4. Здания и их элементы. Основные силовые и несиловые нагрузки на здания и их конструкции.

Здания — это наземные сооружения, имеющие закрытое внутреннее пространство, предназначенное для проживания или длительного пребывания людей: жилые дома, производственные корпуса, клубы, больницы, школы и т. п.

Инженерные сооружения, в отличие от зданий не имеют такого пространства: мосты, транспортные эстакады, градирни, тоннели, плотины, «этажерки» промышленных предприятий, предназначенные для периодического обслуживания технологического оборудования, водонапорные башни и другие подобные сооружения.

Элементы объемно-планировочной структуры здания.

Внутреннее пространство зданий чаще всего расчленено на отдельные помещения. Помещение — это часть внутреннего объема здания, огражденная со всех сторон. Совокупность всех помещений, полы которых расположены на одном уровне, образуют этаж здания.

Отдельные этажи имеют определенное название:

 подвал — этаж, полностью или большей своей частью заглубленный в землю (называют также «подвальный этаж»);

 полуподвальный, или цокольный,— этаж, уровень пола которого заглублен от уровня тротуара или отмостки не более чем на половину высоты помещения;

 надземный — этаж (первый, второй, третий и т. п.), расположенный выше уровня земли;

 чердачный (или чердак) — этаж, расположенный между крышей и перекрытием над последним этажом здания (так называемым «чердачным перекрытием»);

 мансардный (или мансарда) — этаж, выгороженный внутри чердачного пространства, образованного скатной крышей, и предназначенный для размещения жилых или подсобных отапливаемых помещений; площадь горизонтальной части потолка таких помещений должна быть не менее 50 % площади пола, а высота стен до низа наклонной части потолка — не менее 1,6 м);

 технический — этаж, предназначенный для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций. Может быть расположен в нижней (техническое подполье), верхней (технический чердак) или в средней части здания, а также над проездами, над первым общественным этажом жилого

2

дома и т. п. В производственных зданиях необходимость и места размещения технических этажей устанавливаются главным образом требованиями технологического процесса. Высота технических этажей зависит от вида оборудования и коммуникаций с учетом условий эксплуатации.

Конструктивные элементы здания

Любое здание состоит из отдельных взаимосвязанных частей, или конструктивных элементов, каждый из которых имеет свое определенное назначение: стены, фундаменты, крыши и т. п. Конструктивные элементы либо слагаются из более мелких, заранее изготовленных элементов — строительных изделий, поставляемых на стройку в готовом виде (сборных плит, ступеней, кровельных изделий и т. п.), либо возводятся на месте из строительных материалов.

Схема здания с несущими стенами 1 – фундаменты; 2 – стены; 3 – отдельные опоры (столбы); 4 – перекрытия; 5 – кровля; 6 – стропила; 7 – лестницы; 8 – перегородки; 9 – окна; 10 - дверь

Конструктивные элементы подразделяют на несущие и ограждающие.

Несущие конструкции воспринимают нагрузки, действующие на здание, и передают их через фундамент на основание. Примеры несущих конструкций: фундаменты, колонны, балки, и т. п.

Ограждающие конструкции изолируют пространство здания от внешней среды, разделяют это пространство на отдельные помещения и защищают («ограждают»)

3

эти помещения и пространство здания в целом от всех видов воздействий несилового характера: атмосферных осадков; потоков тепла и влаги, вызванных разностями температур или разностями потенциалов влажности наружного и внутреннего воздуха; шумов и вибраций, идущих извне или от соседних помещений, и т. п. Примеры ограждающих конструкций: перегородки, кровли, окна, двери.

Многие конструктивные элементы являются одновременно и несущими и ограждающими — в них несущие и ограждающие функции совмещаются. Примером таких конструкций могут служить стены.

Фундаменты — подземные конструктивные элементы зданий, воспринимающие все нагрузки от расположенных выше вертикальных элементов несущего остова и передающие эти нагрузки на основание. Основанием называется грунт, непосредственно воспринимающий нагрузки.

Стены – вертикальные конструктивные элементы зданий, предназначенные для защиты помещений здания от атмосферных воздействий, для разделения общего объема здания на меньшие объемы, а также для восприятия нагрузки от других конструктивных элементов здания и передачи её на фундаменты. Стены, передающие нагрузку на фундаменты, называются несущими.

Отдельные опоры (столбы, колонны) – вертикальные несущие конструктивные элементы, воспринимающие нагрузку от перекрытий и передающие её на фундаменты.

Перекрытия – конструктивные элементы, разделяющие здание на этажи и предназначенные для восприятия нагрузок от людей и предметов обстановки и оборудования помещений и передачи ее на стены или отдельные опоры. Перекрытия, разделяющие этажи по высоте, называются междуэтажными, а отделяющие верхний этаж от чердака — чердачными. Над подвалом располагаются надподвальные перекрытия.

Крыша - верхняя ограждающая конструкция здания, защищающая помещения от атмосферных осадков (дождя, снега). Верхняя водонепроницаемая оболочка крыши называется кровлей. Несущая конструкция, поддерживающая кровлю, называется стропилами. Поверх стропил устраиваются обрешетка или настил, являющиеся основанием для кровли.

Лестницы – конструктивные элементы, служащие для сообщения между помещениями, расположенными в разных этажах.

Перегородки – конструктивные элементы, представляющие собой легкие и тонкие ненагруженные стены, устанавливаемые на перекрытиях и служащие для разделения больших площадей между капитальными стенами на отдельные помещения меньшего размера.

Окна – конструкции для естественного освещения и проветривания помещений зданий.

4

Двери - конструкции для сообщения между отдельными помещениями.

Фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия и стропила являются основными несущими элементами здания и в совокупности образуют несущий остов здания.

Несущий остов здания воспринимает все нагрузки, действующие на здание, и передает их через фундаменты на грунты основания.

Нагрузки, действующие на здание

Постоянные нагрузки: собственный вес конструкций; давление грунта; гидростатическое давление воды в грунте

Временные нагрузки: вес людей, мебели и оборудования; снеговая нагрузка, дождевая нагрузка на водозаполненной крыше, ветровая нагрузка

5

Действие ветровой нагрузки на здание (временная нагрузка)

Схема передачи нагрузки на основание здания

6

В зависимости от конструкции несущего остова различают здания с несущими стенами и каркасные.

В зданиях с несущими стенами последние воспринимают нагрузки от перекрытий, крыши, собственного веса и одновременно ограждают помещения от атмосферных влияний.

В каркасных зданиях несущей конструкцией является каркас, т. е. система вертикальных колонн и горизонтальных балок. Ограждающей конструкцией в этом случае является стеновое заполнение, опирающееся на крайние балки, называемые бортовыми балками, и воспринимающее лишь собственный вес.

Схема каркасного здания

1 – фундаменты; 2, 3 – внутренние и наружные колонны; 4, 5, 6 – балки; 7 – стеновое заполнение; 8,9 – перегородки, 10 – плоская крыша

7

Жесткость, т. е. взаимная связь, устойчивость и неизменяемость основных несущих элементов в зданиях с массивными стенами обеспечивается системой продольных и поперечных наружных и внутренних стен, а в каркасных — поперечными рамами, состоящими из колонн и балок, жестко связанных между собой в узлах. Балки рамы часто называют ригелями. Балки перекрытий, связывающие поперечные рамы между собой, также обеспечивают жесткость здания в продольном направлении.

Поперечные рамы из наружных и внутренних колонн и ригелей и перекрытия в совокупности образуют пространственную (т. е. развитую во всех трех направлениях) систему из колонн и горизонтальных плоскостей и является несущим остовом здания, имеющего в этом случае полный каркас.

Здание с полным каркасом

Когда здание имеет несущие наружные стены, и внутренний каркас, образованный ригелями, внутренними колоннами поперечных рам и перекрытиями, опирающимися по краям на наружные стены; то такое здание называется зданием с неполным каркасом.

8

Здание с неполным каркасом