Характеристика систем жизнеобеспечения

Рост городов и развитие систем жизнеобеспечения

Современный город представляет собой сложный и непрерывно развивающийся социальный организм, выполняющий функции места работы и обитания большой группы людей. Исходя из численности населения, города делятся на следующие группы: I) малые города с населением от 5 до 50 тыс. человек; 2) средние - от 50 до 100; 3) большие -от 100 до 250; 4) крупные -от 250 до 500; 5) крупнейшие - от 500 до 1000; 6) гиганты - свыше 1000 тыс. человек.

Главным стимулом развития городских поселений является индустриализация страны, которая требует концентрации населения и, следовательно, роста городов. Развитие городов обусловлено глобальным агломерационным эффектом, который выражается в росте производительности труда в результате межотраслевой и внутриотраслевой кооперации, рационального размещения производительных сил и развития производственной и социальной инфраструктуры городов, что приводит к наиболее эффективному использованию природных, трудовых, финансовых и материальных ресурсов страны. Максимальный.агломерационный эффект возникает в городах с населением от 250 до 1000 тыс. жителей. При дальнейшем росте городов факторы, которые оказывали положительное влияние на агломерационный эффект, нейтрализуются под действием факторов,

связанных с необходимостью развития социальной инфраструктуры

и увеличением доли занятых в непроизводственной сфере. Таким
образом, с увеличением численности жителей городов сверх 1 млн
человек агломерационный эффект начинает снижаться за счет роста
непроизводительных затрат времени и ресурсов.

Формирование и развитие городов осуществляется в соответствии с генеральной схемой размещения производственных сил страны, отдельных экономических районов, краев и областей. Такие схемы составляются для освоения новых и развития старых территорий в связи с вовлечением в общественное производство выявленных в этих районах ресурсов сырья и незанятого населения. В этих схемах рассматриваются и выбираются наиболее эффективные варианты размещения населенных пунктов и предприятий с учетом местных условий. Утвержденная схема районной планировки является исходным документом для разработки генерального плана развития города в пределах 20-25 лет с обязательным выделением первой и второй очередей строительства с 5-8 летним сроком осуществления. Применительно к этим срокам определяются:

• численность и демографический состав населения;

• направления территориального развития с выделением функ-
циональных зон города;

• архитектурно-градостроительные и транспортно-планировоч-
ные решения;

• мероприятия по развитию систем жизнеобеспечения города;

• культурно-бытовое и медицинское обслуживания населения.
При этом необходимо стремиться к принятию оптимальных

проектно-плановых решений, обеспечивающих сбалансированное и планомерное развитие функциональных подсистем города с минимальными затратами всех ресурсов.

Исключительную роль в создании наиболее благоприятных условий для жизни, труда и отдыха населения играют системы жизнеобеспечения населенных мест:

санитарно-техническая, в состав которой входят подсистемы благоустройства, санитарной очистки и уборки, водоснабжения и канализации;

транспортная, в состав которой входит улично-дорожная сеть и подсистема транспортного обслуживания населения;

энергоснабжения, включая подсистемы снабжения топливом, теплотой и электрической энергией.

Характеристика систем жизнеобеспечения

Система санитарного благоустройства населенных мест предназначена для защиты окружающей среды и поддержания оптимальных санитарно-гигиенических условий проживания за счет:

• предупреждения образования и распространения загрязнений;

• уборки улиц и площадей от грязи и пыли, снега, дождевой и
талой воды;

• сбора, временного хранения, регулярного вывоза и обезвре
живания твердых и жидких бытовых отходов;

• озеленения городских территорий;

• борьбы с шумом и других мероприятий.

Система водоснабжения обеспечивает забор воды из природных источников, улучшение ее качества, транспортирование, хранение и подачу различным потребителям для хозяйственно-питьевых, технологических ипротивопожарных нужд.

Система канализации осуществляет прием, отведение, очистку и обеззараживание сточных вод, атмосферных осадков и жидких отходов населенных пунктов и промышленных предприятий.

Транспортная система предназначена для транспортного обслуживания населенных мест и включает в себя развитие иэксплуатацию улично-дорожной сети, работу пассажирского, грузового и легкового транспорта.

Система топливоснабжения населенных мест предназначена для погрузки (разгрузки), хранения, транспорта, подготовки и использования различных видов топлива потребителями. В частности, система газоснабжения предназначена для подачи, очистки от примесей, распределения, регулирования давления и использования природных, искусственных и сжиженных газов в качестве топлива для приготовления пищи, горячей воды и теплоснабжения населенных мест.

Система теплоснабжения обеспечивает производство, транспорт и использование различных теплоносителей в системах отопления, вентиляции (кондиционирования) и горячего водоснабжения потребителей.

Система электроснабжения осуществляет генерирование (преобразование), распределение и использование электрической энер-

гии во всех системах жизнеобеспечения населенных мест, в том числе освещения улиц и площадей, помещений жилых, общественных и производственных зданий, привода машин и механизмов, приготовления пищи, горячей воды и других процессов.

Планировочная структура и функциональное зонирование городов

По функциональному назначению территория города делится на селитебную, производственную и ландшафтно-рекреационную.Селитебная территория предназначена для размещения жилищного фонда, общественных зданий и сооружений, устройства путей внутригородского сообщения - улиц, площадей, парков, садов, бульваров и других мест общественного пользования. При формировании планировочной структуры селитебной территории большое значение имеет взаимосвязанное размещение зон общественных центров, жилой застройки и улично-дорожной сети. Для предварительного определения потребности города в селитебной территории исходят из условия, что норма площади i-й зоны селитебной территории при средней этажности застройки до 3 этажей без земельных участков Н„ равна 10 га/1000 чел. и 20 га/1000 чел. с земельными участками; от 4 до 8 этажей - 8 га/1000 чел., 9 этажей и выше - 7 га/1000 чел.

Итак, площадь селитебной территории

где Н_si - норма площади i-й зоны застройки селитебной территории, га/1000 чел.;

Ч_i - численность жителей в i-й зоне застройки, чел.

При проектировании жилой застройки, как правило, выделяются два основных уровня структурной организации селитебной территории:

• микрорайон (квартал) - структурный элемент жилой застройки площадью 10-60 га, не расчлененный магистральными улицами и дорогами, в пределах которого размещаются учреждения и предприятия повседневного пользования с радиусом обслуживания не более 500 м;

• жилой район - структурный элемент селитебной территории площадью от 80 до 250 га, в пределах которого размещаются учреждения и предприятия с радиусом обслуживания не более 1500 м, а также часть объектов общегородского значения. Границами жилых районов являются магистральные улицы, по которым осуществляются основные пассажирские перевозки.

Производственная территория предназначается для размещения промышленных предприятий и связанных с ними объектов, например, электростанций, инженерных сооружений и сетей. Они занимают 60-80% от всей производственной территории. Остальная территория отводится под коммунально-бытовые предприятия, подъездные железнодорожные и автомобильные пути. От селитебной территории промышленные районы отделяются санитарно-защитными зонами шириной от 50 до 300 м. В непосредственной близости от промышленных районов располагаются складские территории города. На них размещаются промышленные, производственные, продовольственные склады.

Ландшафтно-рекреационная территория включает в себя городские леса, лесопарки, лесозащитные зоны, водоемы, земли сельскохозяйственного назначения и другие угодья, которые совместно с парками, садами, скверами и бульварами, размещаемые в селитебной территории, формируют систему открытых пространств. Основное назначение их заключается в улучшении микроклимата, обеспечении чистоты воздушного бассейна города и массового отдыха трудящихся. Границы такой зоны могут быть удалены от центра города на 50-100 км.

Территорию для строительства новых и развития существующих городских поселений следует предусматривать на землях, непригодных для сельскохозяйственного производства. Размещение зданий, сооружений и коммуникаций не допускается на землях заповедников, заказников, национальных парков, ботанических садов, курортов, зеленых зон, в первой зоне санитарной охраны источников водоснабжения.

Селитебные территории следует размещать с наветренной стороны по отношению к производственным предприятиям, являющимся источниками загрязнений атмосферного воздуха, а также представляющим повышенную пожарную опасность. При проектировании поселений необходимо организовать по берегам водо-

хранилищ и рек водоохранные зоны шириной от 100 до 500 м. Се-литебные территории поселений следует размещать выше по тече- нию водотоков относительно выпусков производственных и хозяй-ственно-бытовых сточных вод.

1.4. Здания и сооружения как элементы городской среды

1.4.1. Требования, предъявляемые изданиям и сооружениям

Все, что построено человеком, называют сооружениями. Со-

оружения, в которых имеются помещения, предназначенные для выполнения человеком определенных функций, называют зданиями. Прочие постройки называют инженерными сооружениями.

Здания и сооружения играют важную роль в жизни современного человека. Поэтому главными элементами населенных мест являются здания и сооружения, выполняющие разнообразные жизненно важные функции. Можно утверждать, что уровень цивилизации, в значительной степени, определяется количеством и качеством построенных зданий и сооружений. Уровень и качество жизни человека определяется наличием комфортного и капитального жилого дома.

Каждое здание или сооружение представляет собой сложный и дорогостоящий объект, который состоит из многих конструктивных элементов и систем инженерного оборудования. Поэтому, приступая к проектированию, возведению или эксплуатации, необходимо четко представлять, какими качествами должны обладать и действительно обладают здания и сооружения. Комплексная оценка качества зданий включает следующие основные понятия:

• капитальность, или надежность, зданий, основой которой являются такие свойства, как долговечность, огнестойкость, ремонтопригодность, работоспособность и др.;

• комфортность, или удобства пользования, которая возникает вследствие соответствия здания своему назначению (функциональности) и удовлетворения требованиям гигиены и безопасности;

• экономичность, т. е. достижение за срок службы минимальных затрат, связанных с возведением и эксплуатацией здания.

Понятие капитальности здания объединяет комплекс характеристик, отражающих его надежность. Надежность определяется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Безотказность - это свойство сохранять работоспособность, т. е. состояние, при котором здание способно выполнять свои функции, сохраняя значения основных параметров в пределах, установленных нормативно-техническими документами.

Долговечность - срок службы нормального функционирования здания, продолжительность которого зависит от многих факторов, в том числе несущей способности основания, свойств используемых материалов, выбранной конструктивной схемы, качества строительства и условий эксплуатации.

Ремонтопригодность - это приспособляемость элементов здания к устранению неисправности при техническом обслуживании и ремонте.

Понятие комфортности чрезвычайно многогранно и поэтому требует более детального рассмотрениях трех точек зрения: функ-циональности, гигиены и безотказности. Функционально здание должно наиболее полно отвечать своему назначению. Для этого важно детально изучить те процессы, которые будут происходить как в отдельных помещениях, так и в здании целом. При этом выясняется структура внешних и внутренних связей, определяются архитектурные формы и художественная выразительность здания, все разнообразие связей здания с окружающей средой (место расположения, ландшафт, пешеходная и транспортная доступность, обеспеченность коммунально-бытовыми услугами и т. д.), а также размещение и взаимосвязь помещений.

Особое значение имеет инженерное оборудование зданий -это все системы жизнеобеспечения здания: отопления, вентиляции и кондиционирования, электро-, водо- и газоснабжения, канализации и мусороудаления, вертикального транспорта, телефонизации, радио и телевидения.

Обеспечение высокого уровня комфортности невозможно и без учета эргономики - науки о взаимодействии человека с искусственной средой. Все, что окружает человека, должно в максимальной степени отвечать его физиологическим особенностям, включая габариты помещений, лестниц, дверей и других элементов зданий, размеры сантехнических приборов, мебели и утвари, машин и механизмов.

С точки зрения гигиены в помещениях с постоянным пребыванием людей необходимо обеспечивать наиболее благоприятный

для их здоровья микроклимат, который характеризуется тепло-влажностным режимом, чистым воздухом, зрительным и звуковым комфортом. Параметры среды подбираются в зависимости от конкретных условий с учетом функционального состояния людей (для отдыха, работы и т. д.). Тепловлажностный режим характеризуется температурой, относительной влажностью и скоростью движения воздуха, а также перепадом температур у внутренней поверхности ограждений здания. Эти параметры среды должны быть такими, чтобы человек не ощущал дискомфорта. Чистота воздушной среды зависит как от процессов, происходящих в помещениях, так и от воздухообмена помещений с окружающей средой. Зрительный комфорт задается освещенностью помещений, зрительной изоляцией, видом из окон и тем, что окружает дома. Звуковой комфорт -звуковая изоляция, уровень звукового давления, реверберация и артикуляция, возникающие в помещениях здания.

Безопасность как одно из условий комфортности чрезвычайно важна с психологической точки зрения. Помещение или здание в целом не могут быть удобными, если по какой-либо причине они представляют собой потенциальную опасность для человека. Такими причинами могут оказаться неудачная планировка помещений, недостаточная прочность конструкций, неисправность оборудования, потенциальная или реальная опасность осуществляемых процессов и другие факторы. С точки зрения безопасности особое значение имеют принятые конструктивные решения, которые обеспечивают взрыво- и пожаробезопасность помещений, а также правильно спланированные пути эвакуации.

Качество зданий характеризуется не только капитальностью и комфртностью, но и экономичностью Понятие экономичности связано с соизмерением затрат и результатов. Каждое здание предназначено для выполнения определенных функций в течение длительного времени (до 100-150 лет) и представляет собой сложное и дорогостоящее сооружение. Ежегодные затраты, связанные с эксплуатацией зданий, составляют 6-8% от их восстановительной стоимости. Следовательно, через каждые 12-13 лет затраты на эксплуатацию становятся равными затратам на возведение здания. Снижение эксплуатационных затрат возможно, но для этого необходимы дополнительные капитальные вложения в здание. Поэтому, с экономической точки зрения, необходимо стремиться к строи-

тельству таких зданий, которые будут иметь минимум приведенных к единой размерности суммы капитальных вложений и эксплуатационных затрат за срок службы.

1.4.2. Классификация зданий и сооружений

Все здания могут быть классифицированы, сгруппированы по одному или нескольким признакам, наиболее существенным и важным для изучения их свойств. Так, по назначению здания подразделяются на следующие группы:

• гражданские, к которым относятся жилые и общественные
здания, предназначенные для обслуживания населения, например,
жилые дома, общежития, гостиницы, магазины, школы, больницы
и др.;

• промышленные, обслуживающие нужды производства,
транспорта и связи, например, цехи хлебозавода, электростанций,
депо, складов и т. п.;

• сельскохозяйственные, обслуживающие потребности сель-
ского хозяйства, например, здания для содержания животных и
птиц, склады, хранилища и др.

По долговечности конструкций здания делятся на три степени: 1 - с повышенным сроком службы, более 100 лет; II - средним сроком службы, более 50 лет; III - с пониженным сроком службы, более 20 лет.

В зависимости от пределов огнестойкости, выраженных в часах, все здания подразделяются на пять степеней: I степень -3 ч; И степень - 2,5 ч; 111 степень -2ч- это каменные несгораемые здания; IV степень - 0,5 ч - деревянные оштукатуренные здания, называемые трудносгораемыми; V степень - открытые деревянные здания - сгораемые.

По благоустройству и инженерному оборудованию здания подразделяются на четыре степени: I - повышенное; II - среднее; III - пониженное; IV - минимальное оснащение здания.

В зависимости от долговечности и огнестойкости здания подразделяются на капитальные и временные. По капитальности здания подразделяются на четыре, шесть или семь классов:

I - каменные особо капитальные: фундаменты каменные и бетонные, стены каменные (кирпичные) и крупноблочные, перекры-

тия - железобетонные (I степень долговечности, I—II степень огнестойкости, срок службы более 100 лет);

II - каменные обыкновенные: фундаменты каменные, стены
каменные (кирпичные), крупноблочные или крупнопанельные,
перекрытия - железобетонные или смешанные (деревянные и же-
лезобетонные), а также каменные своды по металлическим бал-
кам (II степень долговечности, II-III степени огнестойкости, со сро-
ком службы 50-100 лет);

III - каменные облегченные: фундаменты каменные и бетон-
ные, стены облегченной кладки из кирпича, шлакоблоков и раку
шечника, перекрытия деревянные, железобетонные или каменные
по металлическим балкам (III степень долговечности, III степень
огнестойкости, срок службы 20-50 лет);

IV - деревянные рубленные и брусчатые, смешанные, сырцо-
вые, перекрытия деревянные (III степень долговечности, IV-V сте-
пени огнестойкости, срок службы до 20 лет);

V - сборно-щитовые, каркасные, глинобитные, саманные;
фундаменты - на бутовых столбах или деревянных стульях, стены -
каркасные, глинобитные и другие, перекрытия - деревянные;

VI - каркасно-камышитовые и прочие облегченные.

Кроме того, здания могут классифицироваться следующим образом.

По конструкции: 1) стеновые; 2) каркасные; 3) объемно-пространственные; 4) чердачные 5) бесчердачные;

По тепловлажностным условиям эксплуатации: 1) отапливаемые; 2) неотапливаемые; 3) сухие (φ< 50%); 4) нормальные (φ = 50-70%) и 5) мокрые (φ > 70%);

По этажности: 1) одно- или малоэтажные (до 3 этажей) и 2) многоэтажные (от 4 до 8 этажей): 3) повышенной этажности (от 9 до 25 этажей) и 4) высотные (от 25 этажей);

По материалу, из которого выполнены стены: 1) каменные; 2) бетонные; 3) железобетонные; 4) деревянные; 5) прочие.

Сооружения по функциональным признакам делятся на четыре группы:

1 - сооружения для размещения оборудования: подвалы, пло-
щадки, колодцы, этажерки, вышки и др.;

2 — коммуникационные и транспортные сооружения: дороги и
улицы, трубопроводы и линии электропередачи, тоннели, каналы и

коллектора, отдельно стоящие опоры, галереи и эстакады под технологические трубопроводы;

3 — емкостные сооружения: плотины и гидроузлы, водона-
порные башни, резервуары (баки) для жидких продуктов, силосы и
силосные корпуса для хранения сыпучих материалов;

4 - прочие (специальные) сооружения, например, на дорогах -
это мосты, трубы, тоннели, лотки, акведуки (мосты-водоводы), дюке-
ры, путепроводы, эстакады, виадуки; на тепловых электростанциях —
топливные склады, дымовые трубы, водоводы, градирни, золошла-
коотвалы и др.; на гидороэлектростанциях - плотины, судоходные
каналы и шлюзы, судоподъемники, водозаборные, водоспускные и
водопроводящие, лесо- и рыбопропускные сооружения; в системе
водоснабжения - водозаборные и очистные сооружения, насосные
станции, водоводы, резервуары и водонапорные башни, магист-
ральные разводящие сети; в системе канализации - внутридомовая,
бытовая и дождевая (ливневая) канализация, трубы, колодцы и кол-
лектора, насосные станции и очистные сооружения.

Этот перечень можно продолжать и дальше, потому что при взаимодействии человека с окружающей средой возникает необходимость в адаптации к внешним условиям. В результате этого и возникает огромное количество приспособлений в виде сооружений различного назначения.

1.4.3. Конструктивные элементы и схемы зданий

Все здания состоят из объемно-планировочных и конструктивных элементов. Объемно-планировочным элементом называют часть объема здания, ограниченного: 1) высотой этажа, отмеряемой от уровня пола до верха вышележащей конструкции; 2) пролетом - расстоянием между продольными осями горизонтальных несущих конструкций и 3) шагом - расстоянием между поперечными осями вертикальных несущих конструкций зданий. Другими словами, пролет делит здание на части по его ширине, а шаг - по длине (рис. 1.1).

Конструктивными основными элементами зданий являются: фундаменты, стены, колонны, перекрытия, крыша, лестницы, перегородки, окна и двери.

Рис. 1.1. Основные элементы зданий:

/ - фундамент; 2 - несущие продольные стены; 3 - перекрытия;

4 - перегородки; 5 - стропильная система крыши; 6 - кровля;

7 - лестницы; 8 -- оконные и дверные проемы

Фундаменты - подземные конструкции, предназначенные для передачи нагрузки от несущих элементов здания на основание, естественный или искусственно уплотненный грунт.

Стены - это наружные вертикальные ограждения здания или внутренние вертикальные элементы, разделяющие его по длине и ширине на отдельные помещения.

Колонны (столбы) - опоры, которые служат для поддержания горизонтальных элементов здания, внутренних и наружных ограждений передачи нагрузок от них через фундамент на основание.

Перекрытия — горизонтальные конструкции, которые разделяют здание по высоте на этажи, несут собственный вес и воспринимают основные нагрузки, возникающие при эксплуатации здания, например, вес людей, оборудования, мебели и т. п.

Крыша - верхнее ограждение здания, которое состоит из водонепроницаемой оболочки, называемой кровлей, и специальной конструкции, ее поддерживающей, называемой стропильной системой или чердачным перекрытием.

Лестницы - это вертикальные коммуникации здания, служащие для сообщения между этажами. По противопожарным соображениям лестницы огораживаются несгораемыми стенами. Пространство внутри этих стен называют лестничными клетками.

Перегородки - это легкие стены, устанавливаемые на перекрытия и предназначенные для разделения внутреннего пространства здания на отдельные помещения.

Окна и двери - это проемы в наружных и внутренних стенах здания. Окна являются прозрачными ограждающими конструкциями здания и предназначены для естественного освещения помещения. Дверь служит для изоляции помещения и связи между ними.

Части здания, воспринимающие все виды нагрузок, как внутренних, так и внешних, называют несущими. Фундаменты, колонны, перекрытия и стены, как правило, относятся к несущим конструкциям и составляют несущий остов здания. Другие части здания, защищающие его помещения от воздействия внешней среды или разделяющие помещение, называют ограждающими.

В зависимости от несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий - с несущими стенами и каркасные (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Конструктивные схемы зданий:

а - с продольными несущими стенами; б - с поперечными несущими стенами; в - с общим каркасом; г - с внутренним несущим каркасом

Первая схема представляет собой конструкцию, объединяющую наружные и внутренние стены в единый стеновой остов. Этот остов воспринимает все нагрузки и является не только несущей, но и ограждающей конструкцией здания. Устойчивость несущего остова обеспечивается устойчивостью стен, жесткостью перекрытий и прочностью связей между отдельными элементами конструкции. Здания могут быть с продольными и поперечными несущими стенами. Число продольных несущих стен может быть от 2 до 4 и более в зависимости от планировки здания. Толщина и свободная длина этих стен определяется расчетом прочности и устойчивости, а также теплозащитными свойствами. Стены могут быть кирпичными, блочными или крупнопанельными. При этом высота зданий с таким остовом не должна превышать девять этажей.

Главное преимущество схемы с поперечными несущими стенами заключается в том, что они не должны обладать теплозащитными свойствами, так как находятся внутри здания, и поэтому могут быть возведены из высокопрочных материалов, например, железобетона. При этом наружные стены, как ненесущие, могут быть возведены из теплоизоляционных, но малопрочных материалов. На практике часто осуществляется смешанная конструктивная схема, в которой несущими являются как продольные, так и поперечные стены.

В каркасных зданиях нагрузки воспринимаются системой вертикальных стоек-колонн, расположенных по периметру и внутри здания, а также системой горизонтальных связей в виде балок, прогонов, ригелей, перекрытий. Все эти элементы должны быть связаны между собой в виде этажерки. Поэтому устойчивость каркасных зданий обеспечивается надежностью соединения всех элементов несущего каркаса. Главное преимущество каркасной схемы состоит в том, что каркас воспринимает все нагрузки, а стены выполняют лишь функции ограждения. Поэтому каркас делают из железобетона и металла, а стены - из легких материалов с высокими теплозащитными свойствами.

Достаточно широко применяется и схема с неполным или внутренним каркасом, которая представляет систему, состоящую из фундамента, продольных наружных стен, одного или нескольких продольных рядов внутренних колонн, связанных ригелями, перекры-

тиями и покрытиями. В практике строительства гражданских зданий встречается конструктивная схема, состоящая из объемно-пространственных элементов (деталей). Из этих деталей-блоков дом собирается как из кубиков.