Основы конструктивных решений зданий

Классификация строительных конструкций

По назначению строительные конструкции подразделяют на несущие, ограждающие и совмещенные.

Конструкции несущие – строительные конструкции, воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечивающие надежность, жесткость и устойчивость зданий. Несущие конструкции, образующие остов здания (конструктивную систему) относят к основным: фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, покрытия и т.п. остальные несущие конструкции относятся к второстепенным, например, перемычки над проемами, лестницы, блоки шахт лифтов.

Конструкции ограждающие – строительные конструкции, предназначенные для изоляции внутренних объемов в зданиях от внешней среды или между собой с учетом нормативных требований по прочности, теплоизоляции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухонепроницаемости, звукоизоляции, светопропусканию и т.д. Основные ограждающие конструкции – ненесущие стены, перегородки, окна, витражи, фонари, двери, ворота.

Конструкции совмещенные – строительные конструкции зданий и сооружений различного назначения, выполняющие несущие и ограждающие функции (стены, перекрытия, покрытия).

По пространственному расположению несущие строительные конструкции здания разделяют на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные несущие конструкции – покрытия и перекрытия – воспринимают все приходящиеся на них вертикальные нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам и др.), которые, в свою очередь, передают нагрузки основанию здания. Горизонтальные несущие конструкции, как правило, играют в зданиях также роль жестких дисков – горизонтальных диафрагм жесткости, они воспринимают и перераспределяют горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические) между вертикальными несущими конструкциями.

Передача горизонтальных нагрузок с перекрытий на вертикальные конструкции осуществляется по двум основным вариантам: с распределением на все вертикальные несущие элементы или только на отдельные вертикальные элементы жесткости (стены-диафрагмы, решетчатые ветровые связи или стволы жесткости). При этом все остальные опоры работают только на вертикальные нагрузки. Применяют также и промежуточное решение: распределение горизонтальных нагрузок и воздействий в различных пропорциях между элементами жесткости и конструкциями, работающими преимущественно на восприятие вертикальных нагрузок.

Перекрытия-диафрагмы обеспечивают совместность и равенство горизонтальных перемещений вертикальных несущих конструкций при ветровых и сейсмических воздействиях. Такая совместимость и выравнивание достигаются жестким сопряжением горизонтальных несущих конструкций с вертикальными.

Горизонтальные несущие конструкции капитальных гражданских зданий высотой более двух этажей однотипны и представляют собой обычно железобетонный диск – сборный, сборно-монолитный или монолитный.

Роль горизонтальных конструкций в статической работе здания

Вертикальные несущие конструкции различают следующих видов:

- стержневые – стойки каркаса;

- плоскостные – стены, диафрагмы;

- объемно-пространственные элементы высотой в этаж – объемные блоки;

- внутренние объемно-пространственные полые стержни открытого или закрытого сечения на высоту здания – стволы (ядра)

жесткости;

- объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения.

Основные виды вертикальных несущих конструкций

По характеру статической работы (работы под нагрузкой) различают вертикальные конструкции несущие, самонесущие и навесные. Чаще всего эта классификация применяется к наружным стенам зданий, что связано с общей тенденцией освобождения наружных ограждений от несущих функций полностью или частично с целью их облегчения и повышения посредством этого теплозащитных свойств, а также возможностей художественно-пластического решения экстерьера зданий.

Статическая работа стен

Несущие конструкции воспринимают все приходящиеся на них нагрузки и воздействия, включая нагрузки, передаваемые через элементы, расположенные выше и опирающиеся на них (элементы перекрытий и покрытий), и передающие эти нагрузки через фундаменты грунтам основания.

Самонесущие конструкции работают только на восприятие собственного веса, а также атмосферных воздействий (ветровые нагрузки, температурные воздействия) и передают их фундаментам и далее грунтам основания. На самонесущие конструкции другие элементы здания не опираются.

Навесные конструкции воспринимают собственный вес и атмосферные воздействия в пределах яруса или этажа и передают их внутренним конструкциям здания, на которые опираются сами – внутренние стены, колонны, перекрытия. Навесная конструкция не имеет под собой фундамента.

По способности восприятия усилий строительные конструкции подразделяют на жесткие и гибкие (мягкие).

Жесткие элементы воспринимают сжатие, растяжение и изгиб, сохраняя под воздействием нагрузки собственную первоначально заданную форму. Примеры: деревянная стойка, стальная балка перекрытия, железобетонная плита покрытия. Гибкие (мягкие) элементы могут воспринимать только растяжение. Неизменяемость их формы в конструкциях обеспечивается предварительным натяжением. Примеры: затяжка арки, мембранное покрытие, пневматическая оболочка покрытия. К гибким относятся металлические элементы конструкций в виде стальных канатов, полосовой и рулонной стали и алюминиевых сплавов. Мягкие элементы (материалы конструкций) представляют собой специальные ткани с синтетическими воздухонепроницаемыми покрытиями.

Виды конструктивных элементов по способности воспринимать усилия

По характеру силовой работы в пространстве конструкции подразделяют на плоскостные и пространственные.

Конструкции плоскостные – конструкции, способные воспринимать только такую приложенную к ним нагрузку, которая действует в одной определенной плоскости (в плоскости самой конструкции).

Типичными плоскостными элементами конструкций являются балки, фермы, рамы, арки, а типичными конструкциями – стены.

Для обеспечения пространственной жесткости строительных конструкций, состоящих из плоскостных элементов, применяют дополнительные элементы: распорки, связи, а также плиты покрытий и перекрытий, стеновые панели и т.п.

Конструкции пространственные – конструкции, способные воспринимать приложенную к ним пространственную систему сил в трех измерениях.

К пространственным конструкциям относятся: перекрестные системы покрытий и перекрытий, складки, своды, купола, оболочки различной кривизны, висячие системы конструкций, мягкие оболочки.

Отличительным признаком пространственных конструкций является их работа в двух и более направлениях, в результате чего достигается более или менее равномерное перераспределение внутренних усилий в конструкциях, а, следовательно, повышается их пространственная жесткость и несущая способность.