Основы сметного делаСметное дело в строительстве

Для описания конструктивных решений оконных профилей из ПВХ необходимо дать определение профильной системы или, в более распространенном варианте терминологии, — оконной системы.
Как и в любой строительной технологии, в данном случае под «системой» понимается определенная номенклатура изделий заводского изготовления, предназначенная для решения специализированных задач. В строительстве хорошо известны такие понятия как «система панельного домостроения», «система навесных фасадов», «системы «сухого строительства» ТИГИ КНАУФ» и т.п. При этом, чем больше изделий заводского изготовления применяется при проведении строительных работ, тем меньше трудозатраты непосредственно на стройплощадке. Кроме того, развитая номенклатура изделий позволяет удовлетворить широкий спектр архитектурных и конструктивных решений. Иными словами в определение «система» всегда закладывается определенная идеология, призванная удовлетворить сложную совокупность требований, начиная от решения архитектурно-композиционных задач и заканчивая организацией строительного производства.
Все развитые оконные системы включают в себя как профили, предназначенные непосредственно для изготовления окон - рамы, створки, импоста и штапика, так и профили, позволяющие осуществить эффективный и качественный монтаж оконного блока в проеме. Профили рамы, створки, импоста и штапика, а также профили для распашных безимпостных окон (в некоторых источниках - профили с нащельной манжетой (штульпом) или упорной планкой - так называемые штульповые профили) относятся к группе основных профилей, которые формируют базу любой профильной системы. Все крупные производители выпускают по 5—7 наименований основных профилей каждого вида, что позволяет проектировщику учитывать требования архитектуры, статики и теплотехники для различных климатических районов, в зданиях различной этажности и ориентации. При этом в зависимости от архитектурной композиции и расчетных нагрузок, основные профили устанавливаются в окне в различных комбинациях. На рис. 2.2 показана таблица основных профилей системы VEKA SOFTLINE AD, дающая наглядное представление об их возможном разнообразии.
Все профили, отличные от основных и выпускаемые определенным производителем в рамках конкретной системы, относятся к группе дополнительных профилей. Дополнительные профили в каждой оконной системе отличаются многообразием, в силу чего достаточно сложно поддаются классификации. Однако, по функциональному назначению можно принципиально выделить несколько групп наиболее распространенных профилей.
К первой группе относятся профили, служащие для обеспечения качественного и технологичного монтажа оконного блока в существующем проеме. К ним относятся подставочные профили, нащельники, удлинители (доборные профили) и облицовочные профили.
Вторую группу дополнительных профилей образуют профили, набор которых определяет гибкость и разнообразие архитектурных решений, возможных в рамках данной системы. К этой группе относятся штапики, соединители, всевозможные декоративные накладки, а также поворотные профили.
В особую группу функционально занимающую промежуточное положение между основными и дополнительными профилями, следует выделить реставрационные профили и усилители.

В качестве примера, иллюстрирующего влияние дренажных отверстий на температурный режим краевой зоны стеклопакета, приведем результаты обследования двух окон, установленных на 2-ом этаже 12-ти этажного жилого дома.
Обследованные оконные блоки имели габаритную ширину 1770 мм и высоту 1430 мм. Состояли из глухой части, размером 1170 х 1430 мм, и открывающейся части, размером 600 х 1430 мм. Окна были изготовлены из профиля «INTERTEC — S» с тремя контурами уплотнения, как показано на рис. 2.7.
Из рисунка хорошо видно, что характерной особенностью рамного профиля рамного профиля обследованных окон является малая толщина дренажной камеры (поз. 1). В данном случае она составляет всего 8 мм, в то время как в большинстве других профильных систем этот размер, как правило, превышает 11—12 мм (см. рис. 2.2).
Нетрудно заметить, что чем меньше толщина дренажной камеры профиля, тем сложнее технологически выполнить смещение дренажных отверстий, требуемое нормативными документами. В обследованных окнах имелось четыре сквозных дренажных отверстия, при этом три из них приходились на глухую часть, длиной 1170мм.
Поскольку окна выходили на летное поле, сочетание низких температур с ветром вызывало запотевание стеклопакета на глухом остеклении уже в октябре при температуре наружного воздуха, равной -3 °С. Интересно отметить, что в открывающейся части с длиной профиля 600 мм и одним сквозным дренажным отверстием выпадение конденсата начиналось при температуре, близкой к -7 °С. При этом профиль створки системы «INTERTEC — S» имеет ширину дренажной камеры, равную 20 мм.Для анализа результатов натурных наблюдений было проведено численное моделирование процессов теплопередачи в профиле рамы (см. рис. 2.7), с установленным стеклопакетом (глухое остекление) для двух случаев:
1. Дренажные отверстия закрыты. Инфильтрация холодного воздуха внутрь профиля отсутствует.
2. Дренажные отверстия открыты.
Температура воздуха внутри помещения t в в обоих случаях принималась равной + 20 °с.Как показали результаты моделирования, в случае закрытых отверстий, температура на поверхности стекла, обращенной в помещение, в месте примыкания внутреннего контура уплотнения составила t, = + 13 °С при температуре наружного воздуха, равной t в = -32 °С. На высоте 3 см от контура внутреннего уплотнения температура стекла равна 12 = + 15 °С.
При попадании в дренажные отверстия холодного воздуха с улицы, уже при его температуре, равной t д = —10 °С, температура на поверхности стекла, обращенной в помещение, в месте примыкания внутреннего контура уплотнения падала до t j = — 2.7 "С, а на высоте 3 см от контура внутреннего уплотнения температура стекла равнялась всего лишь t г = + 3.8 °С.
Таким образом, расположение дренажных отверстий оказывает определяющее влияние на явления, связанные с промерзанием краевой зоны стеклопакета, продувания холодного воздуха через уплотнения и появления наледи в водоотводном фальце как створки, так и рамы. При этом наиболее уязвимым с точки зрения всех перечисленных дефектов является глухое остекление.
Очевидно, что водоотвод из ПВХ-профиля жизненно необходим, поскольку в результате существенной разницы в величине коэффициента температурного расширения профиля и стекла, а также относительно невысокой долговечности (2-3 года) ЭПДМ-уплот-нителей, разуплотнение окна в той или иной степени в процессе эксплуатации неизбежно. Появившихся в результате этих явлений неплотностей будет достаточно для попадания атмосферной влаги в профиль при сильном дожде или в результате оттаивания снега при обильном снегопаде. Аналогично неизбежно и проникновение внутрь профиля теплого воздуха со стороны помещения. При отсутствии водоотвода на водоотводном фальце под стеклопакетом будет накапливаться лед, что в конце концов приведет к растрескиванию стеклопакета и профиля.

В отличие от окон из ПВХ, алюминиевые окна хорошо известны в нашей стране еще со времен Советского Союза. В практику отечественного строительства окна с пакетным остеклением в переплетах из так называемого «теплого» алюминия были внедрены Всесоюзным институтом легких сплавов уже в 70-х годах. Впервые они были применены при строительстве Института автоматики и телемеханики в Москве. В дальнейшем типовые теплые алюминиевые окна были разработаны институтами Гипромонтажиндустрия и ЦНИИПромзданий для унифицированных одноэтажных зданий с легким металлическим каркасом. Окна из пустотелых алюминиевых профилей, называемые сейчас «холодным» алюминием, применялись при строительстве большинства административных зданий.
В настоящее время на рынке современных алюминиевых окон представлены развитые профильные системы как отечественных, так и зарубежных производителей.По сравнению со сталью алюминий является мягким пластичным материалом. Плотность его составляет р = 2700 к г ум а модуль упругости Е = 71 ООО Па, что почти в три раза меньше плотности и модуля упругости стали. Алюминий очень пластичен - удлинение при разрыве достигает 40-50%, но прочность его весьма низка (предел прочности ов составляет порядка 60—70 МПа). Алюминий имеет очень высокую, даже по сравнению с другими металлами, теплопроводность. Его коэффициент теплопроводности составляет X = 220 Вт/м °С, что почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности стали. Чистый алюминий быстро покрывается очень прочной окисной пленкой, препятствующей дальнейшему развитию коррозии.
Вследствие низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется крайне редко. Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки — магний, марганец, медь, кремний цинк и некоторые другие элементы. Алюминиевые многокомпонентные сплавы имеют в 2—5 раз большую прочность по сравнению с чистым алюминием, однако их относительное удлинение при этом в 2—3 раза ниже.
Для производства оконных профилей используются сплавы на основе системы Al-Mg-Si, которые по своему химическому составу относятся к деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой. Так, практически все зарубежные производители используют сплав AlMgSi 0.5F22 (сплав N 6060 в соответствии с «Международным регистром сплавов и химических композиций для алюминиевых сплавов», издаваемым Вашингтонской Ассоциацией Алюминия), а российские производители используют сплав АД-31.

Несущая система многоэтажного здания образуется вертикальными несущими конструкциями, объединенными в единую пространственную систему с помощью горизонтальных несущих конструкций — перекрытий здания. На рис. 3.1 показана несущая система многоэтажного здания, образованная разнотипными вертикальными конструкциями, а на рис. 3.2 — основные типы плоских вертикальных несущих конструкций. В высоких зданиях эти конструкции иногда объединяют в пространственные ядра-стволы, возводимые обычно из монолитного бетона в скользящей или переставной опалубке. Как видно из рис. 3.2, вертикальные несущие конструкции состоят из вертикальных элементов (столбов, колонн) и связей, соединяющих эти элементы по вертикальным швам: сваренных между собой закладных деталей или выпусков арматуры, бетонных шпонок, выступов перекрытий, ригелей рам с жесткими узлами, перемычек или участков перекрытий над проемами между столбами бескаркасного здания и т. п. Эти связи являются связями сдвига, так как они препятствуют взаимному сдвигу смежных элементов по вертикальным швам.
Несущие конструкции, имеющие один вертикальный шов и, следовательно, один ряд связей сдвига, называются одиосвязными, два ряда связей — двухсвязными и т. д. (см. рис. 3.2). Если бы связи были шарнирными, то каждый столб деформировался бы самостоятельно (рис. 3.3,а), а связи, поворачиваясь без сопротивления, оставались бы горизонтальными. Реальные связи всегда сопротивляются изгибу и сдвигу и тогда столбы деформируются так, как показано на рис. 3.3,6. В уровнях соединения связей со столбами возникают местные моменты и перерезывающие силы.Несущая система многоэтажного здания может быть схематизирована различными расчетными моделями: дискретными, континуальными и дискретно-континуальными. В дискретных моделях сохраняется дискретное расположение связей и вертикальных элементов, заданное в действительной несущей системе, но дискретизация обычно углубляется членением элементов на более мелкие участки (метод конечных элементов, метод сосредоточенных деформаций) или заменой континуума стержневой решеткой. Расчет несущих систем в целом на основе этих моделей требует решения систем алгебраических уравнений весьма высоких порядков, что затрудняет пока применение этих моделей.
Континуальные модели рассматривают здание как сплошную многостенчатую призматическую оболочку с вертикальной или горизонтальной осью. Эти расчетные модели находят применение только при расчете ядер-стволов и объемно-блочных зданий, однако наличие проемов вынуждает прибегать к специальным мерам приведения модели к заданной системе (см. гл. 4).
В дискретно-континуальных моделях сохраняется заданное дискретное расположение вертикальных элементов несущей системы, но сосредоточенные связи заменяются континуальными, т. е. непрерывно распределенными по высоте здания (рис. 3.4,а,б).
Так как обычно несущая система монотонна' по высоте, то расстояние между действительными сосредоточенными связями и жесткости этих связей равны во всех этажах. Следовательно, погонная податливость (жесткость) распределенных связей будет постоянна по высоте здания для каждого вертикального шва (при линейной постановке расчета).

В элементах несущей системы многоэтажного здания усилия определяются исходя из принятой расчетной модели здания и заданных нагрузок и воздействий.Так как все элементы несущей системы взаимосвязаны и работают солидарно,— усилия в них должны определяться из комплексного расчета всей несущей системы в целом, при податливом основании — с учетом совместных деформаций системы: здание — основание.
Нормативные документы регламентируют нагрузки и воздействия. Однако отметим, что бывают особые случаи, специфичные для многоэтажных зданий, требующие дополнений к указаниям СНиП
Полная вертикальная нагрузка в жилых и общественных зданиях складывается из собственного веса конструкций и полезной нагрузки — веса людей, мебели, снега. Так как вероятность одновременного загружения всех междуэтажных перекрытий полезной нагрузкой уменьшается с увеличением этажности здания, нормы СНиП разрешают снижать полезные нагрузки при расчете вертикальных элементов и фундаментов. Однако, согласно СНиП, это снижение различно для разных этажей, что осложняет расчет многоэтажной несущей системы в целом, так как с изменением рассчитываемого уровня х меняется временная нагрузка на всех вышерасположенных перекрытиях. Кроме того, для расчета несущей системы с учетом сопротивления связей надо знать нагрузку не только выше, но и ниже рассчитываемого уровня, о чем в СНиП ничего не говорится.
Анализ временной нагрузки для гражданских зданий разной этажности* (с учетом ее снижения по СНиП) показывает, что она составляет не более 7% полной вертикальной нагрузки, приходящейся на столбы, колонны, фундаменты здания. Поэтому можно рекомендовать для расчета несущих систем жилых и гражданских зданий разной этажности принимать одинаковое для всех уровней значение коэффициента снижения т].

Консольная модель является частным случаем дискретно-континуальной модели, когда все связи между вертикальными элементами несущей системы предполагаются шарнирными или бесконечно жесткими (рис. 3.8). Эта модель условна, так как в действительности реальные связи всегда обладают некоторой конечной жесткостью, однако консольная модель проста и знакомство с ней необходимо для понимания более сложных задач расчета.
Вертикальные диафрагмы каркасных зданий или столбы несущих стен панельных зданий способны воспринимать нагрузку как консоли, защемленные в основании. Отсюда и название консольная модель. В этой модели (см. рис. 3.8) шарнирные связи заменяют действие перекрытий, перемычек, ригелей и других реальных связей, обеспечивая неизменяемость контура поперечного сечения несущей системы и равенство горизонтальных перемещений всех ее вертикальных элементов при плоском изгибе.
При произвольной нагрузке и несимметричном плане многоэтажного здания полное перемещение его горизонтального сечения (рис. 3.9, а) складывается из четырех компонентов: поступательных смещений v и w по направлению осей Y и Z, поворота в плоскости. YZ и депланации около плоскости YZ (вследствие продольных деформаций вертикальных элементов, подвергающихся изгибу).
Ввиду неучета связей сдвига депланация происходит без сопротивления и, следовательно, не создает усилий в несущей системе, поэтому в данном расчете она не рассматривается. Сопротивление оставшимся трем компонентам полного перемещения оказывают только каркасные диафрагмы (или панельные столбы в бескаркасном здании), консольно защемленные в фундаменте. Для их расчета достаточно знать распределение между ними общей внешней нагрузки.

Теоретический анализ и многочисленные эксперименты показывают, что образование трещин в ригелях или перемычках существенно сказывается не только на работе отдельной вертикальной несущей конструкции, но и на сопротивлении несущей системы в целом. Трещины первоначально возникают в наиболее нагруженных перемычках, при этом уменьшаются жесткость перемычек и воспринимаемые ими перерезывающие силы. Это влечет за собой уменьшение нормальных сил в столбах диафрагм1 и возрастание изгибающих моментов и прогибов. Вместе с тем увеличиваются перерезывающие силы в еще не треснувших перемычках, пока и в них не возникнут трещины. Таким образом, с ростом нагрузки происходит перераспределение усилий во всех элементах несущей системы, причем зависимость между этими усилиями и соответствующими им перемещениями нелинейна на значительной части диаграммы работы (Q — б).
Существуют различные варианты математического описания этой зависимости для отдельных элементов несущей системы, в частности для железобетонных перемычек. Эти варианты обычно не вполне согласуются между собой, так как результаты опытов оказываются различными для разных сечений и пролетов перемычек, прочности и деформативности бетона и арматуры, количества и расположения продольной арматуры, насыщения поперечной арматурой, величины распора и степени стеснения деформации перемычки другими конструктивными элементами.
Последний фактор особенно важен. В реальной несущей системе ни одна из перемычек не имеет возможности деформироваться и разрушаться независимо от других. Ее деформации неизбежно стеснены соседними перемычками, перекрытиями и столбами. На рис. 3.29 отчетливо видно, что перемычки над проемами получили значительные повреждения, однако не разрушились, пока длительное накопление их деформаций не привело к- разрушению опорных сечений столбов. В этом эксперименте, выполненном в лаборатории МИСИ им. В. В. Куйбышева, первые трещины появлялись в перемычках 4-го и 5-го этажей, а затем по мере возрастания поперечной нагрузки постепенно возникали трещины в перемычках выше и ниже указанных этажей. Трещины в перемычках образовывались в местах их защемления в столбы ядер и имели направление, нормальное к продольной оси перемычки. При этом перемычки поворачивались в своей плоскости, создавая распор между столбами'.

Трещинообразование в перемычках начиналось при нагрузке, составляющей примерно 20% разрушающей для всего ядра, в то время как наклонные трещины в столбах моделей появились непосредственно перед ее разрушением. Появление трещин в перемычках привело к существенному увеличению деформативности моделей и перераспределению внутренних усилий.
Перемычки, как и иные связи сдвига, в процессе возрастания общей внешней нагрузки на несущую систему, деформируются по полной диаграмме Q — б, включая ее нисходящую ветвь (рис. 3.30).
После перехода через Qmax снижение перерезывающей силы в перемычке происходит постепенно, вследствие чего она еще долго продолжает участвовать в общей работе несущей системы здания. Наиболее полные диаграммы можно ожидать в тех перемычках или связях, в которых трещины появились в первую очередь. По мере перехода на нисходящую ветвь остальных перемычек, протяженность полных диаграмм для них должна сокращаться. Последние в этом процессе перемычки, достигая своего Qmax, будут (при правильном конструировании) разрушаться вместе с опорными сечениями столбов. Если же эти сечения были законструи-рованы излишне мощными, то и последние перемычки могут разрушаться на нисходящей ветви диаграммы Q —6.
Поведение в опытах отдельных перемычек, испытанных самостоятельно, в нестесненных условиях, оказывается иным, чем в реальной несущей системе. Остаются пока не до конца выясненными зависимости усилие—перемещение для перемычек в сложной пространственной несущей системе многоэтажного здания. По-видимому, в реальных условиях эти зависимости будут различны для разных комбинаций перечисленных факторов, влияющих на работу перемычек как связей—сдвига. Схемы трещинообразования и разрушения моделей отдельных перемычек в опытах, проведенных в лаборатории железобетонных конструкций МИСИ им. В. В. Куйбышева в 1983 г. могут быть сгруппированы следующим образом (рис. 3.31): при d// 1,25 возникает только одна диагональная трещина. В первых двух случаях разрушение происходит от раздавливания сжатых участков бетона над вершинами нормальных трещин, в третьем случае перемычка разрушается от раскрытия" диагональной трещины. Эти результаты получены при испытании 33 образцов с отношениями d/l = 6,5; 0,75; 1,0; 1,25 и 1,5. Конструкция испытательной установки предусматривала погашение распора металлическими тягами, которые шарнирно соединяли подвижный и неподвижный опорные зажимы.

Для расчета в нелинейной постановке используется описанный в п. 3.5 алгоритм и программа «Авторяд ЕС» в комбинации с итерационным процессом. После расчета в линейной постановке по программе «Авторяд ЕС» несущая система разделяется по высоте на участки по 4—5 этажей. В пределах каждого участка податливость связей s и модуль деформаций столбов Е считаются постоянными на каждом шаге итерации. Для первой итерации эти константы определяются по принятым диаграммам деформирования в зависимости от усилий (средних в пределах участка), найденных из линейного расчета. Далее для каждого участка решается линейная задача с вновь полученными значениями s и £. На границах участков соблюдаются дополнительные граничные условия N, = Ni+l; #', = #',+ ,. Полученные на втором этапе усилия в столбах и связях используются для отыскания, по принятым диаграммам, новых значений констант s и Е. После каждой корректировки s и £ формируются матрицы жесткости для каждого участка и вычисляются прогоночные коэффициенты от заделки до верха здания (прямой ход), а затем определяются искомые неизвестные N, Т (обратный ход). Далее расчет повторяется до тех пор, пока расхождение в результатах на двух последних этапах итерации не станет меньше заданного предела (например, 3—5%).
Этот метод развит В. А. Люблинским в программе «Авторяд ЕС2» для нелинейного расчета пространственных несущих систем многоэтажных зданий. Блок-схема программы приведена на рис. 3.35.
Для иллюстрации этого процесса на рис. 3.36 показана схема итерационного расчета 20-этажной несущей системы на действие горизонтальной нагрузки при простейшей билинейной зависимости податливости s от Q. До образования трещин эта податливость постоянна, затем она возрастает пропорционально росту Q вплоть до предельного значения, соответствующего разрушению перемычки. Эпюра Q, полученная из линейного расчета на полную заданную нагрузку, разделена на четыре участка по высоте. Для каждого участка определены средние значения Q, которые будут, очевидно, завышенными, поскольку исходят из минимальной податливости перемычек, соответствующей их упругой работе без трещин. По этим значениям Q, согласно диаграмме Q — s, найдены новые значения s для всех участков. Новые s будут больше начальных, так как с ростом Q податливость s возрастает. При этих податливостях s определены новые N и Q и далее этот процесс автоматически повторяется. В данном примере потребовалось семь итераций, чтобы расхождение между последними двумя значениями Q оказалось равным 4%. На рис. 3.36, б показана последовательность выполнения итераций для участка II (черные кружки) и для участка IV (светлые кружки). Так как при нелинейной постановке расчета не действителен принцип суперпозиции, возникает необходимость оговорить историю загружения несущей системы. В соответствии с реальными условиями вначале прикладывается вертикальная нагрузка. Она является более значимой по сравнению с горизонтальной (ветровой) даже при большой высоте здания.

Здания из объемных блоков представляют собой наиболее индустриальную форму строительства, в которой максимум производственных процессов переносится в заводские условия.
Исходя из транспортно-монтажных условий объемные блоки изготовляются размером на комнату и предназначаются в основном для строительства жилых домов. В последние годы применяются только монолитные блоки, изготовляемые с помощью специальных пространственных опалубок.
Чтобы после формования блока можно было вынуть из него внутреннюю опалубку, монолитный блок изготовляют максимум из пяти плоскостей: четырех стен и потолка (блок «колпак»); четырех стен и плиты пола (блок «стакан»); трех стен, потолка и пола (блок «лежащий стакан»); шестая плоскость изготовляется отдельно и соединяется с блоком сваркой закладных деталей.
В здании из объемных блоков отсутствуют жесткие диски перекрытий, объединяющие весь этаж в целом; здесь перекрытия жестки только в пределах данного объемно-блочного столба. Учитывая это, расчетную модель многоэтажного здания из объемных блоков можно представить в виде группы отдельных объемно-блочных столбов, соединенных связями. На рис. 4.3 в общем объеме здания выделен один из таких столбов. Связи устанавливаются в горизонтальных швах между блоками. Это вынуждает делать их плоскими, а значит, способными вос-i принимать растяжение, сжатие и сдвиг в горизонтальной; плоскости, но не оказывающими существенного сопротивления сдвигу в вертикальных плоскостях.
Примем, что работа связей подчиняется закону Гука и что .эти связи непрерывно распределены по высоте столба. Полное пространственное перемещение рассматриваемого столба под действием внешних нагрузок и усилий в связях складывается из изгиба в плоскостях XY и XZ, кручения вокруг оси центров изгиба столба, плоского перемещения поперечных сечений в направлении оси X и депланации этих сечений около плоскости YZ. Согласно сформулированной предпосылке о работе межстолбовых связей, перемещения в направлении оси X совершаются без сопротивления связей и могут быть найдены независимо для каждого столба исходя из вертикальных (осевых) нагрузок, действующих непосредственно на данный столб. Остальные перемещения зависят друг от друга и от усилий в связях.