов являются стойки, опирающиеся на лежень или подкладки. Мауэрлаты в зданиях с наружными стенами из облегченной кладки делают непрерывными, а также поверхности соприкосновения изолируют гидроизоляционными материалами. Это предохраняет от загнивания деревянные конструкции.

Высота от чердачного перекрытия до низа ригелей для удобства передвижения по чердаку не должно быть менее 1800мм.