3. Конструктивное решение здания

Конструктивное решение здания на первом этапе проектирования определяется выбором его строительной и конструктивной систем и конструктивной схемы.

3.1. Строительные системы зданий и области их применения

Строительная система здания определяется материалом, конструкцией и технологией возведения его несущих элементов [10].

В зависимости от материала вертикальных несущих конструкций различают здания из дерева, камня и бетона (железобетона). С учетом технологии возведения (например, из монолитного, сборно-монолитного или полносборного железобетона) определяется не только материал, но и строительная система. Наименование строительной системы определяется по наиболее часто встречающемуся конструктивному элементу (например, панельная, крупноблочная, объемно-блочная и др.).

Строительные системы зданий с несущими конструкциями (стенами или стойками) из дерева используются в одно- и двухэтажных зданиях из-за ограничения по классу капитальности.

Эти системы бывают со стенами из уложенных горизон­тальными рядами («венцами») бревен или брусьев, каркасно-щитовые и панельные.

Строительные системы зданий с несущими стенами из кирпича, керамических блоков или естественного камня подразделяются на традиционную и крупноблочную (полносборную). Традиционная строительная система из мелкоштучных камней основана на возведении стен в технике ручной кладки и применяется для зданий до 16 этажей. Эти здания надежны в эксплуатации, огнестойки и долговечны.

Повышение экономичности и индустриализации зданий с каменными стенами достигается путем замены ручной кладки монтажом укрупненных элементов — кирпичных (каменных) панелей заводского изготовления.

Полносборные здания с несущими конструкциями из бетонных и железобетонных элементов возводятся на основе крупноблочной, панельной, каркасно-панельной или объемно-блочной строительной систем.

Крупноблочная строительная система предполагает использование сборных бетонных блоков массой до 5 т с укладкой их горизонтальными рядами на растворе с взаимной перевязкой швов.

Панельная строительная система применяется для зданий до девяти этажей. Панели несущих стен таких зданий выполняются высотой в этаж и протяженностью (длиной) на один или два конструктивно-планировочных шага при массе сборных элементов до 10 т.

Каркасно-панельная строительная система с несущим железобетонным каркасом и наружными стенами из бетонных или небетонных панелей применяется для строительства зданий высотой до 30 этажей.

При объемно-блочной строительной системе здания возводят из крупных объемно-пространственных элементов массой до 25 т, содержащих в себе жилую комнату или другой фрагмент здания.

Монолитная и сборно-монолитная строительная система применяется для возведения многоэтажных зданий с несущими стенами и целесообразна в сейсмических районах.

3.2. Конструктивные системы зданий

Под конструктивной системой здания понимают совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов этого здания, обеспечивающих его прочность, жесткость, устойчивость и необходимый уровень эксплуатационных качеств независимо от способа его возведения и вида используемых материалов [2, с. 123, 124], [3, с. 33-38, 41-48], [10, с. 149-153].

Выбор конструктивной системы определяет роль каждого несущего конструктивного элемента в пространственной работе здания.

В конструктивной системе совмещаются несущие конструкции и конструкции, выполняющие функции защиты внутреннего пространства здания от несиловых воздействий.

Материал конструкций определяется при выборе строительной системы здания.

Несущие конструкции здания состоят из вертикальных и горизонтальных взаимосвязанных элементов. Вертикальные несущие конструкции (несущие стены, колонны и др.) воспринимают все вертикальные и горизонтальные нагрузки на здание и передают их на грунт (основание). Горизонтальные несущие конструкции (покрытия и перекрытия) воспринимают все приходящиеся на них нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям. Они играют также роль горизонтальных диафрагм жесткости.

Несущие конструкции в совокупности образуют пространственную систему, которую называют несущим остовом здания.

В зависимости от вида несущих конструкций и их статического назначения наиболее часто применяют следующие конструктивные системы: бескаркасную (с несущими стенами), каркасную, объемно-блочную, ствольную и оболочковую. Существуют различные комбинированные конструктивные системы, из которых наиболее распространенной является конструктивная система с неполным каркасом. Эта система основана на распределении всех вертикальных и горизонтальных нагрузок между стенами и каркасом. Она применяется в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом или с наружным каркасом и внутренними несущими стенами.

Каркас здания предназначен для восприятия всех нагрузок, действующих на это здание, и передачи их через фундаменты основанию (грунту). В состав несущего каркаса входят стойки (колонны), балки (ригели) и связи. В настоящее время каркас, как правило, проектируют из сборного или монолитного железобетона, реже из стали и дерева.