2. Малоэтажные здания
2.1. Основные принципы проектирования несущих и ограждающих конструкций зданий
По роду материала строительные конструкции разделяются на металлические (преимущественно стальные), каменные, бетонные и железобетонные, конструкции из древесины и пластмасс. Расчёт конструкций зданий и сооружений производится для того, чтобы обеспечить безопасность их эксплуатации под нагрузкой при наиболее экономичных размерах элементов. Подробно об основных строительных материалах и о методиках расчёта конструктивных элементов приводится в учебном пособии по дисциплине «Конструирование в дизайне среды».
Важнейшее значение несущего остова здания (конструктивная основа здания) состоит в восприятии нагрузок, действующих на здание, работе несущих элементов от этих нагрузок с обеспечением конструкциям необходимых эксплуатационных качеств в течение всего срока службы. Нагрузки на здание и его несущие элементы собираются по СНиП 2. 01. 07 – 85* «Нагрузки и воздействия».
2.2. Основные требования к малоэтажным зданиям
Малоэтажные жилые здания обычно строят в сельской местности, в зонах рабочих поселков и в последнее время широко идёт строительство коттеджей в пригородных зонах и в черте города, если есть на то разрешение. Высота этих зданий 1–3 этажа. Основную группу таких зданий составляют одноквартирные и двухквартирные дома усадебного типа, в надземной части которых располагают не более двух этажей, а в подземной – один подвальный или цокольный этаж. В состав малоэтажного жилого дома входят следующие основные элементы: фундамент, стены, перегородки, перекрытия и крыша. Стены по ограждающим функциям различают наружные и внутренние, по несущим функциям – наружные стены могут быть несущими и самонесущими, внутренние стены – только несущими. Фундаменты в основном выполняют несущие функции – принимают на себя нагрузку от надземной части здания и передают ее на грунт. Исключение составляют стены подвала, где ленточные фундаменты выполняют функцию подземных стен, которые преграждают доступ влаги грунта в помещения подвала. В этом же случае при наличии высокого уровня грунтовых вод появляется необходимость в дополнительном конструктивном элементе несущей конструкции пола (железобетонной плиты или несущего короба).
Капитальность зданий II, III, IV.
Степень огнестойкости в основном зависит от материала стен и перекрытий и принимается в пределах II – V.
По долговечности II – IV.
При этом несущие элементы проектируют из более долговечных и огнестойких материалов, чем ненесущие.
Рис. 5. Конструктивные элементы малоэтажного гражданского здания высотой в три этажа. 1 – фундаменты, 2 – тротуар, 3 – цоколь, 4 – оконные проёмы, 5 – несущие стены, 6 – карниз, 7 – чердачное перекрытие, 8 – стропильная система, 9 – кровля, 10 – перегородки, 11 – дверные проёмы, 12 – междуэтажные перекрытия, 13 – перекрытие над подпольем, 14 – подвальное перекрытие, 15 – подвал, 16 – стены подвала, 17 – подполье
Основные конструктивные элементы малоэтажных домов (фундаменты, стены и перекрытия) в совокупности составляют несущий остов здания. Система остова состоит из взаимосвязанных несущих и загружающих частей. Так, в одноэтажном здании несущие элементы чердачного перекрытия (балки) должны воспринимать нагрузку от собственной массы, массы материалов ограждения и массы предметов, которые могут оказаться на чердаке в процессе эксплуатации здания (полезная нагрузка), и передать её на стены. По отношению к стенам чердачное перекрытие является загружающей частью остова. Одновременно для несущих элементов чердачного перекрытия масса ограждения (утеплитель и др.) и полезная нагрузка являются тоже загружением. В свою очередь, стены воспринимают нагрузку перекрытия чердака, крыши и собственной массы, передают её на фундаменты, которые с собственной массой передают всё воспринятое на основание. В такой системе конструктивных элементов остова фундаменты являются несущими для всех расположенных выше частей дома, а стены несущими для частей перекрытий и крыши и т.д.
В системе несущего остова различают две основные группы несущих конструктивных элементов – горизонтальные (балки над проёмами фундаментов и стен и перекрытия) и вертикальные (фундаменты, стены и столбы). Все эти элементы должны удовлетворять требованиям прочности и жёсткости, а к вертикальным элементам ещё предъявляется требование устойчивости.
При проектировании малоэтажных домов обычно используют две схемы конструктивного решения наружных стен – сплошные стены из однородного материала и облегчённые многослойные стены из материалов различной плотности. Для возведения внутренних стен используют только сплошную кладку.
Расположение вертикальных несущих элементов надземной части малоэтажного жилого дома определяет систему его остова. В настоящее время широкое применение получили дома с системами стенового остова – остов с поперечными несущими стенами с большим шагом (расстояние между стенами более 4,8 м, а именно: 4,8 м; 5,4 м; 6,0 м и 6,3 м) и малым шагом (до 4,8 м а именно: 2,4 м; 3,0 м: 3,6 м, 4,2 м), остов с продольными несущими стенами (чаще с большим шагом стен), остов с перекрёстными несущими стенами и коробчатый остов.
Система коробчатого остова получается при использовании сборных или монолитных железобетонных плит перекрытий размером на комнату, которые опираются на стены по всему периметру. Эта система целесообразна при планировке комнат по форме, близкой к квадрату. При этом все стены становятся несущими, потолки получаются без монтажных швов, и достигается уменьшение толщины плит перекрытия. Во всех остальных системах остова используют несущие элементы перекрытий в виде плит или балок с накатом, работающих в одном направлении.
Геометрическая неизменяемость (жёсткость) остова малоэтажного здания и его устойчивость в основном зависят от жёсткости и устойчивости его составных элементов и их взаимосвязи.
В соответствии с современными требованиями экономного расходования материалов при проектировании малоэтажных жилых зданий с каменными стенами стараются использовать максимальное количество местных строительных материалов. Например, в районах, удалённых от транспортных магистралей, для возведения стен используют мелкие камни местного производства или монолитный бетон в сочетании с местными утеплителями и на местных заполнителях, для которых требуется только привозной цемент. В посёлках же, располагаемых вблизи индустриальных центров, проектируют дома сл стенами из крупных блоков или панелей, изготовляемых на предприятиях этого региона. В настоящее время широкое применение каменные материалы получают при строительстве домов на садово-огородных участках.
Рис. 6. Части фасада здания: 1 – цоколь, 2 – кордон, 3 – карниз, 4 – фронтон, 5 – карниз фронтона, 6 – сандрик, 7 – оконный проём, 8, 9 – простенок, 10 – перемычка, 11 – ниша, 12 – обрез стены, 13– раскреповка, 14 – пилястра, 15 – дверной проём, 16 – контрфорс, 17 – парапет