Multibay and Multistory Buildings

Nbsp; МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Томский государственный архитектурно-строительный университет (ТГАСУ)

Реферат

Тема: «Строительство зданий»

Выполнил: Атабеков Р.А.

Студент гр.108.1

Проверила: Абрамова А.А. .

Томск 2018

Строительства здания

Строительство зданий - это процедуры, связанные с возведением различных типов конструкций. Основная тенденция в современном строительстве продолжается от ручного изготовления на строительной площадке и до сборки на месте все более крупных, более интегрированных сборочных узлов, изготовленных вне площадки.

Еще одна характеристика современного здания, связанная с последней тенденцией, - это больший объем координации измерений; т. е. здания спроектированы, а компоненты изготовлены в виде кратного стандартного модуля (стандарт 10 см в США), что значительно сокращает количество резания и установки, требуемых на строительной площадке. Третья тенденция - производство или перепланировка таких крупных структурных комплексов, как торговые центры, целые кампусы, целые города или участки городов.

Строительство

Строительство зданий является древней человеческой деятельностью. Это началось с чисто функциональной потребности в контролируемой среде для смягчения последствий климата. Построенные жилища были одним из средств, с помощью которых люди смогли адаптироваться к широкому кругу климатов и стать глобальным видом.

Человеческие жилища были вначале очень простыми и, возможно, продолжались всего несколько дней или месяцев. Со временем, однако, даже временные конструкции эволюционировали в такие сильно усовершенствованные формы, как иглу. Постепенно стали появляться более прочные конструкции, особенно после появления сельского хозяйства, когда люди долгое время находились в одном месте. Первыми приютами были жилища, но позже другие функции, такие как хранение и церемония хранения пищи, размещались в отдельных зданиях. Некоторые конструкции стали иметь символическую, а также функциональную ценность, отмечая начало различия между архитектурой и зданием.

История строительства характеризуется рядом тенденций. Одна из них - увеличение долговечности используемых материалов. Ранние строительные материалы были скоропортящимися, такими как листья, ветки и шкуры животных. Позднее были использованы более прочные природные материалы, такие как глина, камень и древесина, и, наконец, синтетические материалы, такие как кирпич, бетон, металлы и пластмассы. Другой - поиски зданий все большей высотой и продолжительностью; это стало возможным благодаря разработке более прочных материалов и знанию того, как ведут себя материалы и как их использовать для большего преимущества. Третья важная тенденция связана с степенью контроля над внутренней средой зданий: возможно более точное регулирование температуры воздуха, уровня света и звука, влажности, запахов, скорости воздуха и других факторов, которые влияют на комфорт человека.

Современное состояние строительства является сложным. Существует широкий спектр строительных продуктов и систем, которые ориентированы прежде всего на группы типов зданий или рынков. Процесс проектирования зданий очень организован и ориентирован на исследовательские учреждения, которые изучают свойства материалов и производительность, кодовые чиновники, которые принимают и применяют стандарты безопасности, и проектируют профессионалов, которые определяют потребности пользователей и проектируют здание для удовлетворения этих потребностей. Процесс строительства также очень организован; он включает в себя производителей строительных изделий и систем, мастеров, которые собирают их на строительной площадке, подрядчиков, которые используют и координируют работу мастеров, и консультантов, которые специализируются на таких аспектах, как управление строительством, контроль качества и страхование.

Строительство зданий сегодня является важной частью индустриальной культуры, проявлением ее многообразия и сложности, а также мерой ее освоения природных сил, которые могут создавать разнообразную сложную среду для удовлетворения разнообразных потребностей общества.

Строительная индустрия

Строительство зданий является продуктом разнообразной группы субиндустрий, со многими отдельными лицами и организациями, участвующими в строительстве единой структуры, от производства необходимых компонентов до окончательной сборки. Как правило, законы штата требуют, чтобы зарегистрированный архитектор или инженер, или и то и другое, выполняли дизайн и следили за тем, чтобы дизайн соответствовал требованиям общественного здравоохранения, зонирования и строительного кода. Конструкция должна в то же время соответствовать требованиям владельца. Архитектор или инженер преобразуют эти требования в набор чертежей и письменных спецификаций, которые обычно отправляются заинтересованным генеральным подрядчикам для заявок. Победитель торгов или участники торгов, в свою очередь, подписывают сантехнические работы, окраску, электропроводку, конструкцию и монтаж каркаса,

Подрядчики обычно выполняют свою работу под наблюдением архитектора и / или инженера, который выступает в качестве агента владельца. Государственные и местные инспекторы рассматривают работу для общего соблюдения местного строительного кодекса. Непосредственная ответственность подрядчика, архитектора и инженера заканчивается, когда местные власти утверждают здание для размещения, и владелец принимает здание. Однако подрядчик, архитектор и инженер несут юридическую ответственность за любые недостатки конструкции или конструкции в течение нескольких лет после принятия, время, зависящее от условий контракта и местных законов.

Элементы здания

Основные элементы здания включают следующее: (1) фундамент, который поддерживает здание и обеспечивает стабильность; (2) конструкцию, которая поддерживает все наложенные нагрузки и передает их в фундамент; (3) наружные стены, которые могут или не могут быть частью первичного опорной конструкции; (4) внутренние перегородки, которые также могут быть или не быть частью первичной конструкции; (5) системы экологического контроля, включая системы отопления, вентиляции, кондиционирования, освещения и акустики; (6) вертикальные транспортные системы, включая лифты, эскалаторы и лестницы; (7) сообщения, которые могут включать в себя такие подсистемы, как связь, публичный адрес и замкнутое телевидение, а также более обычные системы телефонной проводки; и (8) системы питания, водоснабжения и удаления отходов.

Строительная нагрузка

Нагрузки, налагаемые на здание, классифицируются как «мертвые» или «живые». Мертвые нагрузки включают вес самого здания и всех основных предметов стационарного оборудования. Мертвые нагрузки всегда действуют прямо вниз, действуют постоянно и являются аддитивными с верхней части здания. Живые нагрузки включают в себя давление ветра, сейсмические силы, вибрации, вызванные машинами, передвижную мебель, хранящиеся товары и оборудование, пассажиров и силы, вызванные изменениями температуры. Живые нагрузки являются временными и могут создавать пульсирующие, вибрационные или ударные нагрузки. В целом, конструкция здания должна учитывать все возможные мертвые и живые нагрузки, чтобы предотвратить осаждение или сведение здания и предотвратить любые постоянные искажения, чрезмерное движение, дискомфорт для пассажиров или разрыв в любой точке.

Основания

Структурный дизайн здания во многом зависит от природы почвы и лежащих в ее основе геологических условий и модификации человеком любого из этих факторов

Основные условия

Если здание должно быть построено в районе с историей землетрясения, земля должна быть исследована на значительную глубину. Очевидно, следует избегать ошибок в земной коре под почвой. Некоторые почвы могут разжижаться при воздействии ударных волн землетрясения и стать похожими на зыбучие пески. В таких случаях вообще следует избегать любой конструкции, или фундамент должен быть сделан достаточно глубоко, чтобы достичь твердого материала под потенциально нестабильной почвой. Было обнаружено, что некоторые глинистые почвы расширяются на 23 см или более, если они подвергаются длительным циклам сушки или смачивания, тем самым создавая мощные силы, которые могут срезать фундаменты и поднимать легкие здания. Некоторые почвы с высоким содержанием органического вещества могут со временем сжиматься под нагрузкой здания до части их первоначального объема, заставляя структуру оседать.

Почвы, которые каким-то образом были модифицированы, часто выполняются по-разному, особенно когда другая почва была добавлена или смешана с существующей почвой или когда почва была сделана влажной или более сухой, чем обычно, или когда цемент или химические вещества, такие как известь, были добавлены , Иногда почва под предлагаемым зданием настолько сильно изменяется по всему объекту, что здание просто не может быть построено безопасно или экономично. Поэтому необходимы геологические и геологические анализы, чтобы определить, можно ли адекватно поддерживать предлагаемое здание и что было бы наиболее эффективным и экономичный метод поддержки.

Если на поверхности стройплощадки есть звуковая основа на небольшом расстоянии, площадь, на которой распределены нагрузки на здание, может быть довольно маленькой из-за прочности скалы. Однако, поскольку постепенно появляются слабые породы и почвы, площадь, на которой распределены нагрузки, должна быть увеличена.

Типы фундаментов

Наиболее распространенные типы фундаментных систем классифицируются как мелкие и глубокие. Мелкие фундаментные системы находятся в нескольких футах ниже дна здания; Примерами являются распространенные опоры и маты. Глубокие фундаменты простираются на несколько десятков футов ниже здания; примерами являются сваи и кессоны. Основание, выбранное для любого конкретного здания, зависит от прочности породы или почвы, величины структурных нагрузок и глубины уровня грунтовых вод.

Наиболее экономичной основой является железобетонная опалубка, которая используется для зданий в районах, где условия недр не представляют особых трудностей. Основание состоит из бетонных плит, расположенных под каждой конструкционной колонной, и сплошной плиты под несущими стенами.

Основания мата обычно используются, когда строительные нагрузки настолько обширны, а почва настолько слабая, что отдельные опоры покрывают более половины площади здания. Коврик представляет собой плоскую бетонную плиту, сильно армированную сталью, которая несет вниз нагрузки отдельных колонн или стен. Матовая нагрузка на единицу площади, которая передается в подстилающую почву, мала по величине и распределена по всей площади. Для больших матов, поддерживающих тяжелые здания, грузы распределяются более равномерно, используя дополнительные фундаменты и перекрестные стены, которые укрепляют коврик.

Сваи используются главным образом в районах, где плодородие грунтовых вод плохое. Они изготовлены из древесины, бетона или стали и расположены в кластерах. Свай спускается на твердую почву или скалу с заданной глубиной, и каждый кластер затем покрывается крышкой из железобетона. Свай может поддерживать свою нагрузку либо на нижнем конце, либо на трение по всей длине. Количество свай в каждом кластере определяется структурной нагрузкой и средней грузоподъемностью каждой сваи в кластере. Древесная куча - это просто ствол дерева, лишенного его ветвей и, следовательно, ограничен по высоте. С другой стороны, бетонная груда может иметь любую разумную длину и может также простираться ниже уровня грунтовых вод. Для чрезвычайно тяжелых или высоких зданий используются стальные сваи, известные как H-сваи из-за их формы. H-сваи доходят до коренных пород, часто до 30 м ниже поверхности. H-свай можно вести на большие глубины легче, чем сваи из дерева или бетона; хотя они дороже, стоимость обычно оправдана для крупных зданий, которые представляют собой значительные финансовые инвестиции. Основания Caisson используются, когда почва с достаточной несущей способностью находится ниже поверхностных слоев слабых материалов, таких как наполнитель или торф. Основание кессона состоит из бетонных колонн, построенных в цилиндрических валах, выкопанных в соответствии с предлагаемыми местами структурных колонн. Основания кессона несут строительные нагрузки на своих нижних концах, которые часто имеют колоколообразную форму. хотя они дороже, стоимость обычно оправдана для крупных зданий, которые представляют собой значительные финансовые инвестиции. Основания Caisson используются, когда почва с достаточной несущей способностью находится ниже поверхностных слоев слабых материалов, таких как наполнитель или торф. Основание кессона состоит из бетонных колонн, построенных в цилиндрических валах, выкопанных в соответствии с предлагаемыми местами структурных колонн. Основания кессона несут строительные нагрузки на своих нижних концах, которые часто имеют колоколообразную форму. хотя они дороже, стоимость обычно оправдана для крупных зданий, которые представляют собой значительные финансовые инвестиции. Основания Caisson используются, когда почва с достаточной несущей способностью находится ниже поверхностных слоев слабых материалов, таких как наполнитель или торф. Основание кессона состоит из бетонных колонн, построенных в цилиндрических валах, выкопанных в соответствии с предлагаемыми местами структурных колонн. Основания кессона несут строительные нагрузки на своих нижних концах, которые часто имеют колоколообразную форму. Основание кессона состоит из бетонных колонн, построенных в цилиндрических валах, выкопанных в соответствии с предлагаемыми местами структурных колонн. Основания кессона несут строительные нагрузки на своих нижних концах, которые часто имеют колоколообразную форму. Основание кессона состоит из бетонных колонн, построенных в цилиндрических валах, выкопанных в соответствии с предлагаемыми местами структурных колонн. Основания кессона несут строительные нагрузки на своих нижних концах, которые часто имеют колоколообразную форму.

Уровень грунтовых вод

Строительство фундамента осложняется подземными водами, протекающими над дном предлагаемого уровня фундамента. В таких случаях стороны раскопок могут быть подорваны и заглублены. Опускание уровня грунтовых вод путем выкачивания воды из выемки обычно требует установки скошенной оболочки для укладки или удержания сторон раскопок, чтобы предотвратить любые обвалы. Когда количество воды в раскопках чрезмерно, обычные методы перекачки, которые приносят на поверхность рыхлую почву, смешанную с водой, могут подорвать основы зданий на прилегающем к нему объекте. Во избежание повреждения, вызванного движением почвы, часто используется обезвоживание скважины. Wellpoints( иглофильтры) - это небольшие трубы с перфорированным экраном на одном конце. Их приводят в воду или выталкивают в землю, так чтобы экран препятствовал проникновению почвы с водой, ниже уровня грунтовых вод. Эти трубы соединены с общим коллектором (трубой), который соединен с водяным насосом. Таким образом, подземные воды удаляются из-под раскопок, не повреждая близлежащее имущество. Обезвоживание может также быть ненужным для покрытия сторон раскопок, при условии, что почва не войдет в раскопки из-за ее состава или из-за вибраций от близлежащего интенсивного движения машин.

Конструкция

Основными элементами любой обычной конструкции являются полы и крыша (включая горизонтальные опорные элементы), колонны и стены (вертикальные элементы) и крепежные (диагональные элементы) или жесткие соединения, используемые для обеспечения стабильности конструкции.

От одного до трех зданий

С низкими зданиями разнообразие возможных форм намного больше, чем с более высокими зданиями. В дополнение к знакомой форме ящика, которая также используется в очень высоких зданиях, низкое здание может использовать собообразные формы, своды или купола. Простая одноэтажная конструкция может состоять из железобетонной плиты, уложенной непосредственно на землю, внешних стен каменной кладки, поддерживаемых плитой (или с разнесенной опорой, непрерывно проходящей по периметру здания) и крыши. Для низких зданий использование внутренних колонн между несущими стенками кладки остается наиболее распространенным методом строительства. Однако могут использоваться разнесенные столбцы, поддерживаемые плитой или отдельными раздвижными опорами; в этом случае наружные стены могут поддерживаться или подвешиваться между колоннами. Если длина крыши коротка, примыкающая доска, сделанная из дерева, стали, бетона, или другого материала можно использовать для того чтобы сформировать структуру крыши.

Каждый конструкционный материал имеет конкретное соотношение «вес-сила», стоимость и долговечность. Как правило, чем больше длина крыши, тем сложнее конструкция, поддерживающая крышу, и чем меньше диапазон подходящих материалов. В зависимости от длины пролета крыша может иметь односторонние обрамляющие балки (рис. 2a и 2b) или двухстороннюю обрамление (балки поддерживаются на больших балок, охватывающих самый длинный размер). Фермы могут быть заменены любым методом. Фермы, которые могут быть менее 30 см или более 9 м в глубину, образуются путем сборки натяжных и сжатых элементов в различных треугольных узорах. Они обычно изготавливаются из древесины или стали, но может использоваться железобетон.

Конструкция простого одноэтажного здания может также состоять из облицовки стен и крыши, объединенной путем скрепления или скрепления одной части. Возможные конструктивные формы почти бесконечны и включают в себя три стороны прямоугольника, скрепленные вместе в единицу, называемую изогнутой (рис. 2в), знакомая церковная форма вертикальных сторон и наклонная крыша (рис. 2d), парабола (рис. 2е), и полукругом или куполом.

Опорная конструкция и наружные стены, пол и крыша также могут быть выполнены как единое целое, подобно прямоугольной трубе с закрытыми или открытыми концами. Эти формы могут быть отлиты из армированного пластика.

Многопользовательские и многоэтажные здания

На сегодняшний день наиболее распространенной формой строительной конструкции является каркасная рама, которая состоит в основном из вертикальных элементов, в сочетании с горизонтальным рисунком обрамления. Для высотных зданий использование несущих стен с горизонтальными элементами каркаса неуклонно снижалось; Наиболее часто используются несущие стены.

Каркас скелета чаще всего состоит из кратных конструкции. Для конструкций высотой до 40 этажей железобетон, сталь или композитный железобетон и сталь могут использоваться различными способами. Основными элементами стальной каркасной рамы являются вертикальные колонны, горизонтальные балки, охватывающие большее расстояние между колоннами, и балки, охватывающие более короткие расстояния. рама усилена для предотвращения искажений и возможного обрушения из-за неравномерных или вибрационных нагрузок. Поперечная устойчивость обеспечивается за счет соединения балок, колонн и ригелей; поддержка структуры на пол и внутренние стены; и Диагональный раскос или жестких связей между колоннами, фермами и балками. Железобетон можно использовать аналогичным образом, за исключением того, что вместо диагональной фиксации вместо бетонных стенок сдвига будет использоваться боковая устойчивость. Новые методы построения умеренно высоких зданий включают в себя сборку сборных блоков в каркасе скелета; подвеска кабеля; и укладка.

Для метода ввода, стабилизированная каркасная рамка может быть построена с ядром полезности, который включает в себя пожарные лестницы, лифты, водопровод, трубопроводы и проводку. Сборные коробчатые блоки затем могут быть вставлены в отверстия между горизонтальным и вертикальным обрамлением. Снятие и замена блоков в коробке может привести к серьезным изменениям в будущем использовании здания.

При подвесе создается вертикальное ядро утилиты, а сильная горизонтальная рама крыши закреплена на верхней части сердечника. Все этажи, расположенные ниже, за исключением уровня земли, поддерживаются прикреплением их к сердечнику и к натяжным элементам, висящим на раме крыши. После того, как ядро будет завершено, полы будут построены сверху вниз.

Для зданий более 40 этажей, как правило, сталь считалась наиболее подходящим материалом. Однако недавние успехи в разработке высокопрочных бетонов стали конкретными конкурентами со сталью. Высокие здания часто требуют более сложных структурных решений для противодействия боковым нагрузкам, таких как ветер и силы землетрясения. Одной из наиболее популярных структурных систем является внешняя структурная трубка, которая использовалась при строительстве Всемирного торгового центра (411 м) в Нью-Йорке. Здесь плотно расположенные столбцы, жестко соединенные с горизонтальными балками баллончика по периметру здания, обеспечивают достаточную прочность для сопротивления нагрузкам и жесткости, чтобы минимизировать боковые прогибы.

Для очень высоких зданий смешение стали и бетона становится все более популярным. Высокое прочностное отношение стали отлично подходит для горизонтальных охватывающих элементов. Высокопрочные бетоны могут экономично обеспечивать сопротивление сжатию, необходимое для вертикальных элементов. Кроме того, масса и внутренние демпфирующие свойства бетона помогают минимизировать вибрационные эффекты, которые являются потенциальными проблемами в очень высоких зданиях

Коммуникационные и энергетические системы

Растущее использование силового, телефонного и факсимильного передающего оборудования, а также систем замкнутого телевидения, связи и систем безопасности и сигнализации увеличило количество проводки, которая должна быть установлена в зданиях. Основные кабели проходят вертикально в открытых валах, причем ветви на каждом этаже проходят через трубопроводы, расположенные либо в подвесном потолочном пространстве, либо встроенные в половую плиту. Электрическая мощность, требуемая в зданиях, увеличилась по количеству и сложности действующих систем окружающей среды. Поскольку невозможно отключить электропитание, генераторы аварийной энергии устанавливаются во все возрастающем количестве зданий. Некоторые здания, особенно в отдаленных местах, оснащены собственными первичными электрогенерирующими системами. Используются дизельные и газотурбинные генераторы. Тепло, выделяемое этими двигателями,

Вертикальная транспортировка

Лифты, особенно высокоскоростные, автоматически управляемые, кабельные лифты, являются основной формой вертикальной транспортировки в высотных зданиях. Малоэтажные здания и нижние этажи коммерческих зданий могут также иметь эскалаторы. Для противопожарной защиты необходимо предоставить как минимум два способа выхода из любого основного пространства в здании. Поэтому, помимо лифтов и эскалаторов, все здания, даже самые высокие, имеют две закрытые и защищенные лестницы на всю их высоту.

Водоснабжение и утилизация отходов

Здания должны иметь водопроводное водоснабжение для различных целей: выпивка, мойка, приготовление пищи, удаление отходов, внутренняя борьба с пожарами (либо через стояки, и шланги, либо через автоматические спринклеры), и обслуживание систем кондиционирования или котлов.

Утилизация влажных и сухих отходов в зданиях осуществляется различными устройствами, такими как мусоросжигательные машины, измельчители и мусороуборочные комбайны. Существуют также устройства, которые помогают системам сбора и удаления отходов. Обычный способ улавливания водных отходов осуществляется через трубопроводы, подключенные к канализационной системе вне здания. Новые технологии направлены на переработку воды для сокращения отходов и загрязнения.

Оригинал текста

Building Construction

Building Construction is a procedures involved in the erection of various types of structures. The major trend in present-day construction continues away from handcrafting at the building site and toward on-site assembly of ever larger, more integrated subassemblies manufactured away from the site.

Another characteristic of contemporary building, related to the latter trend, is the greater amount of dimensional coordination; that is, buildings are designed and components manufactured in multiples of a standard module (10 cm being standard in the U.S.), which drastically reduces the amount of cutting and fitting required on the building site. A third trend is the production or redevelopment of such large structural complexes as shopping centers, entire campuses, and whole towns or sections of cities.

Construction

Building construction is an ancient human activity. It began with the purely functional need for a controlled environment to moderate the effects of climate. Constructed shelters were one means by which human beings were able to adapt themselves to a wide variety of climates and become a global species.

Human shelters were at first very simple and perhaps lasted only a few days or months. Over time, however, even temporary structures evolved into such highly refined forms as the igloo. Gradually more durable structures began to appear, particularly after the advent of agriculture, when people began to stay in one place for long periods. The first shelters were dwellings, but later other functions, such as food storage and ceremony, were housed in separate buildings. Some structures began to have symbolic as well as functional value, marking the beginning of the distinction between architecture and building.

The history of building is marked by a number of trends. One is the increasing durability of the materials used. Early building materials were perishable, such as leaves, branches, and animal hides. Later, more durable natural materials—such as clay, stone, and timber—and, finally, synthetic materials—such as brick, concrete, metals, and plastics—were used. Another is a quest for buildings of ever greater height and span; this was made possible by the development of stronger materials and by knowledge of how materials behave and how to exploit them to greater advantage. A third major trend involves the degree of control exercised over the interior environment of buildings: increasingly precise regulation of air temperature, light and sound levels, humidity, odors, air speed, and other factors that affect human comfort has been possible. Yet another trend is the change in energy available to the construction process, starting with human muscle power and developing toward the powerful machinery used today.

The present state of building construction is complex. There is a wide range of building products and systems which are aimed primarily at groups of building types or markets. The design process for buildings is highly organized and draws upon research establishments that study material properties and performance, code officials who adopt and enforce safety standards, and design professionals who determine user needs and design a building to meet those needs. The construction process is also highly organized; it includes the manufacturers of building products and systems, the craftsmen who assemble them on the building site, the contractors who employ and coordinate the work of the craftsmen, and consultants who specialize in such aspects as construction management, quality control, and insurance.

Building construction today is a significant part of industrial culture, a manifestation of its diversity and complexity and a measure of its mastery of natural forces, which can produce a widely varied built environment to serve the diverse needs of society.

Construction Industry

Building construction is the product of a diverse group of subindustries, with many individuals and organizations involved in the construction of a single structure, from the manufacture of necessary components to final assembly. As a general rule, state laws require a registered architect or engineer, or both, to execute the design and to make sure that the design complies with public health, zoning, and building-code requirements. The design must at the same time conform to the requirements of the owner. The architect or engineer converts these requirements into a set of drawings and written specifications that usually are sent to interested general contractors for bids. The successful bidder or bidders in turn subcontract plumbing, painting, electrical wiring, structural frame construction and erection, and other jobs to firms specializing in these crafts.

Contractors ordinarily carry out their work under the observation of an architect and or engineer, who acts as agent of the owner. State and local inspectors review the work for general compliance with the local building code. The immediate responsibility of the contractor, architect, and engineer ends when the local authorities approve the building for occupancy and the owner accepts the building. However, the contractor, architect, and engineer are legally responsible for any deficiencies in the construction or design for a period of several years after acceptance, the time depending on the terms of the contract and local laws.

Elements of a Building

The major elements of a building include the following: (1) the foundation, which supports the building and provides stability; (2) the structure, which supports all the imposed loads and transmits them to the foundation; (3) the exterior walls, which may or may not be part of the primary supporting structure; (4) the interior partitions, which also may or may not be part of the primary structure; (5) the environmental-control systems, including the heating, ventilating, air-conditioning, lighting, and acoustical systems; (6) the vertical transportation systems, including elevators, escalators, and stairways; (7) communications, which may include such subsystems as intercommunications, public address, and closed-circuit television, as well as the more usual telephone-wiring systems; and (8) the power, water supply, and waste disposal systems.

Building Loads

The loads imposed on a building are classified as either “dead” or “live.” Dead loads include the weight of the building itself and all major items of fixed equipment. Dead loads always act directly downward, act constantly, and are additive from the top of the building down. Live loads include wind pressure, seismic forces, vibrations caused by machinery, movable furniture, stored goods and equipment, occupants, and forces caused by temperature changes. Live loads are temporary and can produce pulsing, vibratory, or impact stresses. In general, the design of a building must accommodate all possible dead and live loads to prevent the building from settling or collapsing and to prevent any permanent distortion, excessive motion, discomfort to occupants, or rupture at any point.

Foundations

The structural design of a building depends greatly on the nature of the soil and underlying geologic conditions and modification by man of either of these factors

Ground Conditions

If a building is to be constructed in an area that has a history of earthquake activity, the earth must be investigated to a considerable depth. Faults in the crust of the earth beneath the soil must obviously be avoided. Some soils may liquefy when subjected to the shock waves of a quake and become like quicksand. In such cases, either construction must be avoided altogether or the foundation must be made deep enough to reach solid material below the potentially unstable soil. Certain clay soils have been found to expand 23 cm or more if subjected to long cycles of drying or wetting, thus producing powerful forces that can shear foundations and lift lightweight buildings. Some soils with high organic content may, over time, compress under the building load to a fraction of their original volume, causing the structure to settle. Other soils tend to slide under loads.

Soils that have been modified in some way often perform differently, especially when other soil has been added to or mixed with existing soil, or when the soil has been made wetter or drier than normal, or when cement or chemicals such as lime have been added. Sometimes the soil under a proposed building varies so greatly over the entire site that a building simply cannot be constructed safely or economically Soil and geologic analyses are necessary, therefore, to determine whether a proposed building can be supported adequately and what would be the most effective and economical method of support.

If there is sound bedrock a short distance below the surface of the construction site, the area over which the building loads are distributed can be quite small because of the strength of the rock. As progressively weaker rock and soils are encountered, however, the area over which the loads are distributed must be increased.

Types of Foundations

The most common types of foundation systems are classified as shallow and deep. Shallow foundation systems are several feet below the bottom of the building; examples are spread footings and mats. Deep foundations extend several dozen feet below the building; examples are piles and caissons. The foundation chosen for any particular building depends on the strength of the rock or soil, magnitude of structural loads, and depth of groundwater level.

The most economical foundation is the reinforced-concrete spread footing, which is used for buildings in areas where the subsurface conditions present no unusual difficulties. The foundation consists of concrete slabs located under each structural column and a continuous slab under load-bearing walls.

Mat foundations are typically used when the building loads are so extensive and the soil so weak that individual footings would cover more than half the building area. A mat is a flat concrete slab, heavily reinforced with steel, which carries the downward loads of the individual columns or walls. The mat load per unit area that is transmitted to the underlying soil is small in magnitude and is distributed over the entire area. For large mats supporting heavy buildings, the loads are distributed more evenly by using supplementary foundations and cross walls, which stiffen the mat.

Piles are used primarily in areas where near-surface soil conditions are poor. They are made of timber, concrete, or steel and are located in clusters. The piles are driven down to strong soil or rock at a predetermined depth, and each cluster is then covered by a cap of reinforced concrete. A pile may support its load either at the lower end or by skin friction along its entire length. The number of piles in each cluster is determined by the structural load and the average load-carrying capacity of each pile in the cluster. A timber pile is simply the trunk of a tree stripped of its branches and is thus limited in height. A concrete pile, on the other hand, may be of any reasonable length and may extend below groundwater level as well. For extremely heavy or tall buildings, steel piles, known as H-piles because of their shape, are used. H-piles are driven through to bedrock, often as far as 30 m below the surface. H-piles can be driven to great depths more easily than piles made of wood or concrete; although they are more expensive, the cost is usually justified for large buildings, which represent a substantial financial investment. Caisson foundations are used when soil of adequate bearing strength is found below surface layers of weak materials such as fill or peat. A caisson foundation consists of concrete columns constructed in cylindrical shafts excavated under the proposed structural column locations. The caisson foundations carry the building loads at their lower ends, which are often bell-shaped.

Groundwater Level

Foundation construction is complicated by groundwater flowing above the bottom of the proposed foundation level. In such cases the sides of the excavation may be undermined and cave in. Lowering the groundwater level by pumping the water out of the excavation usually requires the installation of braced sheathing to shore up, or retain, the sides of the excavation to prevent any cave-ins. When the amount of water within the excavation is excessive, ordinary pumping methods, which bring to the surface loose soil mixed with the water, can undermine the foundations of buildings on adjoining property. To prevent damage caused by soil movement, wellpoint dewatering is often used. Wellpoints are small pipes with a perforated screen at one end. They are driven or jetted into the ground so that the screen, which prevents soil from flowing in with the water, is below groundwater level. These pipes are linked to a common manifold (pipe) that is connected to a water pump. In this way the groundwater is removed from below the excavation without damaging nearby property. Dewatering may also make it unnecessary to sheathe the sides of the excavation, providing the soil will not slide into the excavation because of its composition or because of vibrations from nearby heavy traffic or machinery.

Structure

The basic elements of any ordinary structure are the floors and roof (including horizontal supporting members), columns and walls (vertical members), and bracing (diagonal members) or rigid connections used to give the structure stability.

One- to Three-Story Buildings

With low buildings the variety of possible shapes is much greater than with taller buildings. In addition to the familiar box shape, which is also used in very tall buildings, low buildings may use cathedral-like forms, vaults, or domes. A simple single-story structure might consist of a reinforced-concrete slab laid directly on the ground, exterior masonry walls supported by the slab (or by a spread footing cast continuously around the perimeter of the building), and a roof. For low buildings, the use of interior columns between masonry load-bearing walls is still the most common construction method. Spaced columns supported by the slab or by individual spread footings may be used, however; in that case the exterior walls can be supported by or hung between the columns. If the roof span is short, abutting planking made of wood, steel, concrete, or other material can be used to form the roof structure.

Each structural material has a particular weight-to-strength ratio, cost, and durability. As a general rule, the greater the roof span, the more complicated the structure supporting the roof becomes and the narrower the range of suitable materials. Depending on the length of the span, the roof may have one-way framing beams (Figure 2a and 2b) or two-way framing (beams supported on larger girders spanning the longest dimension). Trusses can be substituted for either method. Trusses, which can be less than 30 cm or more than 9 m deep, are formed by assembling tension and compression members in various triangular patterns. They are usually made of timber or steel, but reinforced concrete may be used.

The structure of a simple one-story building may also consist of the wall and roof framing combined by being either fastened together or shaped in one piece. The possible structural shapes are almost infinite and include the three sides of a rectangle fastened together into a unit called a bent (Figure 2c), the familiar church form of vertical sides and sloping roof (Figure 2d), the parabola (Figure 2e), and the semicircle or dome.

The supporting structure and exterior walls, floor, and roof may also be made as a unified whole, much like a rectangular pipe with closed or open ends. These forms may be cast in reinforced plastic.

Multibay and Multistory Buildings

By far the most common form of building structure is the skeleton frame, which consists essentially of the vertical members, combined with a horizontal framing pattern. For tall buildings, the use of load-bearing walls with horizontal framing members has declined steadily; non load-bearing curtain walls are used most frequently.

The skeleton frame most often consists of multiples of the construction. For structures up to 40 stories high, reinforced concrete, steel, or composite-reinforced concrete and steel can be used in a variety of ways. The basic elements of the steel skeleton frame are vertical columns, horizontal girders spanning the longer distance between columns, and beams spanning shorter distances The frame is reinforced to prevent distortion and possible collapse because of uneven or vibratory loads. Lateral stability is provided by connecting the beams, columns, and girders; by the support given the structure by the floors and interior walls; and by diagonal bracing or rigid connections between columns, girders, and beams. Reinforced concrete can be used in a similar way, except that concrete shear walls would be used instead of diagonal bracing to provide lateral stability. Newer techniques of constructing moderately high buildings include inserting prefabricated units within the skeleton frame; cable hanging; and stacking.

For the insertion technique, a stable skeleton frame may be constructed with a utility core that includes fire stairs, elevators, plumbing, piping, and wiring. Prefabricated boxlike units then can be inserted in the openings between the horizontal and vertical framing. Removing and replacing the boxlike units could then make major changes in the future use of the building.

In hanging, a vertical utility core is built, and strong horizontal roof framing is anchored to the top of the core. All floors below, except at ground level, are supported by attaching them to the core and to tension members hung from the roof framing. After the core is complete, the floors are built from the top down.

Stacking is a construction technique in which prefabricated, boxlike units are raised by cranes and placed on top of and alongside each other and then are fastened together.

For buildings over 40 stories, typically steel had been considered the most appropriate material. However, recent advances in the development of high-strength concretes have made concrete competitive with steel. Tall buildings often require more sophisticated structural solutions to resist lateral loads, such as wind, and earthquake forces. One of the more popular structural systems is the exterior structural tube, which was used in the construction of the World Trade Center (411 m) in New York City. Here, closely spaced columns connected rigidly to the horizontal spandrel beams on the perimeter of the building provide sufficient strength to resist loads and the stiffness to minimize lateral deflections. The structural tube has now been used with concrete and with composite construction consisting of structural steel members encased in reinforced concrete.

For very tall buildings, the mixing of steel and concrete is becoming more popular. The high strength-to-weight ratio of steel is excellent for the horizontal spanning members. High-strength concretes can economically provide the compression resistance needed for vertical members. In addition, the mass and internal damping properties of the concrete assist in minimizing vibration effects, which are potential problems in very tall buildings

Communications and Power Systems

The growing use of power, telephone, and facsimile transmission equipment and of closed circuit television, intercommunication, and security and alarm systems has increased the amount of wiring that must be installed in buildings. Main cables run vertically in open shafts, with branches at each floor running through conduits located either in the hung ceiling space or embedded in the floor slab itself. The electrical power required in buildings has increased with the number and complexity of environmental systems in operation. Because a power outage cannot be tolerated, emergency power generators are installed in an increasing number of buildings. Some buildings, particularly in remote locations, are equipped with their own primary electrical generating systems Diesel and gas-turbine generators are used. The heat generated by these engines, instead of being wasted, is sometimes utilized for other purposes within the building.

Vertical Transportation

Elevators, especially high-speed, automatically controlled, cable-operated elevators, are the major form of vertical transportation in high-rise structures. Low-rise buildings and the lower floors of commercial buildings may also have escalators. For fire protection, it is necessary to provide at least two means of egress from every major space in a building. Therefore, in addition to elevators and escalators, all buildings, even the tallest, have two enclosed and protected stairways for their entire height.

Water Supply and Waste Disposal

Buildings must have a piped-in water supply for a variety of purposes: drinking, washing, cooking, waste disposal, internal fire fighting (either through standpipes and hoses or through automatic sprinklers), and service to air-conditioning systems or boilers.

Disposal of wet and dry wastes in buildings is accomplished by a variety of devices, such as incinerators, shredders, and garbage compactors. There are also devices that assist waste-pickup and disposal systems. The usual method of carrying away waterborne waste is through piping connected to the sewer system outside the building. New technology is aimed at recycling water to reduce waste and pollution.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 262; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!