Исследование влияния природно-климатических условий крайнего севера на проектирование зданий с использованием деревянных конструкций
|
Реферат
Введение 9
1 Обзор литературных источников 11
1.1 Грунты 11
1.1.1 Сплошная мерзлота 11
1.1.1 Островная мерзлота 12
1.1.2 Линзовая мерзлота 13
1.1.3 Ежегодное оттаивание и промерзание деятельного слоя грунта 15
1.1.4 Пучение грунтов при промерзании 16
1.1.5 Проблема образования наледей 16
1.1.6 Изменение температуры в верхних слоях вечномёрзлых грунтов. .. 18
1.2 Специфика проектирования объектов на вечномерзлых грунтах 20
1.2.1 Виды свайных фундаментов 23
1.2.2 Утепленная шведская плита (УШП) 26
1.3 Влияние таяния ледников на вечную мерзлоту 29
1.3.1 Особенности Якутии 30
1.3.2 Особенности Красноярского края 31
1.3.3 Киотское соглашение 33
1.3.4 Парижское соглашение 34
1.4 Древесина 35
1.4.1 История деревянного домостроения России 36
1.4.2 Особенности строительства на деревянных сваях 41
1.4.2.1. Санкт-Петербург 41
1.4.2.2. Венеция 46
1.4.3 Клееная древесина 48
1.4.3.1 Клееный брус 50
1.4.3.2 ДПК (CLT) 52
1.5 Обзор аналогов 56
1.5.1 Конструкции зданий из CLT 56
1.5.2 Пространственные фундаментные платформы 57
1.5.2.1 Платформа из железобетонных плит 57
1.5.2.2 Платформа из сталежелезобетона 59
1.5.2.3 Железобетонная платформа с решетчатыми балками 59
1.6 Общие выводы 60
2 Архитектурно-строительный раздел 61
2.1 Описание и обоснование внешнего и внутреннего вида объекта, его пространственной, планировочной и функциональной организации 61
0.1 Теплотехнический расчет наружной стены 62
0.2 Теплотехнический расчет перекрытия 67
0.3 Описание решений по отделке помещений основного,
вспомогательного, обслуживающего и технического назначения 68
0.4 Описание архитектурных решений, обеспечивающих естественное
освещение помещений с постоянным пребыванием людей 69
2.1. Сведения о топографических, инженерно-геологических, гидрогеологических и климатических условиях земельного участка, предоставленного для размещения объекта 70
2.1 Описание архитектурно-строительных мероприятий,
обеспечивающих защиту помещений от шума, вибрации и другого воздействия 72
2.2 Описание решений по декоративно-художественной и цветовой
отделке интерьеров 72
2.3 Описание и обоснование конструктивных решений зданий и
сооружений, включая их пространственные схемы, принятые при выполнении расчетов строительных конструкций 72
2.4 Описание и обоснование принятых объемно-планировочных
решений здания 74
2.5 Обоснование проектных решений и мероприятий, обеспечивающих соблюдение требуемых соблюдение санитарно-гигиенических условий ... 74
2.12. Общие выводы 75
1 Конструктивный расчет 76
1.1 Сбор нагрузок 76
1.2 Проектирование плит покрытия и перекрытия 79
1.2.1 Проектирование плиты покрытия 79
1.2.2 Расчет плиты перекрытия 85
1.3 Расчёт стеновой ДПК (CLT) панели 88
1.4 Создание расчетных схем в ПК SCAD 94
3.1 Результаты расчета в ПК SCAD 96
3.2 Общие выводы 104
2 Расчет фундаментов 105
2.1 Описание пространственной фундаментной платформы в виде складок 105
4.1. Расчет и конструирование пространственной фундаментной платформы в виде складок 106
4.2.1. Расчет на растепление 106
4.2.1 Расчет структуры 109
4.2.2 Расчет на частично оттаянном грунте 109
4.2.1. Расчет на замороженном грунте 112
4.2.2. Расчет наклонной плиты CLT 114
4.2.3. Расчет плиты основания 117
4.2.7 Конструирование узлов 118
ВКР 08.05.01-2021 ПЗ
4.1 Описание пространственной фундаментной платформы в виде
структурной плиты 121
4.2 Расчет и конструирование фундаментной платформы на
деревянных сваях 123
4.3 Общие выводы 125
3 Экспериментальное исследование 127
3.1 Актуальность 127
3.2 Описание пропиточных составов 127
3.3 Способы пропитки 128
3.4 Ход работы 131
3.5 Обработка результатов 138
3.6 Общие выводы и методы защиты и обследования 145
4 Технико-экономические показатели 146
Заключение 148
Список использованных источников 151
Приложения
Книга 1. Приложения А-С 116 стр.
Введение 9
1 Обзор литературных источников 11
1.1 Грунты 11
1.1.1 Сплошная мерзлота 11
1.1.1 Островная мерзлота 12
1.1.2 Линзовая мерзлота 13
1.1.3 Ежегодное оттаивание и промерзание деятельного слоя грунта 15
1.1.4 Пучение грунтов при промерзании 16
1.1.5 Проблема образования наледей 16
1.1.6 Изменение температуры в верхних слоях вечномёрзлых грунтов. .. 18
1.2 Специфика проектирования объектов на вечномерзлых грунтах 20
1.2.1 Виды свайных фундаментов 23
1.2.2 Утепленная шведская плита (УШП) 26
1.3 Влияние таяния ледников на вечную мерзлоту 29
1.3.1 Особенности Якутии 30
1.3.2 Особенности Красноярского края 31
1.3.3 Киотское соглашение 33
1.3.4 Парижское соглашение 34
1.4 Древесина 35
1.4.1 История деревянного домостроения России 36
1.4.2 Особенности строительства на деревянных сваях 41
1.4.2.1. Санкт-Петербург 41
1.4.2.2. Венеция 46
1.4.3 Клееная древесина 48
1.4.3.1 Клееный брус 50
1.4.3.2 ДПК (CLT) 52
1.5 Обзор аналогов 56
1.5.1 Конструкции зданий из CLT 56
1.5.2 Пространственные фундаментные платформы 57
1.5.2.1 Платформа из железобетонных плит 57
1.5.2.2 Платформа из сталежелезобетона 59
1.5.2.3 Железобетонная платформа с решетчатыми балками 59
1.6 Общие выводы 60
2 Архитектурно-строительный раздел 61
2.1 Описание и обоснование внешнего и внутреннего вида объекта, его пространственной, планировочной и функциональной организации 61
0.1 Теплотехнический расчет наружной стены 62
0.2 Теплотехнический расчет перекрытия 67
0.3 Описание решений по отделке помещений основного,
вспомогательного, обслуживающего и технического назначения 68
0.4 Описание архитектурных решений, обеспечивающих естественное
освещение помещений с постоянным пребыванием людей 69
2.1. Сведения о топографических, инженерно-геологических, гидрогеологических и климатических условиях земельного участка, предоставленного для размещения объекта 70
2.1 Описание архитектурно-строительных мероприятий,
обеспечивающих защиту помещений от шума, вибрации и другого воздействия 72
2.2 Описание решений по декоративно-художественной и цветовой
отделке интерьеров 72
2.3 Описание и обоснование конструктивных решений зданий и
сооружений, включая их пространственные схемы, принятые при выполнении расчетов строительных конструкций 72
2.4 Описание и обоснование принятых объемно-планировочных
решений здания 74
2.5 Обоснование проектных решений и мероприятий, обеспечивающих соблюдение требуемых соблюдение санитарно-гигиенических условий ... 74
2.12. Общие выводы 75
1 Конструктивный расчет 76
1.1 Сбор нагрузок 76
1.2 Проектирование плит покрытия и перекрытия 79
1.2.1 Проектирование плиты покрытия 79
1.2.2 Расчет плиты перекрытия 85
1.3 Расчёт стеновой ДПК (CLT) панели 88
1.4 Создание расчетных схем в ПК SCAD 94
3.1 Результаты расчета в ПК SCAD 96
3.2 Общие выводы 104
2 Расчет фундаментов 105
2.1 Описание пространственной фундаментной платформы в виде складок 105
4.1. Расчет и конструирование пространственной фундаментной платформы в виде складок 106
4.2.1. Расчет на растепление 106
4.2.1 Расчет структуры 109
4.2.2 Расчет на частично оттаянном грунте 109
4.2.1. Расчет на замороженном грунте 112
4.2.2. Расчет наклонной плиты CLT 114
4.2.3. Расчет плиты основания 117
4.2.7 Конструирование узлов 118
ВКР 08.05.01-2021 ПЗ
4.1 Описание пространственной фундаментной платформы в виде
структурной плиты 121
4.2 Расчет и конструирование фундаментной платформы на
деревянных сваях 123
4.3 Общие выводы 125
3 Экспериментальное исследование 127
3.1 Актуальность 127
3.2 Описание пропиточных составов 127
3.3 Способы пропитки 128
3.4 Ход работы 131
3.5 Обработка результатов 138
3.6 Общие выводы и методы защиты и обследования 145
4 Технико-экономические показатели 146
Заключение 148
Список использованных источников 151
Приложения
Книга 1. Приложения А-С 116 стр.
В наше время активно ведется освоение земель крайнего севера, их урбанизация и заселение. Более половины нашей страны находится на вечной мерзлоте. В северных районах сосредоточен большой запас полезных ископаемый, в особенности нефти, газа и угля, здесь же находятся многие крупные перерабатывающие предприятия.
На мерзлых грунтах с неоднородной структурой, в том числе в г. Норильск Красноярского края, имеющим в основном островную мерзлоту, довольно проблематично устраивать фундаменты. Для этого требуется проводить геологическую разведку.
Задача усложняется влиянием таяния ледников на изменения вечной мерзлоты. Таяние грунта может привести к повреждению промышленных объектов, создав аварийную ситуацию на производстве. Уже сейчас эти процессы приводят к тому, что в северных регионах проваливаются участки дорог, начинают разрушаться свайные фундаменты под домами. Чаще всего речь идет о разрушающихся объектах, построенных по устаревшим технологиям или неправильно эксплуатируемых.
В Красноярском крае в Норильске из-за таяния грунта деформировано уже около 60 % зданий, они признаны аварийными, многие могут разрушиться. Температуры грунта в Норильском промышленном районе повысились в среднем на 1 градус Цельсия. Изменения климата вызывает нарушение вечномерзлых грунтов, по прогнозам исследователей, Норильск войдет в зону с поверхностной деградацией сплошной мерзлоты к 2150 году [9].
Изменения климата повлияли на то, что сейчас сооружения, построенные на железобетонных сваях по первому принципу строительства на вечномерзлых грунтах, дают дополнительную осадку вследствие растепления основания. Поэтому в г. Норильск начали применять технологию искусственной заморозки свай для сохранения сооружения [94].
К тому же, промышленные города на Севере России имеют достаточно плохую экологию. В основном это проходит из-за того, что увеличиваются выбросы промышленных предприятий. Однако выбросы в атмосферу должны регулироваться органами власти, чему свидетельствует принятие Парижского соглашения о климате, подписанного нашей страной в 2019 году.
Соглашение предусматривает обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, а также по снижению или ограничению выбросов CO2.
Использование древесины в строительстве, поможет выполнению данного соглашения, т.е. уменьшению выбросов в атмосферу, так как производство древесины не требует масштабных производств, которые выбрасывают в атмосферу много углекислого газа, а также не загрязняет экологию окружающей среды.
Цель выпускной квалификационной работы: исследовать влияние природно-климатических факторов крайнего Севера на проектирование зданий с использованием клееных деревянных конструкций. В том числе проектирование зданий из различных материалов; сооружение их на пространственных фундаментных платформах и на сваях.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Обзор литературных источников по теме работы.
- Разработка архитектурных решений для домов из железобетона и ДПК (CLT) плит.
- Проектирование и разработка конструктивных решений для домов из железобетона и ДПК (CLT) плит.
- Обработка и сравнение вариантов домов из железобетона и CLT плит.
- Вариантное проектирование фундаментных платформ.
- Проектирование подходящих вариантов фундаментных платформ для жилых зданий.
- Анализ вариантов фундаментных платформ для жилых зданий
- Исследование способов защиты древесины от воздействия внешних факторов.
- Проведение экспериментального исследования по защите деревянных конструкций.
В исследование входит численный расчет и проектирование трех конструктивных вариантов домов, а также двух конструктивных вариантов фундаментных платформ, их сравнение и анализ.
В ходе данной работы был произведен численный расчет при помощи программного комплекса SCAD и расчет узлов при помощи программы IDEA StatiCa. При расчете на растепление использовался программный комплекс Comsol 3.5. Были проведены натурные испытания на водопоглощение древесины с пропитками и без в лабораторном корпусе ПСИ СФУ.
На мерзлых грунтах с неоднородной структурой, в том числе в г. Норильск Красноярского края, имеющим в основном островную мерзлоту, довольно проблематично устраивать фундаменты. Для этого требуется проводить геологическую разведку.
Задача усложняется влиянием таяния ледников на изменения вечной мерзлоты. Таяние грунта может привести к повреждению промышленных объектов, создав аварийную ситуацию на производстве. Уже сейчас эти процессы приводят к тому, что в северных регионах проваливаются участки дорог, начинают разрушаться свайные фундаменты под домами. Чаще всего речь идет о разрушающихся объектах, построенных по устаревшим технологиям или неправильно эксплуатируемых.
В Красноярском крае в Норильске из-за таяния грунта деформировано уже около 60 % зданий, они признаны аварийными, многие могут разрушиться. Температуры грунта в Норильском промышленном районе повысились в среднем на 1 градус Цельсия. Изменения климата вызывает нарушение вечномерзлых грунтов, по прогнозам исследователей, Норильск войдет в зону с поверхностной деградацией сплошной мерзлоты к 2150 году [9].
Изменения климата повлияли на то, что сейчас сооружения, построенные на железобетонных сваях по первому принципу строительства на вечномерзлых грунтах, дают дополнительную осадку вследствие растепления основания. Поэтому в г. Норильск начали применять технологию искусственной заморозки свай для сохранения сооружения [94].
К тому же, промышленные города на Севере России имеют достаточно плохую экологию. В основном это проходит из-за того, что увеличиваются выбросы промышленных предприятий. Однако выбросы в атмосферу должны регулироваться органами власти, чему свидетельствует принятие Парижского соглашения о климате, подписанного нашей страной в 2019 году.
Соглашение предусматривает обязательства по сокращению выбросов парниковых газов, а также по снижению или ограничению выбросов CO2.
Использование древесины в строительстве, поможет выполнению данного соглашения, т.е. уменьшению выбросов в атмосферу, так как производство древесины не требует масштабных производств, которые выбрасывают в атмосферу много углекислого газа, а также не загрязняет экологию окружающей среды.
Цель выпускной квалификационной работы: исследовать влияние природно-климатических факторов крайнего Севера на проектирование зданий с использованием клееных деревянных конструкций. В том числе проектирование зданий из различных материалов; сооружение их на пространственных фундаментных платформах и на сваях.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Обзор литературных источников по теме работы.
- Разработка архитектурных решений для домов из железобетона и ДПК (CLT) плит.
- Проектирование и разработка конструктивных решений для домов из железобетона и ДПК (CLT) плит.
- Обработка и сравнение вариантов домов из железобетона и CLT плит.
- Вариантное проектирование фундаментных платформ.
- Проектирование подходящих вариантов фундаментных платформ для жилых зданий.
- Анализ вариантов фундаментных платформ для жилых зданий
- Исследование способов защиты древесины от воздействия внешних факторов.
- Проведение экспериментального исследования по защите деревянных конструкций.
В исследование входит численный расчет и проектирование трех конструктивных вариантов домов, а также двух конструктивных вариантов фундаментных платформ, их сравнение и анализ.
В ходе данной работы был произведен численный расчет при помощи программного комплекса SCAD и расчет узлов при помощи программы IDEA StatiCa. При расчете на растепление использовался программный комплекс Comsol 3.5. Были проведены натурные испытания на водопоглощение древесины с пропитками и без в лабораторном корпусе ПСИ СФУ.
В ходе обзора литературных источников по теме работы были изучены: условия грунтовых оснований в условиях крайнего севера, специфика проектирования на вечномерзлых грунтах, влияние таяния ледников на вечную мерзлоту и действующие соглашения относительно северных регионов, обзор сооружений из дерева, в том числе особенности проектирования из клееной древесины, а также исторический опыт использования деревянных свай. Так же были изучены варианты ПФП Абовского.
Был предложен вариант проектирования фундаментной платформы, (аналог платформы Абовского) c использованием ДПК (CLT), а также использование в этой же конструкции аналога УШП.
В ходе исследования был изучен мировой опыт использования ДПК (CLT) в строительстве. В связи с этим было принято решение конструктивно уменьшать толщину стен в зависимости от высоты здания.
Использование деревянных свай для строительства имеет долговечный и положительный опыт использования. Срок службы сооружений на деревянных сваях 35-45 лет [95].
В ходе разработки архитектурных решений был проведен теплотехнический расчет для обеспечения необходимой энерго эффективности зданий.
Обеспечены необходимые пути эвакуации в соответствии с [96]. Доступность зданий обеспечена для маломобильных групп населения в соответствии с [97].
Материалы из древесины дополнительно обрабатывают водоооталкивающими пропитками и антипиренами перед их установкой в проектное положение.
В целях защиты помещений от проникающего шума, а также огнезащиты внутренние стены и перегородки предусмотрены с отделкой негорючими плитам УНИПРОК-НГ.
Для огнезащиты открытых конструкции из древесины применяем огнебиозащитный пропиточный состав ОГРАКС-ПД-2, который гарантирует защиту при эксплуатации на отрытом воздухе до 10 лет.
В ходе конструктивного расчета были посчитаны пять вариантов домов: 5-ти и 9-ти этажные здания из ДПК (CLT) плит с железобетонным ядром жесткости, 3-х этажное здание из ДПК (CLT) плит, 5-ти и 9-ти этажные здания из монолитного железобетона.
Конструктивно предусматриваем железобетоннное ядро жесткости для 5-ти и 9-ти этажных зданий из деревянных конструкций в соответствии с [98]
После сбора нагрузок в соответсвии с районом строительства, в ПК SCAD были заданы 5 вариантов рачетных схем. По результатам расчета были получены усилия, необходимые для расчета стеновых панелей.
В целях экономии материала, а также затрат на строительство и транспортировку материалов уменьшам толщину стеновых панелей с увеличением этажности.
По расчету приняли для 9-ти этажного здания из ДПК (CLT): 1-3 этаж - пятислойные панели 215 мм, 4-6 этаж - 195 мм, 7-9 этажи - стеновые панели толщиной 170 мм.
Для 5-ти этажного здания из ДПК (CLT) плит 1-3 этаж - пятислойные панели 195 мм, 4-5 этаж - 170 мм.
В 3-х этажном здании из CLT приняли толщину стен 170 мм.
Так же по расчету в програмном комплексе были получены необходимые усилия, для конструрования фундаментных платформ.
В ходе вариантного проектирование пространственных фундаментных платформ было установлено, что платформа в виде складок является достаточно материалоемкой из-за использования большого количества плит. Использование ДПК (CLT) плиты по грунту не дает долговечности конструкции и полной защиты от попадания влаги.
Поэтому было принято решение рассмотреть вариант 2 - конструкция решетчатой фундаментной платформы из клееного бруса, поднятая над уровнем земли на деревянные сваи из лиственницы.
Такая конструкция дает значительную экономию материала. А за счет поднятия платформы на сваи она дает более высокую прочность, и устойчивость, в отличие от предыдущего варианта.
Поднятие пространственной фундаментной платформы на сваи, позволяет сохранить свойства вечномерзлых грунтов и не осуществлять огромное количество земляных работ, чтобы не нарушать целостность вечномерзлого грунта и предотвращая его излишнее растепление. Сваи - увеличивают этажность, за счет, того, что они выдерживают большую нагрузку.
...
Был предложен вариант проектирования фундаментной платформы, (аналог платформы Абовского) c использованием ДПК (CLT), а также использование в этой же конструкции аналога УШП.
В ходе исследования был изучен мировой опыт использования ДПК (CLT) в строительстве. В связи с этим было принято решение конструктивно уменьшать толщину стен в зависимости от высоты здания.
Использование деревянных свай для строительства имеет долговечный и положительный опыт использования. Срок службы сооружений на деревянных сваях 35-45 лет [95].
В ходе разработки архитектурных решений был проведен теплотехнический расчет для обеспечения необходимой энерго эффективности зданий.
Обеспечены необходимые пути эвакуации в соответствии с [96]. Доступность зданий обеспечена для маломобильных групп населения в соответствии с [97].
Материалы из древесины дополнительно обрабатывают водоооталкивающими пропитками и антипиренами перед их установкой в проектное положение.
В целях защиты помещений от проникающего шума, а также огнезащиты внутренние стены и перегородки предусмотрены с отделкой негорючими плитам УНИПРОК-НГ.
Для огнезащиты открытых конструкции из древесины применяем огнебиозащитный пропиточный состав ОГРАКС-ПД-2, который гарантирует защиту при эксплуатации на отрытом воздухе до 10 лет.
В ходе конструктивного расчета были посчитаны пять вариантов домов: 5-ти и 9-ти этажные здания из ДПК (CLT) плит с железобетонным ядром жесткости, 3-х этажное здание из ДПК (CLT) плит, 5-ти и 9-ти этажные здания из монолитного железобетона.
Конструктивно предусматриваем железобетоннное ядро жесткости для 5-ти и 9-ти этажных зданий из деревянных конструкций в соответствии с [98]
После сбора нагрузок в соответсвии с районом строительства, в ПК SCAD были заданы 5 вариантов рачетных схем. По результатам расчета были получены усилия, необходимые для расчета стеновых панелей.
В целях экономии материала, а также затрат на строительство и транспортировку материалов уменьшам толщину стеновых панелей с увеличением этажности.
По расчету приняли для 9-ти этажного здания из ДПК (CLT): 1-3 этаж - пятислойные панели 215 мм, 4-6 этаж - 195 мм, 7-9 этажи - стеновые панели толщиной 170 мм.
Для 5-ти этажного здания из ДПК (CLT) плит 1-3 этаж - пятислойные панели 195 мм, 4-5 этаж - 170 мм.
В 3-х этажном здании из CLT приняли толщину стен 170 мм.
Так же по расчету в програмном комплексе были получены необходимые усилия, для конструрования фундаментных платформ.
В ходе вариантного проектирование пространственных фундаментных платформ было установлено, что платформа в виде складок является достаточно материалоемкой из-за использования большого количества плит. Использование ДПК (CLT) плиты по грунту не дает долговечности конструкции и полной защиты от попадания влаги.
Поэтому было принято решение рассмотреть вариант 2 - конструкция решетчатой фундаментной платформы из клееного бруса, поднятая над уровнем земли на деревянные сваи из лиственницы.
Такая конструкция дает значительную экономию материала. А за счет поднятия платформы на сваи она дает более высокую прочность, и устойчивость, в отличие от предыдущего варианта.
Поднятие пространственной фундаментной платформы на сваи, позволяет сохранить свойства вечномерзлых грунтов и не осуществлять огромное количество земляных работ, чтобы не нарушать целостность вечномерзлого грунта и предотвращая его излишнее растепление. Сваи - увеличивают этажность, за счет, того, что они выдерживают большую нагрузку.
...
Подобные работы
- НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Авторефераты (РГБ), технология строительных процессов. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2021 - Реализация инвестиционного проекта строительства общеобразовательной школы на 100 мест по адресу: ул. Набережная, п. Усть-Авам, городское поселение Дудинка, Таймырский Долгано-Ненецкий район. Красноярский край
Бакалаврская работа, технология строительных процессов. Язык работы: Русский. Цена: 5750 р. Год сдачи: 2017