916

УДК 53

ББК 38.113

Ш-653

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Рецензенты: А.Н. Юзефович, Заслуженный строитель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор (Пермский государственный технический университет); В.Н. Зекин, кандидат технических наук, профессор (Пермская государственная бюджетная сельскохозяйственная академия).

Ш-653 Шихов А.Н. Архитектурная и строительная физика: учеб. пособие / А.Н. Шихов, Д.А. Шихов; ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, - Пермь: Изд-во: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013. – 377 с.

В учебном пособии изложены теоретические основы архитектурного проектирования зданий различного функционального назначения с учетом климатических условий места строительства с целью создания в них комфортных условий проживания и трудовой деятельности. Рассмотрены вопросы климатологии и влияния климатических факторов на архитектурно-планировочное, конструктивное и пластическое решение зданий. Приведены методики оценки климатических факторов и архитектурно-климатические основы проектирования зданий. Изложены теоретические вопросы теплопередачи, паропроницаемости и инфильтрации через однослойные и многослойные ограждающие конструкции. Рассмотрены вопросы звукоизоляции помещений от воздушного и ударного шума, а также мероприятия по обеспечению нормативных требований по защите селитебных территорий от различных шумов. Приведены современные методики по определению общего и приведенного сопротивления теплопередачи однородных и неоднородных ограждающих конструкций с учетом энергосбережения на отопление зданий, а также звукоизолирующих качеств вертикальных (стены и перегородки) и горизонтальных (междуэтажные перекрытия) ограждающих конструкций. Значительная часть учебного пособия посвящена архитектурной акустике, раскрывающей теоретические вопросы распространения звука в помещениях и практические рекомендации по акустическому проектированию зрительных залов с учетом беспрепятственной видимости в них. Рассмотрены вопросы естественного и искусственного освещения жилых, общественных и производственных зданий. Приведены методики по расчету необходимых площадей остекления в вышеперечисленных помещениях и последовательность проведения проверочных расчетов в зависимости от принятой системы освещения. Рассмотрены вопросы проектирования освещения городов, архитектурных ансамблей и светоцветовой режим городской застройки.

Предназначено для самостоятельной работы бакалавров направления 270800.62 «Строительство» профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Проектирование зданий и сооружений».

Издается по решению методического совета архитектурно-строительного факультета Пермской сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова

© ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013

2

3.6.Выбор систем естественного освещения помещений и световых проемов

3.7.Нормирование естественного освещения

3.8.Проектирование естественного освещения

3.8.1.Определение площади световых проемов жилых и общественных зданий при боковом или верхнем естественном освещении помещений

3.8.2.Расчет площади световых проемов производственных зданий при боковом или верхнем естественном освещении помещений 3.9. Проверочный расчет естественного освещения помещений

3.9.1.Последовательность проведения проверочного расчета при боковом освещении производственных зданий

3.9.2.Расчет естественного освещения производственных помещений при верхнем и комбинированном расположении световых проемов

3.9.3. Проверочный расчет естественного освещения при боковом размещении световых проемов в жилых и общественных зданиях 3.9.4. Последовательность проведения проверочного расчета при верхнем или

комбинированном освещении жилых и общественных зданий

3.10.Расчет времени использования естественного освещения в помещениях

3.11.Совмещенное освещение зданий

3.12.Технико-экономическая оценка систем естественного и совмещенного освещения по энергетическим затратам

3.13.Нормирование и проектирование искусственного освещения помещений

3.14.Архитектурная светотехника

3.14.1.Нормирование и проектирование освещения городов

3.14.2.Проектирование освещения архитектурных ансамблей 3.15. Светоцветовой режим помещений и городской застройки 3.16. Инсоляция и защита помещений от солнечных лучей 3.17. Солнцезащита и светорегулирование в зданиях

3.18. Экономическая эффективность использования инсоляции и солнцезащиты Глава 4. Архитектурная акустика и звукоизоляция помещений 4.1. Общие понятия о звуке и его свойствах 4.2. Источники шума и их шумовые характеристики

4.3. Нормирование шума и звукоизоляция ограждений 4.4. Распространение шума в зданиях

4.5. Звукоизоляция помещений от воздушного и ударного шума 4.5.1. Определение индекса изоляции воздушного шума для вертикальных однослойных плоских ограждающих конструкций сплошного сечения

4.5.2. Определение индекса изоляции воздушного шума для каркасно-обшивных перегородок 4.5.3. Определение индекса изоляции воздушного шума для междуэтажных перекрытий

4.5.4. Расчет междуэтажных перекрытий на ударное воздействие шума

4.6.Измерение звукоизолирующих свойств ограждающих конструкций в акустических камерах

4.7.Мероприятия, обеспечивающие нормативную звукоизоляцию помещений

4.8.Защита от шума селитебных территорий городов и населенных пунктов

4.9.Архитектурная акустика

4.9.1.Оценка акустических качеств залов

4.9.2.Экспериментальные способы проверки акустических качеств залов

4.10.Общие принципы акустического проектирования залов

4.11.Специфические особенности акустического проектирования залов различного функционального назначения

4.12.Моделирование акустических свойств зрительных залов

4.13.Видимость и обозреваемость в зрелищных сооружениях

4

Предисловие

Учебное пособие по архитектурной и строительной физике разработано с учетом

возросших требований к комфортности проживания и деятельности людей в зданиях и сооружениях различного назначения, а также повышением нормативных требований по тепловой защите, звукоизоляции и освещению зданий и сооружений. Оно является естественным продолжением подобных работ, направленных на раскрытие теоретических

основ, протекающих в ограждающих конструкциях при воздействии на них не силовых

факторов в виде отрицательных и положительных температур, влажности, естественного и искусственного света, солнечной радиации и звука.

В связи с проводимой в стране энергосберегающей политики возросли требования по тепловой защите зданий, нашедших отражение в нормативных документах. На смену старого

СНиП 11-3-79** «Строительная теплотехника» введен в действие новый СНиП 23-02-

03»Тепловая защита зданий», в котором приведены повышенные теплозащитные требования к наружным ограждениям зданий. Для практической реализации требований СНиП 23-02-03

разработан СП 23-101-04 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий», в котором содержатся методы проектирования и теплотехнического расчета ограждающих конструкций зданий, рекомендации и справочные материалы для проектировщиков. Положения свода правил позволяют проектировать здания с рациональным использованием тепловой энергии путем выявления суммарного энергетического эффекта от использования планировочных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов.

Взамен СНиП 2.01.01-82 с 1 января 2000 г. введен в действие откорректированный СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», в котором отражены изменения климатических параметров, необходимые для проектирования тепловой защиты зданий, систем отопления и

кондиционирования воздуха с учетом экономии энергетических ресурсов.

В новом СНиП 23-03-03 «Защита от шума» приведены повышенные требования к

защите помещений, рабочих мест, селитебных территорий городов и площадок промышленных предприятий от различных шумов, а также проектированию акустики зальных помещений. В

СП 23-103-03 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий», изложены новые методики определения параметров звукоизоляции внутренних и наружных ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, а также вспомогательных зданий производственных предприятий.

Вобласти проектирования светотехники также произошли изменения, которые учтены

вновой редакции СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» и СП 23-102-03

6

«Свод правил по проектированию и строительству. Естественное освещение жилых и общественных зданий».

Таким образом, во всех разделах строительной физики (строительная теплотехника,

строительная и архитектурная акустика, строительная и архитектурная светотехника) в

последние годы произошли значительные изменения норм и методов расчета, которые приводятся только в специализированных нормативных изданиях. Однако в них не рассматриваются вопросы теоретического объяснения физических процессов, происходящих в ограждающих конструкциях и помещениях при воздействии на них тепловой, звуковой и световой энергии. Все эти вопросы довольно подробно рассмотрены в учебнике «Основы строительной физики», изданном в 1975 г. профессором Н.М.Гусевым. За последние 35 лет после издания этого учебника изменились взгляды и методы на проектирование ограждающих конструкций, повысились требования к комфортности, долговечности, архитектурной выразительности и экономичности. В предлагаемом учебном пособии эти вопросы излагаются

ссовременных позиций.

В2003 и 2007 гг. вышли в свет два учебника «Архитектурная физика» (под редакцией

члена-корреспондента Международной Академии архитектуры, доктора технических наук,

профессора. Н.В.Оболенского), рекомендованные для студентов специальности «Архитектура».

В силу того, что эти учебники рассматривают вопросы строительной физики с архитектурных

«Строительство». Однако некоторая часть теоретических вопросов этих учебников были использованы в настоящей работе.

Крышова, В.К. Лицкевича, Л.И. Макриненко, Н.В. Оболенского, Г.В. Осипова, Б.Я.

Орловского, П.П. Сербиновича, К.К. Шевцова, Л.Ф Шубина, Ф.В. Ушкова и др. авторов.

Учебное пособие рассчитано на бакалавров направления 270800.62 «Строительство»,

изучающих дисциплину «Физика среды и ограждающих конструкций», а также выполняющих курсовые работы и дипломные проекты.

7

ВВЕДЕНИЕ

От того, насколько комфортно построен город, здание или сооружение и насколько он

вписывается в природу, зависит комфортность жизнедеятельности человека и существование природы.

Здания в процессе эксплуатации испытывают разнообразные силовые и не силовые

воздействия, которые необходимо учитывать на стадии проектирования.

Для восприятия силовых воздействий проводятся соответствующие расчеты, которые

обеспечивают зданию необходимую прочность, устойчивость и долговечность.

Помимо силовых воздействий здания и сооружения подвергаются не силовым

воздействиям (температура, влага, звуковая и световая энергия и т.п.), которые являются предметом изучения специальной дисциплины - «Строительная физика».

Главной задачей строительной физики является обеспечение комфортности

проживания и жизнедеятельности людей в зданиях с помощью применения соответствующих ограждающих конструкций и планировочных решений зданий.

В зависимости от решения конкретных задач строительная физика подразделяется на:

строительную теплотехнику; строительную светотехнику и строительную звукоизоляцию.

Задача строительной теплотехники - проектирование наружных ограждающих конструкций, обеспечивающих оптимальный температурно-влажностный режим внутри зданий и сооружений.

Строительная светотехника позволяет решать вопросы, связанные с обеспечением оптимального светового режима на рабочих местах и в целом внутри зданий и помещений.

Задача строительной звукоизоляции - проектирование оптимальной звукоизоляции в зданиях и сооружениях путем применения надлежащих ограждающих конструкций. Для защиты городской застройки от шума разрабатываются архитектурно-планировочные и конструктивные решения.

Кроме перечисленных вопросов, строительная физика решает практические задачи проектирования световой архитектуры с учетом взаимодействия света и цвета с пространством, формой и пластикой зданий и сооружений; обеспечения равномерного акустического звучания и видимости внутри зрительных залов и спортивных сооружений. Этими вопросами занимается «Архитектурная физика», которая изучает теоретические основы и практические методы формирования архитектурной среды под воздействием естественного и искусственного света, цвета, звука, температуры и воздушной среды с оценкой влияния их на человека.

8

Архитектурная физика, как наука, регламентирует основные требования, на которых базируется комфортность, плотность и экономичность застройки.

Задачами архитектурной физики являются:

-изучение климатических факторов внешней среды и их влияние на архитектуру зданий и градостроительные образования;

-создание комфортности городских пространств и интерьеров зданий;

-придание выразительности городской застройки за счет пространственной композиции, светового и цветового решения, масштабности пластики фасадов зданий и т.п.;

-обеспечение экономической эффективности застройки;

-акустическое проектирования зрительных залов и обеспечение беспрепятственной видимости в них.

9

Глава 1

Строительная климатология

1.1. Связь между климатом и архитектурой зданий

На территории нашей страны здания и сооружения подвергаются комплексу климатических воздействий в различных сочетаниях и различной интенсивности.

Строительная климатология - наука, раскрывающая связи между климатическими условиями и архитектурой зданий и градостроительных образований.

Основная задача строительной климатологии - обоснование целесообразности решений планировки городской застройки, выбор типов зданий и ограждающих конструкций с учетом климатических особенностей района строительства.

Правильный выбор размеров и формы помещений зависит от ряда факторов, среди которых особое место занимает воздушная среда, характеристики которой зависят от климатических условий и места строительства.

На протяжении тысячелетий архитекторам было известно, что города и здания следует проектировать и строить в соответствии с климатом, а ширину улиц, высоту зданий и размеры окон - выбирать с учетом ориентации и глубины помещений. Необходимо бережно и композиционно оправдано вписывать здания и сооружения в природу.

Как показывает практика, все архитектурные и градостроительные шедевры создавались с учетом этих вечных истин.

Вюжных сухих районах города всегда имели характер «самозатеняющихся структур»,

аздания - своеобразных «термосов» с массивными стенами, замкнутой компактной планировкой и редкими небольшими окнами.

Для влажных южных районов, наоборот, характерными чертами являются: открытая планировка, хорошо проветриваемые городские пространства, легкие «дышащие» стены зданий и большие световые проемы.

Южные районы характеризуются значительным количеством солнечных дней в году,

очень высокой радиацией и контрастностью освещения. Все эти факторы предопределяют специфический характер тонкой архитектурной пластики и большую насыщенность цветовых соотношений элементов и деталей зданий.

В северных и большинстве центральных районах наблюдается преимущественно облачное небо, которое обуславливает крупную пластику стен и деталей и пастельные цветовые решения фасадов зданий и сооружений.

Без учета вышеизложенных истин нельзя обеспечить в зданиях необходимый комфорт при минимальных затратах на эксплуатацию зданий. Особенно это становится важным в век энергетического кризиса и всемерной экономии энергетических ресурсов. Только

10