Цели конструирования.

Непрерывно развивающийся процесс возникновения новых типов зданий и сооружений сопровождается развитием соответствующих областей строительной техники и прежде всего конструкций и стройматериалов, как основных средств воплощения всякого архитектурно-строительного замысла в натуре.

В общей взаимосвязанной системе поиска целесообразных конструктивных решений могут быть определены три основных уровня подсистем:

- на 1, высшем уровне в масштабе города, жилого района или микрорайона решается выбор основных типов зданий, их этажность, конструктивные системы, архитектурный облик;

- на 2, промежуточном уровне, определяются типы и конструкции зданий для конкретной площадки строительства, подчинённого общему замыслу;

- на 3 уровне выявляются функциональные связи отдельных элементов зданий между собой, оцениваются условия их работы, выбираются материалы, формы и размеры, конструкции проектируемого элемента.

В итоге весь процесс проектирования отдельных конструктивных элементов здания сводится к выявлению конкретных условий, в которых они находятся в составе здания, на основе оценки всех местных возможностей, к выбору их архитектурно – конструктивных решений, обеспечивающих высокую надёжность и экономичность элемента.

Требования, предъявляемые к конструктивному элементу.

В общем случае к конструктивному элементу здания предъявляются следующие требования:

- прочность и устойчивость , т.е. способность надёжно выдерживать действующие нагрузки и сопротивляться опрокидыванию или сдвигу;


- долговечность, определяемая сроком службы конструкции без потери эксплуатационных качеств, особенно при агрессивных воздействиях;

- огнестойкость, достигаемая приданием конструкции требуемого предела огнестойкости и предела распространения огня, что особенно важно в зданиях, в которых возможно скопление большого числа людей;

-архитектурная выразительность . т.е. придание элементу благоприятного внешнего облика, подчиняющегося общему художественному замыслу здания в целом;

- функциональная целесообразность . достигаемая приданием элементу необходимых изолирующих качеств и обеспечивающих тепловлажностный, акустический и светотехнический комфорт;

- удобство эксплуатации, определяемое возможностью доступа ко всем ответственным местам для системной уборки, осмотра и проведения профилактических работ;

-технологичность, обеспечивающая возможность осуществления строительства высокоиндустриальными методами, не зависящими от природно-климатических условий строительства;

-экономическая целесообразность, определяемая размером приведённых затрат.

Предъявляемые к зданиям эксплуатационные требования, требования долговечности и огнестойкости определяются СНиПами.

Любое здание как искусственно созданная среда оказывает этическое и эстетическое воздействие на человека. Организация внутреннего пространства должна соответствовать этическим требованиям общества. Внешний облик здания, его интерьеры должны формироваться по законам архитектурной композиции.

Принятые конструктивные решения отображаются на чертежах, что является завершающим этапом конструирования.

Классификация гражданских зданий.

Гражданские здания по назначению делятся на жилые и общественные. К жилым домам относят дома квартирного типа; общежития; гостиницы; дома-интернаты и др.

В число общественных входят здания, предназначенные для всех видов социальной и бытовой жизнедеятельности людей. К общественным зданиям, обслуживающим повседневные нужды людей, относятся детские сады, ясли, школы, магазины, кафе, столовые, предприятия бытового обслуживания и т.д. К общественным зданиям эпизодического посещения относят театры и кинотеатры, музеи, крупные рестораны, стадионы, дворцы культуры и спорта.

По этажности различают гражданские здания:

- малоэтажные (до 2-х этажей);

- средней этажности (3-5 этажей);

- повышенной этажности (6-9 этажей);

- многоэтажные (10-25 этажей);

- высотные ( более 25 этажей).

Здания классифицируются по основному материалу стен: каменные, бетонные, железобетонные, металлические, деревянные.

По способу возведения . из мелкоразмерных элементов; из крупноразмерных элементов; монолитные.

По огнестойкости здания подразделяются на пять степеней:

К I степени относят здания, несущие и ограждающие конструкции которых выполнены из камня, бетона или ж/бетона с применением листовых и плитных негорючих материалов.

В зданиях II степени допускается применять незащищенные стальные конструкции покрытий.

В зданиях III степени несущие и ограждающие конструкции выполняются из каменных, бетонных и ж/бетонных материалов с использованием трудногорючих материалов.

К IV степени огнестойкости относятся деревянные здания с защитой от воздействия огня и высоких температур (штукатурка, листовые или плитные негорючие материалы).

К конструкциям зданий Y степени не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня.

Здания классифицируются по долговечности . которая определяется сроком сохранения эксплуатационных качеств основных конструктивных элементов. Здания подразделяются на три степени долговечности: I степень – срок службы более 100 лет; II – в пределах 50-100 лет; III – менее 20 лет.

В зависимости от назначения и значимости здания делят на четыре класса капитальности. Каждому классу соответствует своя степень долговечности, огнестойкости, благоустроенности, качества отделки и степень оснащенности инженерными и санитарно-техническими системами. К первому классу относятся здания, удовлетворяющие повышенным требованиям; ко второму – средним, к третьему и четвертому – средним, пониженным и минимальным требованиям. Здания первого класса не ограничиваются по этажности; предельная этажность зданий второго класса – 9, третьего – 5, четвертого – 2.

Объёмно-планировочная и конструктивная структура зданий.

Объёмно-планировочной структурой здания называется система объединения главных и вспомогательных помещений избранных размеров и формы в единую целостную композицию. По признакам расположения и взаимосвязи помещений различают несколько объёмно-планировочных систем зданий.

Анфиладная система предусматривает непосредственный переход из одного помещения в другое через проемы в их стенах. Эта система позволяет создать здание очень компактной и экономичной структуры в связи с отсутствием или минимальным объёмом коммуникационных помещений. Все основные помещения в здании при анфиладной системе являются проходными, поэтому она применима лишь в зданиях экспозиционного характера – музеях, картинных галереях, выставочных павильонах и др.

Система с горизонтальными коммуникационными помещениями предусматривает связь между основными помещениями через коммуникационные – коридоры или галереи. Это позволяет главные помещения проектировать непроходными. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями широко применяется в проектировании гражданских зданий различного назначения – общежитий, гостиниц, школ, больниц, административных зданий и т.п.

Секционная система заключается в компоновке здания из одного или нескольких однохарактерных фрагментов (секций) с повторяющимися поэтажными планами, причем помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями – лестницей или лестницей и лифтами. Секционная система – основная в проектировании квартирных жилых домов средней и большой этажности.

Зальная система строится на подчинении относительно небольшого числа подсобных помещений главному зальному, которое определяет функциональное назначение здания в целом. Наиболее распространена зальная система в проектировании зрелищных, спортивных и торговых зданий – спортивный зал, крытый плавательный бассейн, кинотеатр, крытый рынок и др. Зальную систему применяют для зданий с одним или несколькими залами.

Атриумная система – с открытым или крытым двором, вокруг которого размещены основные помещения, связанные с ним непосредственно через открытые (галереи) или закрытые (боковые коридоры) коммуникационные помещения. Помимо традиционного использования в южном жилище она широко применяется в проектировании малоэтажных зданий с крупными залами – крытых рынках, музеях, выставках, а также в зданиях школ, многоэтажных гостиниц и административных зданиях. Преимущества системы при открытых дворах – тесная связь между необходимыми по технологической схеме открытыми и закрытыми пространствами.

Смешанная (комбинированная) система, включающая элементы различных систем, встречается преимущественно в многофункциональных зданиях.

Разработка объёмно-планировочного решения осуществляется на основе схемы функциональных процессов, происходящих в здании, при этом следует предусматривать наиболее удобные связи между помещениями и их минимальный объём.

Конструктивной структурой здания называют совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов – фундаментов, стен, перекрытий, крыши и др. выполняющих в здании различные функции.

К конструктивным элементам зданий предъявляются следующие требования: прочность и устойчивость; функциональная целесообразность; долговечность и огнестойкость; архитектурная выразительность; удобство эксплуатации; технологичность; экономическая целесообразность.

Объёмно-планировочная структура зданий.

Внутренний объём здания состоит из пространственных ячеек (помещений) различного назначения, расположенных в определённом порядке. Каждое такое помещение (жилая комната, кухня, лестничная клетка и т.д.) отличается от другой площадью, формой, а иногда и высотой.

Объёмно-планировочное решение – это система размещения помещений в здании. Пространственные ячейки называют объёмно-планировочными элементами. В жилых зданиях такими элементами будут: комнаты, кухни, лестничные клетки и другие помещения, образованные конструктивными элементами этого здания (стенами, перекрытиями и др.).

Этажи – помещения, расположенные между перекрытиями.

В зависимости от местоположения этажей различают. надземные – при расположении пола выше уровня грунта (тротуара), подвальные – при заглублении пола более чем наполовину высоты помещения ниже уровня грунта; полуподвальные (цокольные ) – с заглублением пола (ниже грунта) менее чем на половину высоты помещения; мансардные – с помещениями, расположеными внутри чердака.

Таким образом, объёмно-планировочные элементы разделяют внутреннее пространство зданий на отдельные этажи и помещения.

Объёмно-планировочной структурой здания называется система объединения главных и вспомогательных помещений избранных размеров и формы в единую целостную композицию. По признакам расположения и взаимосвязи помещений различают несколько объёмно-планировочных систем зданий.

Анфиладная система предусматривает непосредственный переход из одного помещения в другое через проемы в их стенах. Эта система позволяет создать здание очень компактной и экономичной структуры в связи с отсутствием или минимальным объёмом коммуникационных помещений. Все основные помещения в здании при анфиладной системе являются проходными, поэтому она применима лишь в зданиях экспозиционного характера – музеях, картинных галереях, выставочных павильонах и др.

Система с горизонтальными коммуникационными помещениями предусматривает связь между основными помещениями через коммуникационные – коридоры или галереи. Это позволяет главные помещения проектировать непроходными. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями широко применяется в проектировании гражданских зданий различного назначения – общежитий, гостиниц, школ, больниц, административных зданий и т.п.

Секционная система заключается в компоновке здания из одного или нескольких однохарактерных фрагментов (секций) с повторяющимися поэтажными планами, причем помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями – лестницей или лестницей и лифтами. Секционная система – основная в проектировании квартирных жилых домов средней и большой этажности.

Зальная система строится на подчинении относительно небольшого числа подсобных помещений главному зальному, которое определяет функциональное назначение здания в целом. Наиболее распространена зальная система в проектировании зрелищных, спортивных и торговых зданий – спортивный зал, крытый плавательный бассейн, кинотеатр, крытый рынок и др. Зальную систему применяют для зданий с одним или несколькими залами.

Атриумная система – с открытым или крытым двором, вокруг которого размещены основные помещения, связанные с ним непосредственно через открытые (галереи) или закрытые (боковые коридоры) коммуникационные помещения. Помимо традиционного использования в южном жилище она широко применяется в проектировании малоэтажных зданий с крупными залами – крытых рынках, музеях, выставках, а также в зданиях школ, многоэтажных гостиниц и административных зданиях. Преимущества системы при открытых дворах – тесная связь между необходимыми по технологической схеме открытыми и закрытыми пространствами.

Смешанная (комбинированная) система . включающая элементы различных систем, встречается преимущественно в многофункциональных зданиях.

Разработка объёмно-планировочного решения осуществляется на основе схемы функциональных процессов, происходящих в здании, при этом следует предусматривать наиболее удобные связи между помещениями и их минимальный объём.

Конструктивной структурой здания называют совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов – фундаментов, стен, перекрытий, крыши и др. выполняющих в здании различные функции.

К конструктивным элементам зданий предъявляются следующие требования: прочность и устойчивость; функциональная целесообразность; долговечность и огнестойкость; архитектурная выразительность; удобство эксплуатации; технологичность; экономическая целесообразность.

Естественные и искусственные основания

Фундаменты вместе с грунтовым основанием в значительной мере оказывают влияние на прочность и устойчивость здания.

Толщину грунта, залегающую под фундаментом и воспринимающую нагрузку от здания, называют естественным основанием . Если природный массив грунта не способен воспринимать нагрузки от возводимого здания и требует работ по его усилению, то такое основание называют искусственным .

При возведении зданий на естественном основании:

-грунты, залегающие в толще этого основания, должны иметь небольшую и равномерную сжимаемость. Это обусловлено тем, что в естественном состоянии между частицами грунта имеются неплотности (зазоры), уменьшающиеся под воздействием нагрузки. Уплотнение грунтов под нагрузкой вызывает равномерную осадку здания, не представляющую для него опасности. Однако значительная и неравномерная сжимаемость грунтов может вызвать повреждение и даже разрушение здания;

-грунты должны иметь достаточную несущую способность. Их физико-механические свойства определяют при инженерно-геологическом исследовании площадки строительства;

-грунты не должны иметь пучинистых свойств. Известно, что при замерзании грунты увеличиваются в объёме, а при оттаивании уменьшаются. Это приводит к неравномерной осадке здания и появлению в нём деформационных трещин;

-грунты должны противостоять воздействию грунтовых вод, которые растворяя некоторые породы, выносят из их толщи мельчайшие частицы. В результате появляется пористость основания, которая снижает его несущую способность.

При возведении зданий наибольшую опасность представляет деформация основания. Коренное изменение структуры залегающих грунтов под воздействием нагрузки от здания, называют их просадкой. Просадка возможна и при недостаточной толщине плотных грунтов, т.е. если ниже залегает массив рыхлых грунтов.

При наклонном залегании грунтов на косогорах под действием нагрузок от здания возможен оползень, т.е. сползание залегающего массива основания.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

В качестве оснований могут быть использованы различные грунты:

скальные – в виде сплошного или трещиноватого массива из кварцитов, известняков, песчаников и других каменных пород. Такие грунты практически несжимаемы, не подвержены пучению, водоустойчивы и являются идеальным основанием;

крупнообломочные – в виде слоёв крупного камня (валунов), гальки. Эти грунты малосжимаемы, непучинисты, водоустойчивы и представляют собой хорошее основание;

песчаные . В зависимости от размера частиц пески подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Гравелистые, крупные и средней крупности пески под нагрузкой быстро уплотняются, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надёжным основанием. Мелкие и пылеватые пески при увлажнении и последующем замерзании становятся пучинистыми. Несущая способность их при увлажнении уменьшается. Пылеватые пески в водонасыщенном состоянии становятся неспособными воспринимать нагрузки;

глинистые, в сухом или маловлажном состоянии способные воспринимать значительные нагрузки. Однако при увлажнении их несущая способность снижается. Такие грунты отличаются длительной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании;

лессовидные в естественном состоянии имеют поры в виде вертикальных трубочек, различаемых невооружённых глазом. Такие грунты в сухом состоянии обладают достаточной несущей способностью. Однако при увлажнении структура лессовидных грунтов разрушается, и под действием нагрузки образуются просадки. При использовании таких грунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения;

насыпные, образованные при засыпке оврагов, прудов и других мест. Такие грунты неоднородны по структуре, их несущая способность зависит от того, когда сделана насыпь. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несущей способности.

Фундаменты

Заглубленный ниже поверхности грунта конструктивный элемент, воспринимающий нагрузки на здание и передающий их от здания основанию, называют фундаментом.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до подошвы фундамента (подошва фундамента) (рис.20) называют глубиной заложения.

Назначение здания, наличие в нём подвала, глубина промерзания, уровень грунтовых вод – всё это влияет на глубину заложения фундамента.

Фундаменты классифицируют по конструктивным схемам, материалу, характеру работы и глубине заложения.

По конструктивным схемам: ленточные, располагаемые непрерывной лентой под несущими стенами здания; столбчатые, в виде отдельных опор под колоннами каркасных зданий; сплошные, в форме массивной плиты под зданием; свайные, в виде железобетонных или других стержней, забитых в грунт;

по материалу: из природного камня, бутобетона, бетонные и железобетонные;

по характеру работы: жёсткие, работающие только на сжатие, и гибкие, работающие на сжатие и изгиб;

по глубине заложения: фундаменты мелкого заложения (до 5 м) и глубокого (более 5 м).

Разнообразные конструкции фундаментов гражданских зданий должны удовлетворять требованиям прочности, водостойкости, долговечности, а также быть индустриальными и экономичными.

ЛЕНТОЧНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Ленточные фундаменты устраивают под несущими стенами бескаркасных зданий. В малоэтажных зданиях такие фундаменты выполняют:

-из бутового камня постелистой или рваной формы); их укладывают на цементном растворе с перевязкой (несовпадением вертикальных швов. Переход от широкой части фундамента к узкой выполняют уступами шириной 150-250 мм и высотой не менее двух рядов кладки. Наименьшая ширина фундаментов – 500 мм – принята по условиям перевязки швов. Фундаменты из бутового камня требуют значительных затрат ручного труда, однако там, где природный камень является местным материалом, их возведение экономически целесообразно;

-бутобетонные изготовляют из бутового камня, втопленные в бетонную смесь. Такие фундаменты возводят также в малоэтажных зданиях, причём в щитовой опалубке или в траншеях (при плотных грунтах). Уширение фундаментов ведут уступами шириной 150-250 мм и высотой 300 мм. Наименьшая ширина бутобетонных фундаментов 350 мм. По сравнению с фундаментами из бутового камня они менее трудоёмки, но отличаются повышенным расходом цемента;

-бетонные выполняют в опалубке из монолитного бетона классов прочности на сжатие В 7,5 – В 30. Устройство таких фундаментов требует повышенного расхода цемента.

Большинство бескаркасных зданий возводят на блочных фундаментах. Их монтируют из плит прямоугольного или трапециевидного сечения, укладываемых на выравненное основание или на песчаную подготовку. Поверх фундаментных плит по слою раствора устанавливают стеновые блоки. Ряды стеновых блоков укладывают, соблюдая перевязку швов. Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку.

Блочные прерывистые фундаменты монтируют из плит, укладываемых с разрывом от 0.2 до 0,9 м. Это сокращает расход материала, уменьшает затраты труда; в итоге полнее используется несущая способность основания.

Таблица 4 - Таблица ленточных фундаментов

По материалам сайта: http://magak.ru