Сайт инженера-проектировщика
Свежие записи
Конструктивные элементы зданий
Проектирование конструктивных элементов зданий
Конструктивные элементы зданий разделяют на ограждающие, которые отделяют помещения от внешней среды или друг от друга; несущие, принимающих нагрузки, действующие в здании; и элементы, которые совмещают ограждающие и несущие функции. Основные конструктивные элементы зданий — это фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, перегородки, лестницы, крыши (рис. 1).
Рис. 1. Объемно-планировочные и конструктивные элементы здания: 1 — лестничная клетка; 2 — комната; 3 — фундамент; 4 — перекрытие над подвалом; 5 — внутренняя стена; 6 — перегородка; 7 — межэтажное перекрытия; 8 — наружная стена; 9 — чердачное перекрытие; 10 — крыша; 11 — окно; 12 — лестницы; 13 – двери
Фундаменты — это подземные части зданий, воспринимающих нагрузки от расположенных выше конструкций, которые передают их на основание (грунт). Нижнюю плоскость фундамента, которая соприкасается с основанием (грунтом), называют подошвой. Фундаменты являются несущими конструкциями, а если они применяются для образования подвалов, то одновременно и ограждающими.
Стены — вертикальные конструкции, отделяющие помещения от внешнего пространства (наружные стены) или от других помещений (внутренние). В этом заключается их ограждающая функция. Если стены несут нагрузку только от собственного веса, они — самонесущие, они выполняют только ограждающую (защитную, изолирующую и т.п.) функцию. Когда стены воспринимают еще нагрузки от перекрытий и крыши, которые опираются на них, тогда их называют несущими, хотя одновременно они выполняют и ограждающую функцию. Если стены сами опираются на колонны или на междуэтажные перекрытия, они выполняют лишь ограждающую функцию и является навесными. По своему местонахождению в здании, стены могут быть продольными и поперечными; последние, если они внешние, называют торцевыми. Также стены могут быть внутренними и наружными.
Перекрытия — горизонтальные конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи и предназначенные для размещения на них людей, мебели и оборудования. Они воспринимают эти нагрузки и передают их на вертикальные несущие конструкции (стены, столбы, колонны). Как структурные части здания, перекрытия выполняют также и ограждающую функцию (сверху и снизу смежных помещений). Кроме того, они имеют важное значение в обеспечении пространственной устойчивости и жесткости зданий. В зависимости от местонахождения в здании перекрытия бывают:
— нижние, отделяющие первый (нижний) этаж от грунта;
-надподвальные, отделяющие подвальный или цокольный этаж;
— межэтажные, разделяющие смежные по высоте этажи;
— чердачные или верхние (при отсутствии чердака), т.е. отделяют чердак и верхний этаж.
Функции их, как ограждающих конструкций, разные: межэтажные являются внутренними ограждающими конструкциями и их основная функция с точки зрения строительной физики — звукоизоляционная, другие перекрытия являются внешними, и их основная функция — теплоизоляция помещений. Сверху перекрытия обычно имеют пол — конструктивный элемент в виде настила, по которому ходят.
Отдельные опоры — это стойки (колонны, столбы) для поддержки перекрытий, стен или крыши; они передают их нагрузки на фундаменты. Перекрытия опираются на колонны, но чаще — на положенные по колоннам балки перекрытий (прогоны или ригели). Колонны и балки образуют каркас зданий, который для обеспечения геометрической неизменяемости имеет вертикальные связи или железобетонные диафрагмы (т.е. тонкие жесткие стенки), соединенные с колоннами и балками. При отсутствии связей или диафрагм узлы сопряжения между колоннами и балками должны быть жесткими (не шарнирными). Все элементы каркаса являются несущими.
Крыша — верхняя часть здания, отделяющая его внутреннее пространство от внешней среды, она защищает здание от атмосферных осадков и других нагрузок и действий сверху. Для водоотведения, крышу выполняют со склонами (наклонными плоскостями), которые образуют верхнюю водонепроницаемую оболочку — кровлю. Под ней крыша имеет внутреннее пространство — чердак. Нагрузки на крышу воспринимают ее несущие элементы — стропила. Таким образом, крыша соединяет несущую и ограждающую функции, а кровля выполняет только ограждающую функцию. Крыша вместе с чердачным перекрытием называется покрытием. Во многих зданиях крыша не имеет чердака. Тогда функции чердачного перекрытия и крыши сочетают в одной конструкции — совмещенном покрытии.
Перегородки — тонкие внутренние стенки, разделяющие внутреннее пространство в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки опираются на перекрытия и никакой нагрузки (кроме собственного веса) не несут, поэтому являются ограждающей частью здания.
Лестницы служат для сообщения между этажами, выдерживают нагрузку от веса людей и другие. Их, как правило, располагают в отдельных помещениях — лестничных или лестнично-лифтовых клетках. Поэтому лестницы являются несущими конструкциями, а клетки — совмещают несущие и ограждающие функции. При этом лестничные или лестнично-лифтовые клетки образуют пространственную жесткую конструктивную и объемно-планировочную структурную часть здания, которая называется ядром жесткости.
Для естественного освещения помещений и их проветривания служат окна — застекленные конструкции вставляются в оконные проемы внешних или (реже) внутренних стен. Сообщение между помещениями на одном этаже, а также между помещениями и внешним пространством осуществляют с помощью дверей — глухих или частично (иногда целиком) остекленных конструкций, которые вставляют в дверные проемы внутренних и внешних стен.
Многоэтажные, преимущественно, жилые или общественные здания могут иметь летние помещения, которые обеспечивают связь внутренних помещений на этажах с внешним пространством. К ним относятся балконы, лоджии и эркеры, а также террасы, веранды.
Балконы — это вынесены за плоскость наружной стены пространства, которые ограждены консольно (то есть без опор на свободных концах) площадками.
Лоджии, в отличие от балконов, имеют по боковым сторонам глухие опоры — стены на всю ширину площадки (выносные лоджии) или являются открытыми, отгороженными внутренними помещениями (встроенные лоджии).
Эркеры — это частично вынесены за плоскость наружной стены внутренние помещения, имеющие с трех сторон окна.
Террасы — крытые или открытые площадки, пристроенные к одноэтажным домам или устроены на плоских покрытиях многоэтажных зданий.
Веранды — неотапливаемые застекленные помещения перед входом в основные помещения малоэтажных преимущественно приусадебных домов.
Другие архитектурно-конструктивные элементы зданий:
—отмостки — асфальтовые полосы, выполненные вплотную вокруг здания с уклоном наружу для отвода воды (дождевой, талой)
—фонари верхнего естественного света — остекленные конструкции, которые устраивают в покрытиях;
—тамбуры — небольшие огороженные помещения на первом этаже с двумя парами дверей внутри или снаружи зданий, служащих для сохранения в них тепла в зимний период при открывании дверей;
— козырьки — небольшие навесы над входными дверями зданий, а также над верхними балконами и лоджиями;
—крыльца — входные площадки для наружных дверей; тому подобное.
Источник
Основные конструктивные схемы зданий
Здание состоит из взаимосвязанных конструктивных элементов: фундаментов, стен, отдельных опор, прогонов и перекрытий. Сочетание этих основных элементов, каждый из которых выполняет свои специфические функции, представляет собой несущий остов здания (рис. 1).
По своему назначению конструкции подразделяют на несущие и ограждающие. Несущие конструкции несут на себе нагрузки от вышележащих частей здания, от снега, ветра и т. д. Ограждающие конструкции изолируют помещения от внешней среды и смежных помещений. Некоторые несущие конструкции (например, перекрытия) являются одновременно и ограждающими.
Фундаменты являются подземными конструкциями, воспринимающими на себя всю нагрузку от здания и действующих на него сил и передающими эти нагрузки на грунт (основание). Нижняя плоскость фундамента, непосредственно соприкасающаяся с основанием, называется подошвой фундамента.
Стены отделяют помещения друг от друга или от внешней среды и подразделяются на внутренние и наружные. В зданиях, построенных до пятидесятых годов, наружные стены чаще всего делали толще внутренних, так как, кроме восприятия различных нагрузок, они выполняют и теплотехнические функции. Стены, опирающиеся на фундаменты и воспринимающие, кроме собственного веса, нагрузки от перекрытий, крыши и других конструкций, называются несущими. Стены, несущие только свой вес, называются самонесущими. Стены, опирающиеся на другие конструкции здания и выполняющие только ограждающие функции, называются ненесущими.
Наружные и внутренние стены, связанные между собой, а также с перекрытиями и покрытиями, создают жесткую коробку, способную сопротивляться горизонтальным нагрузкам (ветру и др.), т. е. обеспечивают пространственную жесткость здания (неизменяемость его конструктивной схемы).
Рис. 1. Поперечный разрез гражданского здания:
1 — фундаменты; 2 — наружные стены; 3 — внутренние стены; 4 — надподвальное пере- крытие; 5 — междуэтажные перекрытия; 6 — чердачное перекрытие; 7 — чердак; 8 — крыша; 9 — двери; 10 — перегородка; 11 — лестница; 12 — окна; 13 — крыльцо; 14 — отмостка
Расстояния между внутренними поперечными стенами или другими конструкциями, обеспечивающими пространственную жесткость, нормируются. В обеспечении пространственной жесткости здания участвуют также опоры, представляющие собой столбы или колонны, которые воспринимают нагрузки от вышележащих частей здания и передают их нагрузки на конструкции, расположенные ниже, или на свои собственные фундаменты.
Перекрытия делят здания на этажи, несут собственный вес, вес перегородок, мебели, людей, оборудования и передают эти нагрузки на стены или отдельные опоры.
Этажом называется ярус помещений, пол которых находится примерно на одном уровне. Этаж называется надземным, если пол его расположен выше тротуара или отмостки, цокольным или полуподвальным — если этаж заглублен в землю не более чем на половину его высоты, и подвальным — при большем заглублении.
В ряде зданий (лабораторные корпуса, здания повышенной этажности и др.), кроме основных этажей, устраивают технические этажи, на которых размещается инженерное оборудование (отопительные устройства, вентиляционные камеры, насосные и т. д.). Общая этажность здания определяется числом надземных этажей. Цокольные этажи используют для нежилых помещений.
Перекрытия играют большую роль в обеспечении общей устойчивости здания и в зависимости от системы соединения их элементов со стенами или отдельными опорами влияют на несущую способность последних. Так, отдельно стоящая высокая стена обладает меньшей несущей способностью, чем такая же стена, связанная с перекрытиями.
Различают надподвальные, междуэтажные и чердачные перекрытия. В зданиях с подвалами, имеющими более Одного этажа, перекрытия между подвальными этажами называют нижними перекрытиями.
Перекрытия могут опираться либо непосредственно на стены или отдельные опоры, либо на соединяющие стены с отдельными опорами горизонтальные балочные конструкции, называемые прогонами.
Кроме перечисленных выше несущих элементов или частей здания, к числу основных относятся крыша, лестницы, перегородки, окна, двери и фонари.
Крыша защищает здание сверху от дождя, снега, ветра и солнца. Она состоит из кровли (сплошной водонепроницаемой оболочки) и несущих эту кровлю конструкций.
Чердаком называется пространство между чердачным перекрытием и кровлей. Если крыша совмещена о чердачным перекрытием и чердак отсутствует, то такая конструкция называется бесчердачным покрытием.
Лестницы являются путями сообщения между этажами и путями эвакуации при пожаре и других бедствиях. Из противопожарных соображений лестницы замкнуты в капитальные стены, образующие лестничную клетку. Устройство каких-либо проемов, кроме дверей, во внутренних стенах лестничной клетки не допускается. Лестницы должны освещаться естественным светом (через окна в наружных стенах).
Лестничная клетка в силу малой протяженности образующих ее стен представляет собой жесткую коробку и, будучи связана с другими элементами здания, существенно повышает его пространственную жесткость.
Внутри некоторых зданий высотой до двух этажей (магазины и др.) располагают парадные лестницы, которые выполняют из монолитного железобетона и делают открытыми, без лестничной клетки.
Перегородки опираются на перекрытия и делят помещения на отдельные комнаты.
Окна являются ограждающей конструкцией и служат для освещения и вентиляции помещений.
Двери являются ограждающей конструкцией и служат для сообщения между соседними помещениями или между помещением и наружным пространством.
Фонарями называют остекленные конструкции в покрытиях зданий. Фонари устраивают преимущественно в промышленных зданиях; они служат для вентиляции и усиления освещения помещения.
Рис. 2. Здания с несущими стенами:
а — опирание перекрытий на продольные стены; б — то же, на поперечные стены в — то же, по всему контуру
В зависимости от сочетания элементов, составляющих несущий остов здания, различают три основных конструктивных схемы: бескаркасная, каркасная и комбинированная (с неполным каркасом).
Рис. 3. Каркасное здание:
1 — колонны каркаса; 2 — ригель; 3 — перекрытие
Здание с несущими стенами (бескаркасная схема) представляет собой жесткую и устойчивую коробку из взаимосвязанных наружных и внутренних стен и перекрытий (рис. 2). Этот тип зданий, в свою очередь, подразделяется на здания с продольными несущими стенами (несущие элементы перекрытий лежат поперек здания), с поперечными несущими стенами (элементы перекрытий лежат вдоль здания) и с продольными и поперечными несущими стенами. В последнем случае крупноразмерные плиты перекрытий (панели перекрытий) с размерами в плане, равными размерам ячейки между четырьмя стенами, опираются на внутренние и наружные стены. Такие плиты называют опертыми по контуру.
Если же для стен применяется легкий материал с небольшой прочностью и низким коэффициентом теплопроводности, используют каркасную схему здания (рис. 3). В этом случае каркас из колонн и горизонтальных связей между ними (прогонов, ригелей) воспринимает на себя нагрузку от крыши, перекрытий и стен. Стены каркасных зданий являются ограждающим заполнением между элементами каркаса.
Промежуточной между каркасной и бескаркасной является схема здания с неполным каркасом (комбинированная схема). В этом случае наружные стены являются несущими и нагрузка от перекрытий, крыши и других элементов передается непосредственно или через прогоны на наружные стены и внутренние колонны каркаса (рис. 4).
Рис. 4. Здание с неполным каркасом:
1 — наружные несущие стены; 2 — колонны неполного каркаса; 3 — ригели (балки) каркаса; 4 — фундаменты; 5 — перекрытия
Для зданий дореволюционной постройки наиболее типична бескаркасная схема. В современном строительстве каркасная и комбинированная схемы получили широкое распространение в промышленных и частично в жилых и общественных зданиях.
Основным материалом каркаса в современном строительстве является сборный железобетон, а при больших высотах — сталь.
До 50-х годов для каркаса многоэтажного здания использовали монолитный железобетон или сталь, при малых нагрузках и небольшой высоте — деревянные стойки, обвязки и балки, а также комбинацию из кирпичных столбов и деревянных, железобетонных или стальных балок.
Источник