Элементы и конструктивные схемы зданий.

Основными конструктивными элементами гражданского здания (например, жилого) являются: фундаменты, стены и столбы, перекрытия, крыша, лестница, перегородки, окна и двери.

Фундаменты предназначаются для передачи постоянных и временных нагрузок на грунт. Они являются подземными элементами здания и устраиваются под стенами и столбами.

Плоскость, которой фундамент опирается на грунт, называется подошвой фундамента. Грунт, на который передается нагрузка от фундамента, называется основанием.

Основание должно обладать достаточной прочностью, т.е. до определенных пределов отличаться малой сжимаемостью при его загружении.

Стены по своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Кроме того, различают несущие и ненесущие стены. Несущие стены обычно называются капитальными (независимо от степени их капитальности; термин «капитальность» в данном случае применяется в смысле основные, главные, более массивные); они непосредственно опираются на фундаменты и являются главнейшим элементом здания. Ненесущие стены называются обычно перегородками и служат для деления в пределах этажа больших, ограниченных капитальными стенами помещений на наиболее мелкие, для опирания таких перегородок не требуется устройства фундаментов.

Столбы  также являются несущими элементами, опирающимися на фундамент, и устраиваются там, где оказывается необходимым передать вертикальную сосредоточенную нагрузку на стену, фундамент или грунт.

Нижняя часть наружной стены или наружного столба называется цоколем. Он находится в особо неблагоприятных условиях, так как подвергается воздействию брызг от падающих на землю капель дождя и талой воды при таянии прилегающего к нему снежного покрова. Эта влага смачивает материал цоколя и, замерзая при понижении температуры, способствует разрушению внешней поверхности цоколя. Поэтому цоколь следует делать из влаго- и морозостойких материалов.

Цоколь имеет также архитектурное значение, так как, несколько выступая за плоскость стены, создает ощущение большей устойчивости здания. Верхний уступ (обрез) цоколя примерно располагается на уровне приподнятого над поверхностью земли пола первого этажа и тем самым подчеркивает начало используемого по основному назначению объема здания. Иногда ниже пола устраивается подполье, предохраняющее конструкции здания от непосредственного воздействия влаги, которое может быть при наличии близ поверхности земли грунтовых вод. В этом случае цоколи являются наружными стенами, ограждающими подполье. Обычно вместо подполья устраиваются ниже пола первого этажа подвальные, частично заглубленные в землю помещения или этажи, называемые подвалом.

Деление зданий на каменные и деревянные является условным, и в качестве признака для такого деления принимается материал наружных стен. Здание, которое имеет каменные фундаменты и стены при всех прочих конструктивных основных элементах, сделанных, например, из дерева, считается каменным.

Стены и частично фундаменты являются не только несущими, но и ограждающими конструкциями, так как они образуют объемы помещения и ограждают (изолируют) эти объемы от внешней среды.

Поэтому наружные ограждающие конструкции отапливаемых зданий должны не только удовлетворять требованиям прочности и устойчивости, но и обладать соответствующими теплозащитными качествами. Они определяются толщиной конструкции и теплозащитными свойствами ее материала. Чем выше теплозащитные качества, тем ниже расход топлива на отопление здания, но больше стоимость конструкции. Поэтому при проектировании приходится находить экономически целесообразное соотношение единовременных затрат и эксплуатационных расходов на отопление.

Требуемый минимум теплозащитных качеств определяется также санитарно – гигиеническими требованиями:

1. температура на внутренней поверхности наружной стены не должна быть много ниже температуры воздуха в помещении, во избежание так называемой «холодной» отрицательной радиации – ощущение, которое может испытывать человек при значительной разнице температур на поверхности стены и воздуха помещения;

2. температура на внутренней поверхности наружной стены должна быть выше точки росы во избежание образования на ней конденсации водяных паров воздуха помещения, последующего увлажнения материала, ухудшения теплозащитных качеств конструкции и образования плесени.

Если температура внутренней поверхности наружной стены понижается до 0 градусов и ниже, то конденсат превращается в иней или лед и наступает явление, называемое промерзанием ограждения.

Наряду с теплозащитными наружные ограждения должны удовлетворять также ряду других физико – технических требований, которые оказывают влияние на состояние (на температурно – влажностный режим) отдельных ограждений и всего здания целом. Факторами, определяющими эти требования, являются: воздухопроницаемость и паропроницаемость.

Большинство строительных материалов и конструкций являются в той или иной степени воздухопроницаемыми в результате пористости и наличия неплотностей (щелей, пустот, отверстий) в конструкции. Через них из – за разности давлений (особенно при ветре) в помещение может проникать холодный воздух, который при значительной интенсивности вызывает у людей ощущения дутья. С другой стороны, воздухопроницаемость способствует осушению конструкции. Следовательно, воздухопроницаемость должна быть ограничена разумными пределами.

Поскольку наружное ограждение разделяет две среды с разными температурами (особенно в зимнее время), возникает разность парциальных давлений водяных паров, содержащихся в воздухе. Водяные пары, содержащиеся в воздухе помещения и обладающие более высокой упругостью, двигаются через ограждающую конструкцию наружу и при известных условиях могут увлажнять конструкцию, снижая ее физико – технические качества. Поэтому при проектировании ограждения должны учитываться и процессы паропроницаемости.

Наружные ограждения конструкции, удовлетворяющие теплозащитным требованиям, обычно отвечают требованиям изоляции помещения от внешних шумов.

Перекрытия имеют своим назначением «перекрывать» этаж здания на отдельные этажи. Перекрытия делятся в зависимости от их месторасположения в здании на следующие виды:

 междуэтажные – между двумя смежными по высоте этажами;

 чердачные – между верхним этажом и чердаком;

 подвальные – между первым этажом и подвалом;

 нижние – между первым этажом и подпольем.

Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на капитальные стены или столбы и воспринимающие передаваемые на них постоянные и временные нагрузки.

К перекрытиям чердачным и над неотапливаемыми подвалами предъявляются также теплозащитные требования, подобные требованиям к стенам. Междуэтажные перекрытия должны обладать надежными звукоизоляционными качествами.

Фундаменты, стены, столбы и перекрытия являются основными несущими элементами здания и образуют собой остов здания в виде пространственной системы (сочетания) вертикальных и горизонтальных несущих элементов.

Конструкция перекрытий «несет», как уже упоминалось, собственный вес и временную нагрузку. Стены и столбы воспринимают вертикальную нагрузку от опирающейся на них крыши; эта нагрузка состоит из собственного веса конструкции крыши и из веса лежащего на ней снега. Помимо этого стены и столбы несут свой собственный вес и вертикальную нагрузку от опирающихся на них перекрытий; кроме того, стены и крыша воспринимают также горизонтальное давление ветра.

Для того чтобы остов здания был устойчив, он должен обладать необходимой жесткостью. Это достигается устройством продольных и капитальных поперечных стен, образующих обычно замкнутые в плане контуры (коробки) с достаточно прочными сопряжениями в углах и местах пересечений. Кроме того, жесткость обеспечивается наличием перекрытий, которые, являясь жесткими горизонтальными «диафрагмами», как бы расчленяют остов на ярусы. Эти диафрагмы воспринимают горизонтальные усилия и, будучи прочно сопряжены со стенами, повышают их устойчивость против продольного изгиба.

Остов здания определяет его так называемую конструктивную схему.

В последнее время в связи с развитием крупноэлементного строительства и заводского домостроения возникли новые конструктивные схемы, в которых остов здания образуется коробчатыми элементами из изготовленных на заводе пространственных коробок, представляющих готовую комнату (блок - комната), из которых собирается здание. При этом возможны смешанные решения, при которых блок – комнаты комбинируются с плоскими элементами – панелями.

Крыша – предназначается для предохранения помещений здания от атмосферных осадков и состоит из двух основных элементов: несущей части – стропил и наружной оболочки – кровли, непосредственно подвергающейся воздействию атмосферных осадков и иных климатических явлений. Кровля состоит из водонепроницаемого так называемого водоизоляционного ковра и основания (обрешетки, настила). Материал водоизоляционного ковра характеризует крышу и кровлю в целом, так как требование прочности касается преимущественно стропил, обрешетки и настила, а такие основные качества крыши, как водонепроницаемость, невозгораемость и малый вес, зависят главным образом от материала водоизоляционного ковра. Плоскостям крыш (скатам) придают соответствующий уклон для стока дождевых и талых вод. Крутизна уклона зависит от гладкости поверхности кровель и от количества и плотности сопряжений стыков на ней. Чем глаже материал, чем меньше сопряжений на поверхности крыши и чем он плотнее (в отношении водонепроницаемости), тем более пологими могут быть скаты крыши. Указанные требования в отношении уклона скатов крыши диктуются тем, что при наличии значительного количества не вполне плотных стыков необходимо обеспечить по соображениям водонепроницаемости возможно большую скорость стекающей воды. Кроме того, скаты крыши воспринимают давление ветра, и при значительных уклонах скатов уменьшается опасность задувания стекающей воды в неплотности стыков.

Лежащий а скатах крыши снег во время оттепелей насыщается в своих нижних слоях талой водой, и тем самым создаются благоприятные условия для проникания ее в неплотности стыков; протечки в кровлях особенно часто наблюдаются в весенние месяцы. Опасность талого «протекания» (вследствие образующегося гидростатического давления) уменьшается с увеличение уклона крыши. Таким образом, крутые крыши в отношении водонепроницаемости являются, вообще говоря, более надежными, однако с увеличением уклона крыши возрастают площадь кровли и объем чердака.

Для освещения и проветривания чердаков делаются слуховые окна, которые используются также для выхода из чердака на крышу.

Стропила опираются своими составными элементами на наружные и внутренние стены здания и состоят из следующих основных элементов: стропильные балки, коньковый прогон, стойки и подкосы (стропильная балка иногда называется «стропилом» или «стропильной ногой»).

Кроме скатных крыш широко применяются плоские крыши с минимальными уклонами, обеспечивающими отвод воды. К кровлям плоских крыш предъявляются очень высокие требования в отношении водонепроницаемости. Если поверхность кровли ровная и гладкая и крыша не имеет выступов и надстроек, снег обычно сдувается очень легко ветром. Под плоскими крышами иногда устраивается невысокий чердак – технический этаж, используемый для размещения различных устройств инженерного оборудования здания и предохраняющий помещения верхнего этажа от протечек в случае нарушения герметичности кровельного ковра. Крыша, совмещенная с перекрытием верхнего этажа, называется совмещенной крышей, или покрытием.

Хорошо выполненные плоские совмещенные крыши дешевле скатных как в строительстве, так и в эксплуатации. Кроме того, плоские крыши можно использовать в качестве площадок для отдыха, игровых площадок и других целей.

Лестницы относятся к составным частям многоэтажных зданий и служат для сообщения между этажами. Помещения, в которых располагаются лестницы, называются лестничными клетками. Конструкция лестниц в основном состоит из маршей (наклонных плоскостей со ступенчатыми поверхностями) и площадок, которые соединяются между собой маршами. Для безопасного хождения марши ограждаются перилами (балясником). Особенно важное значение приобретают лестницы в случае пожара, когда возникает необходимость возможно быстрой и безопасной эвакуации людей, находящихся в здании. Отсюда вытекают основные требования, которые должны соблюдаться при проектировании лестниц: огнестойкость, прочность, устойчивость и такое расположение лестниц в здании, которое обеспечивает наиболее удобный и быстрый выход из них во время пожара. Кроме того, следует учитывать опасность задымления лестничных клеток во время пожара, так как это затрудняет или делает невозможным пользование лестницей.

Окна устраиваются для освещения и проветривания (вентиляции) помещений и состоят из оконных отверстий в стенах, называемых оконными проемами, оконных рам или коробок и заполнения проемов, называемого оконными переплетами.

Основные требования к окнам, которые должны соблюдаться при их проектировании и конструировании, - пропускать свет в помещения в соответствии с требующейся степенью освещенности помещений в зависимости от их назначения и размеров. В качестве показателя освещенности обычно принимается отношение площади окон к площади пола данного помещения. Окна являются наружным ограждением. Следовательно, при их конструировании необходимо также учитывать требования, предъявляемые к наружным стенам. Т.е. теплозащитные качества, воздухопроницаемость (продувание) и т.п.

Подоконник располагается обычно на 850мм выше уровня пола с тем, чтобы поставленный перед окном стол е мешал открыванию внутрь помещения оконных переплетов.

В многоэтажных зданиях оконные проемы этажей располагаются на поверхности стен друг над другом по одной оси. В этом случае нагрузка, передающаяся на наружные стены, воспринимается межоконными простенками.

Перегородки относятся к внутренним стенам, но не являются составной частью несущего остова. Они не воспринимают вертикальных нагрузок, и их без нарушения конструктивной целостности здания можно удалять или переносить на другое место.

Характерными, предъявляемыми к перегородкам требованиями, являются надлежащие звукоизоляционные и такие конструктивные качества, при которых затрудняется размножение в них разного рода микроорганизмов, насекомых и грызунов.

Одни и те же конструктивные элементы характерны для гражданских и промышленных зданий, хотя отличающихся одно от другого по свей структуре. Промышленные здания бывают одноэтажные и многоэтажные.

Одноэтажное здание, как правило, имеет каркас, состоящий из колон (столбов), расположенных рядами, на которые в поперечном направлении уложены несущие конструкции покрытия (стропила). В зданиях, где установлено тяжелое оборудование или производятся изделия значительного веса, устраиваются мостовые краны или другие виды подъемно – транспортного оборудования. Для мостовых кранов на колоннах каркаса делаются выступы, служащие опорами для подкрановых балок, на которые укладываются специальные рельсы для движения крана вдоль здания. Одноэтажные промышленные здания обычно не имеют подвалов и чердаков. Поверх несущих конструкций покрытия располагаются его ограждающие конструкции с кровлей. Пол располагается непосредственно на грунте. Расстояние между двумя параллельными рядами колонн называется пролетом. Величина пролетов обычно составляет от 12 до 36 м. однако в зданиях, где производятся крупногабаритные изделия, размер пролета может быть значительно больше (60, 72, 84 м). Если здание имеет несколько пролетов, оно называется многопролетным. В этом случае для освещения естественным светом средних пролетов и вентиляции на покрытии устраивается фонарь – выступающий выше кровли каркас с открывающимися остекленными ограждающими конструкциями.

Если по условиям технологического процесса допускается работа при искусственном свете и искусственной вентиляции, фонари не устраиваются.

Многоэтажные промышленные здания также в качестве несущего остова обычно имеют каркас, состоящий из колонн и прогонов, по которым укладываются конструкции перекрытий. Так как необходимое технологическое оборудование устанавливается на междуэтажные перекрытия, то пролеты обычно не превышают 12 м во избежание значительного усложнения конструкций. По этим же соображениям многоэтажные промышленные здания предназначаются для производств с относительно легким оборудованием (электротехническая, легкая, машиностроительная, текстильная промышленность и пр.), в то время как в одноэтажных зданиях в этом отношении никаких ограничений нет, и они используются для металлургической промышленности, тяжелого машиностроения и т.д. В многоэтажных зданиях обычно устанавливаются технические этажи и часто подвалы для размещения различных вспомогательных помещений и устройств.

При использовании естественного освещения общая ширина многоэтажных зданий ограничивается и обычно не превышает 36 м.

http://www.stroi-dom.net/s_text311/s_text317.html

www.art-con.ru/node/1013

elib.volbi.ru/books/load.php?id=585