совокупность научных дисциплин (разделов прикладной физики (См. Физика)), рассматривающих физические явления и процессы, связанные со строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, и разрабатывающих методы соответствующих инженерных расчётов.
Основными и наиболее развитыми разделами С. ф. являются Строительная теплотехника, Строительная акустика, строительная светотехника (см. Светотехника), изучающие закономерности переноса тепла, передачи звука и света (т. е. явлений, непосредственно воспринимаемых органами чувств человека и определяющих гигиенические качества окружающей его среды) с целью обеспечения в зданиях (сооружениях) необходимых температурно-влажностных, акустических и светотехнических условий. Получают развитие и др. разделы С. ф. — теория долговечности строительных конструкций и материалов, строительная климатология, строительная аэродинамика. Вопросы прочности, жёсткости и устойчивости зданий и сооружений рассматриваются в особом разделе прикладной физики — строительной механике (См. Строительная механика).
Клуб «Физика в строительстве»
При решении задач С. ф. используются: теоретические расчёты на основе устанавливаемых общих закономерностей; методы моделирования (См. Моделирование), с помощью которых исследуемые процессы воспроизводятся или в измененном масштабе, или на базе известных аналогий; лабораторные испытания элементов конструкций (например, в камерах искусственного климата); натурные наблюдения и измерения в сооруженных объектах. Развитие С. ф. обеспечивается наличием теоретических и экспериментальных данных современной физики и физической химии (См. Физическая химия).
Данные С. ф. служат основой для рационального проектирования строительных объектов, обеспечивающего соблюдение требуемых эксплуатационных условий в течение заданного срока их службы. Разрабатываемые в С. ф. методы расчёта и испытаний позволяют дать оценку качеству строительства (как на стадии проектирования, так и после возведения зданий и сооружений).
Становление С. ф. как науки относится к началу 20 в. До этого времени вопросы С. ф. обычно решались инженерами и архитекторами на основе практического опыта. В СССР первые научные лаборатории этого профиля были организованы в конце 20-х — начале 30-х гг. при Государственном институте сооружений (ГИС) и Центральном научно-исследовательском институте промышленных сооружений (ЦНИПС).
В последующие годы важнейшие научно-исследовательские работы по основным разделам С. ф. были сосредоточены в Институте строительной техники (ныне — Строительной физики институт). Особенно интенсивное развитие С. ф. получила в связи со значительным увеличением объёмов строительства различных по назначению зданий с применением индустриальных облегчённых конструкций и новых материалов, требующих предварительной оценки их свойств.
Советскими учёными впервые были разработаны теория теплоустойчивости ограждающих конструкций (См. Ограждающие конструкции) зданий (О. Е. Власов), методы расчёта влажностного состояния конструкций (К. Ф. Фокин) и их воздухопроницаемости, выполнен ряд др. фундаментальных исследований по важнейшим проблемам С. ф., имеющим большое значение для современного строительства.
Фермы и мосты
Расширение масштабов полносборного строительства (См. Полносборное строительство) потребовало проведения комплексных исследований в области долговечности (См. Долговечность) строительных конструкций и материалов.
Происходящие в конструкциях процессы неустановившегося, изменяющегося по направлению теплообмена и, в гораздо большей степени, явления перемещения и замерзания влаги вызывают постепенное изменение структурно-механических свойств материалов, что проявляется в их набухании, усадке, образовании микротрещин и постепенном необратимом разрушении. Температурные напряжения при неустановившемся теплообмене, фазовые переходы и особенно объёмно-напряжённое состояние материалов (при неравномерном распределении влаги) являются основными причинами процесса постепенного нарушения прочности строительных конструкций и в значительном мере определяют их долговечность. Чрезмерное увлажнение материалов и конструкций содействует их ускоренному разрушению от мороза, коррозии, биологических процессов (см. Морозостойкость, Влагостойкость).
Расчётные методы С. ф., а также основные положения физико-химической механики (См. Физико-химическая механика), изучающей влияние физико-химических процессов на деформации твёрдых тел, являются необходимым фундаментом для создания материалов с заданными свойствами и развития теории долговечности, особенно важной при массовом применении новых материалов и облегчённых индустриальных конструкций, не проверенных опытом многолетней эксплуатации. Структурно-механические свойства строительных материалов (бетонов, кирпича и др.) зависят от процессов переноса тепла и влаги при обжиге, сушке, тепловлажностной обработке. Изменяя режимы технологических процессов в соответствии с закономерностями целесообразного переноса тепла и вещества, можно существенно повысить качество материалов. Т. о., расчётные методы С. ф. служат научной основой и для совершенствования технологии производства строительных материалов и изделий.
Разработка методов инженерного расчёта долговременного сопротивления конструкций зданий разрушающим физико-химическим воздействиям внутренней и наружной атмосферы связана с необходимостью изучения закономерностей изменения внутреннего микроклимата помещений и внешних климатических условий. Внешние воздействия на здания и их конструкции рассматриваются самостоятельным разделом С. ф. — строительной климатологией, развивающейся на основе достижений физики атмосферы и общей климатологии (См. Климатология). В большинстве случаев воздействие климата является комплексным (совместное влияние температуры и ветра, осадков и ветра и т.п.). Интенсивному развитию строительной климатологии способствует увеличение объёмов строительства в разнообразных климатических условиях.
Отдельным разделом С. ф., изучающим воздействие на здания и сооружения ветра и др. потоков воздуха, возникающих при разности температур и давлений, является строительная аэродинамика. Учёт распределения аэродинамических давлений на внешних поверхностях важен для проектирования естественной и искусственной (механической) вентиляции, предотвращения местных снежных заносов (например, на кровле здания), а также для установления ветровых нагрузок на здания и сооружения. Особенности внутреннего климата помещений зависят от их размещения в здании и аэродинамических характеристик последнего, поскольку распределение температур и влажности в помещениях связано с условиями естественного воздухообмена. Изучение аэродинамических характеристик объектов строительства с различными геометрические очертаниями и объёмами позволяет обеспечить хорошие эксплуатационные качества производственных и общественных зданий, а также установить рациональные типы городской застройки при различных климатических условиях.
Перспективы дальнейшего развития С. ф. связаны с использованием новых средств и методов научных исследований. Так, например, структурно-механические характеристики материалов и их влажностное состояние в конструкциях зданий изучаются с помощью ультразвука, лазерного излучения, гамма-лучей, с применением радиоактивных изотопов и т.д. При создании эффективных средств отопления и кондиционирования воздуха, а также ограждающих конструкций, характеризующихся малыми потерями тепла, находит применение полупроводниковая техника. Распределение температур на поверхностях конструкций, в воздушной среде помещений и потоках воздуха исследуется методами моделирования и термографии (См. Термография) на основе закономерностей интерференции света при различном тепловом состоянии среды.
Лит.: Строительная физика. Состояние и перспективы развития, М., 1961; Ильинский В. М., Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физико-климатических воздействий), 2 изд., М., 1964; Реттер Э. И., Стриженов С. И., Аэродинамика зданий, М., 1968. См. также лит. при статьях Строительная теплотехника, Строительная акустика, Светотехника.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Источник: dic.academic.ru
Лекция №2. 1. Основы строительной физики
При архитектурно-строительном проектировании зданий и помещений решают задачи, связанные с явлениями и законами физики. Эти задачи определяют назначение строительной физики, с помощью которой разрешаются вопросы, возникающие в строительной практике. В строительную физику входят теплофизика, звукоизоляция, инсоляция и другие ее элементы.
1.1. Элементы теплотехники.
Тепловая защита здания- теплозащитные свойства совокупности ограждающих конструкций здания, обеспечивающие заданный уровень расхода тепловой
энергии (теплопоступлений) зданием с учетом воздухо-обмена помещений не выше допустимых пределов, а также их воздухопроницаемость и защиту от переувлаж-
нения при оптимальных параметрах микроклимата помещений.
Тепловой режим здания- совокупность всех факторов и процессов, формирующих тепловой внутренний микроклимат здания в процессе эксплуатации
Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций выражает способность конструкций сопротивляться прохождению через них теплоты.
где aв — коэффициент теплоотдачи около внутренней поверхности конструкции, Вт/(м 2 × 0 С);
aн — коэффициент теплоотдачи около наружной поверхности конструкции, Вт/(м 2 × 0 С);
RК — термическое сопротивление ограждающей конструкции, м 2 × 0 С/Вт.
Термическое сопротивление для однослойной однородной ограждающей конструкции определяется по следующей формуле:
где d — толщина слоя, м;
l — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м × 0 С).
Если конструкция многослойная, то RК следует определять как сумму термических сопротивлений слоев
Конструкция считается с точки зрения теплотехники пригодной для применения, если сопротивление теплопередачи всей конструкции больше или равно требуемому значению сопротивления теплопередачи ,
Для жилых и общественных зданий конструкций следует определять согласно с ДБН. Для промышленных зданий нормативное значение сопротивления находится по формуле
де n – коэффициент, который принимается в зависимости от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху (СНиП II-3-79**);
Dt н – нормативный температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, 0 С
tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, 0 С.
Распределение температур в толщине конструкции (tх) на расстоянии х от внутренней поверхности может быть найдено, зная термические сопротивления слоев конструкции.
Влажностный режим ограждающих конструкций оказывает существенное влияние на их теплотехнические качества.
Повышение влажности приводит к ухудшению их эксплуатационных качеств, поэтому не следует применять в наружных ограждениях конструкции и материалы, имеющие повышенную влажность. В период эксплуатации здания необходимо обеспечить требуемый влажностный режим ограждающих конструкций, предохранения их от увлажнения.
1.2. Элементы звукоизоляции
Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц. Избыточное давление в воздушной среде, возникающее при возбуждении звуковых колебаний, называется звуковым давлением р, МПа. Восприятие звука ограничено в пределах между значением порога слышимости (ро=2×10 -5 Па) и болевого порога (р=20 Па).
. Шумовое воздействие на человека характеризуется уровнем силы звука:
По условиям возникновения и распространения шум различают воздушный и ударный. Воздушный шум возникает и передается по воздушной среде, ударный возникает и распространяется по конструктивным элементам здания. Конструктивные элементы вследствие вибраций могут излучать воздушные шумы, причиной возникновения которых является ударный шум.
Борьба с шумом – одна из необходимых задач при проектировании и строительстве здания. Можно предложить следующие меры по ограничению внутренних шумов: применение мало- и бесшумного оборудования, усовершенствование существующих машин и механизмов; максимальную локализацию шума непосредственно у источников; поглощение возникающего шума звукопоглощающей отделкой или перегородкой; группировку помещений по их шумности.
Внешний шум может быть ограничен планировочными решениями, задерживающими его распространение по территории; учетом господствующих ветров в борьбе с формированием шумового поля на застраиваемых территориях; устройством шумозащитных экранов путем использования зеленных насаждений, рельефа местности, инженерных сооружений; применением усовершенствованных покрытий дорог и вынесением магистралей в шумобезопасные зоны.
1.3. Элементы светотехники
При проектировании освещения помещений строящихся и реконструируемых зданий и сооружений различного назначения надлежит соблюдать нормы, приведенные в ДБН. Проектирование естественного освещения помещений заключается в целесообразном выборе размеров, форм и расположения световых проемов, создающих необходимые благоприятные условия освещенности помещений.
Критерием оценки световой среды является освещенность (Е) – поверхностная плотность светового потока, определяемая соотношением:
где F – величина светового потока, лм;
S – площадь участка поверхности, на которую распределяется световой поток, м 2 .
Это удобно применять при расчетах искусственного освещения. Для дневного света применяют коэффициент естественного освещения (КЕО):
где Ев – освещенность расчетной точки внутри помещения, лк;
Ен – освещенность точки под открытым небосводом, лк.
Порядок расчетного определения площади светопроемов:
1. Определение требований к естественному освещению помещений;
2. Определение нормативного значения КЕО по разряду преобладающих в помещении зрительных работ;
3. Выполнение расчета естественного освещения;
4. Сравнение расчетного с нормативным значением КЕО и внесение изменений в площади светопроемов и повторный расчет (при необходимости).
Нормативное значение КЕО (ен) определяется по формуле:
где ен III – нормативное значение КЕО для зданий, располагаемых в III поясе светового климата;
m – коэффициент светового климата;
с – коэффициент солнечного климата.
Полученные значения по этой формуле следует округлять до десятых долей.
Расчетное значение КЕО может отличаться от нормативного не более чем на ±10%
Расчетное значение КЕО для боковых проемов определяется по формуле:
где eб – геометрический КЕО в расчетной точке;
q – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость неба при сплошной облачности;
eзд – геометрический КЕО в расчетной точке, учитывающий свет, отраженный от противостоящих зданий;
R – коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания;
r1 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;
t0 – общий коэффициент светопропускания оконного заполнения;
Кз – коэффициент запаса.
где n1 и n2 – количество лучей, проходящих через оконный проем, определяемое соответственно, по графику Данилюка I и II.
Расчетное значение КЕО для верхних проемов определяется по формуле:
где eв – геометрическое КЕО в расчетной точке при верхнем освещении;
eср – среднее значение геометрического КЕО при верхнем освещении;
r2 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при верхнем освещении, благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения;
Кф – коэффициент, учитывающий тип фонаря.
где n3 и n2 – количество лучей, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы, определяемое соответственно, по графику Данилюка III и II.
1. Архитектура: Учеб. для студентов сантехн. специальностей строит. вузов / Орловский Б.Я., Магай А.А., Бабаян Г.А., Сербинович П.П.; Под ред. Б.Я. Орловского.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1984.- с. 51 – 66.
2. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Учебник для вузов. В 5 т. Под общ. ред. В.М. Предтеченского. Т. II.
Основы проектирования. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1976. с. 22 – 26, 70 – 75, 97 – 106, 169 – 176.
3. Сербинович П.П. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания массового строительства. Учеб. для строительных вызов. Изд. 2-е, испр. и доп.
М.: Высшая школа, 1975. с. 15 – 21, 30 – 37, 58 – 62.
4. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1983.- с. 2 – 41.
5. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника. / Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.- с. 4 – 6.
6. СНиП II-12-77. Защита от шума. / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1978.- с. 2 – 21.
7. СНиП II-4-79. Естественное и искусственное освещение / Госстрой СССР.- М.: Стройиздат, 1980.- с. 17 – 18, 38 – 41.
Источник: studopedia.ru
Общая информация
Строительная физика – совокупность научных дисциплин (разделов прикладной физики), рассматривающих физические явления и процессы, связанные со строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, и разрабатывающих методы соответствующих инженерных расчётов. Основными и наиболее развитыми разделами строительной физики являются строительная теплотехника, строительная акустика, строительная светотехника, изучающие закономерности переноса тепла, передачи звука и света (т.е. явлений, непосредственно воспринимаемых органами чувств человека и определяющих гигиенические качества окружающей его среды) с целью обеспечения в зданиях (сооружениях) необходимых температурно-влажностных, акустических и светотехнических условий. Развиваются и другие разделы строительной физики — теория долговечности строительных конструкций и материалов, строительная климатология, строительная аэродинамика. Вопросы прочности, жёсткости и устойчивости зданий и сооружений рассматриваются в особом разделе прикладной физики — строительной механике.
При решении задач строительной физики используются: теоретические расчёты на основе устанавливаемых общих закономерностей; методы моделирования, с помощью которых исследуемые процессы воспроизводятся или в измененном масштабе, или на базе известных аналогий; лабораторные испытания элементов конструкций (например, в камерах искусственного климата); натурные наблюдения и измерения в сооруженных объектах. Развитие строительной физики обеспечивается наличием теоретических и экспериментальных данных современной физики и физической химии.Данные строительной физики служат основой для рационального проектирования строительных объектов, обеспечивающего соблюдение требуемых эксплуатационных условий в течение заданного срока их службы. Разрабатываемые в строительной физике методы расчёта и испытаний позволяют дать оценку качеству строительства (как на стадии проектирования, так и после возведения зданий и сооружений).
Расширение масштабов полносборного строительства потребовало проведения комплексных исследований в области долговечности строительных конструкций и материалов. Происходящие в конструкциях процессы неустановившегося, изменяющегося по направлению теплообмена и, в гораздо большей степени, явления перемещения и замерзания влаги вызывают постепенное изменение структурно-механических свойств материалов, что проявляется в их набухании, усадке, образовании микротрещин и постепенном необратимом разрушении. Температурные напряжения при неустановившемся теплообмене, фазовые переходы и особенно объёмно-напряжённое состояние материалов (при неравномерном распределении влаги) являются основными причинами процесса постепенного нарушения прочности строительных конструкций и в значительном мере определяют их долговечность. Чрезмерное увлажнение материалов и конструкций содействует их ускоренному разрушению от мороза, коррозии, биологических процессов.
Методы строительной физики
Расчётные методы строительной физики, а также основные положения физико-химической механики, изучающей влияние физико-химических процессов на деформации твёрдых тел, являются необходимым фундаментом для создания материалов с заданными свойствами и развития теории долговечности, особенно важной при массовом применении новых материалов и облегчённых индустриальных конструкций, не проверенных опытом многолетней эксплуатации. Структурно-механические свойства строительных материалов (бетонов, кирпича и др.) зависят от процессов переноса тепла и влаги при обжиге, сушке, тепловлажностной обработке. Изменяя режимы технологических процессов в соответствии с закономерностями целесообразного переноса тепла и вещества, можно существенно повысить качество материалов. Таким образом, расчётные методы строительной физики служат научной основой и для совершенствования технологии производства строительных материалов и изделий.
Разработка методов инженерного расчёта долговременного сопротивления конструкций зданий разрушающим физико-химическим воздействиям внутренней и наружной атмосферы связана с необходимостью изучения закономерностей изменения внутреннего микроклимата помещений и внешних климатических условий. Внешние воздействия на здания и их конструкции рассматриваются самостоятельным разделом строительной физики — строительной климатологией, развивающейся на основе достижений физики атмосферы и общей климатологии. В большинстве случаев воздействие климата является комплексным (совместное влияние температуры и ветра, осадков и ветра и т.п.). Интенсивному развитию строительной климатологии способствует увеличение объёмов строительства в разнообразных климатических условиях.
Строительная аэродинамика
Отдельным разделом строительной физики, изучающим воздействие на здания и сооружения ветра и др. потоков воздуха, возникающих при разности температур и давлений, является строительная аэродинамика. Учёт распределения аэродинамических давлений на внешних поверхностях важен для проектирования естественной и искусственной (механической) вентиляции, предотвращения местных снежных заносов (например, на кровле здания), а также для установления ветровых нагрузок на здания и сооружения. Особенности внутреннего климата помещений зависят от их размещения в здании и аэродинамических характеристик последнего, поскольку распределение температур и влажности в помещениях связано с условиями естественного воздухообмена. Изучение аэродинамических характеристик объектов строительства с различными геометрические очертаниями и объёмами позволяет обеспечить хорошие эксплуатационные качества производственных и общественных зданий, а также установить рациональные типы городской застройки при различных климатических условиях.
Источник: www.wikipro.ru