Основы архитектуры и строительных конструкций. Учебное пособие

- модернизацию и техническое переустройство природоохранных объектов, отопительных и вентиляционных систем и т. п.

Возможно также расширение существующих производственных зданий и сооружений, обусловленное габаритами размещаемого нового оборудования, строительство новых объектов подсобного и обслуживающего назначения, например объектов складского хозяйства, компрессорных, котельных, кислородных и других объектов.

3.4. Технико-экономическая оценка зданий

При решении вопроса о целесообразности строительства промышленного комплекса в условиях рыночной экономики производится расчет чистого дисконтированного дохода (ЧДД) по формуле

где Rt – выручка в t-м году; Zt – текущие издержки производства, амортизация и налоги в t-м году; Kt – результат инвестиционной и финансовой деятельности в t-м году; alt – коэффициент дисконтирования; Т – расчетный период.

Рассчитывается коэффициент дисконтирования

где t – текущий год; Em – расчетная норма дисконта. Расчетная норма дисконта определяется по формуле:

= (1 + ) ∙ (1 + 100) − 1 +

где Еr – риск инвестирования; р – годовой процент инфляции на перспективу; Е – норма дисконта.

Сравнение вариантов сооружаемых зданий производится по приведенным затратам (Р):

21

где К – единовременные затраты; С – годовые затраты; En – нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,12 (окупаемость 8 лет).

Ориентировочная стоимость конструктивных элементов промышленных зданий (в % от общей стоимости) приведена в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Ориентировочная стоимость конструктивных элементов

22

4. АРХИТЕКТУРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

4.1. Приемы и средства архитектурной композиции

Архитектура (лат. architectura – художественный характер постройки, строительное искусство) и композиция (лат. compositio – сочинение, составление) символизируют искусство создания высокохудожественного строительного объекта (здания). Прочность здания достигается правильным выбором несущих конструкций, материала и методов расчета на прочность, устойчивость, жесткость и колебания. Польза определяется в зависимости от технологического назначения здания объёмно-планировочным решением. Красота здания достигается за счет вписывания его в архитектурный ансамбль, создания гармоничной художественной композиции здания, а также красивых интерьеров. Архитектура влияет на повышение эффективности труда, сокращение травматизма и профессиональных заболеваний.

Основными композиционными принципами архитектурного ансамбля являются:

-установление главного композиционного элемента, т. е. доминанты (в промышленном ансамбле это административное здание, труба, градирня);

-соподчинение остальных элементов путем согласования объемов с помощью масштаба, ритма, цвета, элемента благоустройства.

В зависимости от положения комплекса промышленных зданий (промышленного ансамбля) различаются две ситуации:

1) предприятие удалено от селитебной (населенной) зоны; 2) предприятие находится на территории населенного пункта.

В первом случае комплекс промышленных зданий должен быть отделен от жилой территории санитарно-защитной зоной, обычно представленной древесными посадками. Во втором случае необходимо обеспечить связь с архитектурой селитебной зоны.

Главными средствами художественного выражения здания являются организация пространства и тектоника (гр. tektonike) ограничивающих его форм. Как правило, форма промышленного здания – параллелепипед. Для его эстетического восприятия используются определенные приемы: симметрия и асимметрия, оттенок и контраст, ритм. Тектоника ограничивающих объем поверхностей призвана художественно выражать работу конструкций и материала. Каркасная

23

схема промышленных зданий позволяет получать довольно разнообразные формы. Разнообразие традиционного и современного материала способствует созданию различных конструктивных форм.

При этом тектоника опирается на следующие приемы:

1)ритмическое членение фасада зданий (при проектировании фасадов длинных зданий за плоскость фасада выносят входы, вентиляционные шахты, лестничные клетки);

2)применение цветовых решений в виде разноцветных стеновых панелей, кирпичных стен из красного и силикатного кирпича;

3)использование декоративных качеств материала (обработка затвердевшей бетонной поверхности фрезами, «присыпка» бетонной поверхности стеклом или щебнем);

4)заимствование средств национальной архитектуры.

4.2.Архитектура интерьеров промышленных зданий

Архитектуру интерьеров формирует:

-общая композиция внутреннего пространства;

-пространственная и планировочная организация;

-упорядоченное размещение многократно повторяющихся элементов и конструкций, технологического оборудования и коммуникаций;

-взаимосвязь с внешней средой и включение элементов живой природы;

-цвет и свет.

Композиция внутреннего пространства должна базироваться на единстве замысла и целостности системы (использование единых мотивов, единого рисунка и цвета полов, однотипность конструкций и окраски стен и потолков, однотипность конструкций перегородок и дверей).

Пространственная и планировочная организация связана с членением пространства здания на отдельные помещения в строгом соответствии с организацией производственно-технологического процесса. При этом стремятся к максимальному укрупнению обособляемых частей пространства путем создания крупных зальных помещений с мобильными сборно-разборными блоками для хранения материалов, готовых изделий, без использования капитальных перегородок.

Элементы конструкций зданий выполняются однотипными и систематизированно размещаются в пространстве, чему способствует

24

применение модульной системы. При этом вид конструкций сильно влияет на архитектуру интерьера. Хорошо воспринимаются подвесные потолки, оболочки, ажурные металлические фермы. Типовые железобетонные конструкции (балки, фермы) громоздки и массивны.

При групповой организации однотипного технологического оборудования используются следующие приемы композиции:

-метрические (ряды с равными интервалами однотипного оборудования);

-линейные (параллельные технологические линии для цехов с конвейерным производством);

-центрические (часть оборудования в группе выделяется своими размерами).

Прокладка внутренних коммуникаций (сетей отопления, вентиляции, водоснабжения, канализации, энергоснабжения) бывает скрытой и открытой. Скрытый способ характерен для производств, не допускающих скопления пыли (электроника, часовая промышленность). При скрытом способе коммуникации располагаются в подвалах, технических этажах, чердаках, тоннелях. При часто применяемом открытом способе добиваются органической связи с архитектурой интерьера путем зонирования, располагая коммуникационные сети в покрытиях, на колоннах, под подкрановыми путями.

Взаимосвязь с внешней средой достигается за счет применения

видовых оконных проемов, озелененных двориков, иллюзорных психологических окон. Для создания иллюзий сближения человека и природы используется включение в интерьер элементов живой природы, т. е. искусственного ландшафта в виде газонов, деревьев, кустарника, фонтанов, водоемов. При этом в неблагоприятных условиях температурно-влажностного и химического режимов растения помещают в специальные замкнутые устройства.

При помощи цвета решаются две главные задачи: повышение эстетических качеств помещения, а также обеспечение условий зрительной работы и комфортного самочувствия; применение цветовой сигнализации.

В последнем случае используются наклонные полосы желтого и черного цветов перемещающегося оборудования и опознавательные цвета трубопроводов (трубопроводы воды окрашиваются в зеленый цвет, пара - в красный, воздуха - в синий, газов - в желтый, кислот - в оранжевый).

25

4.3. Повышение технического уровня промышленных зданий

Технический уровень промышленных зданий определяется:

1)объемно-планировочным решением с учетом модернизации технологического процесса и технического перевооружения;

2)технической надежностью при тенденции снижения материалоемкости;

3)размерами энергетических затрат на санитарно-технические системы;

4)методами строительства и использования эффективных конструкций;

5)экологической безопасностью;

6)санитарными, бытовыми и эстетическими условиями работы. Совершенство объемно-планировочных решений связано с

быстрой сменяемостью технологий производства (от 2 до 10 лет). В связи с этим здания подразделяются на гибкие и универсальные.

Гибкие здания приспособлены к изменению технологии без нарушения строительной основы. В зависимости от размера сеток колонн различают три степени гибкости: малую (от 3х3 до 18х12 м ), среднюю (от 24х12 до 30х12 м) и большую (от 36х12 м и более).

Универсальные здания приспособлены к полной замене технологического процесса и размещению в одном здании принципиально разных производств.

Для универсальных одноэтажных зданий выдвигаются следующие требования:

1)большая степень гибкости, постоянство высот всех пролетов;

2)применение «гибкого» транспорта (подвесного и напольного);

3)использование в качестве покрытий однотипных крупноразмерных элементов (пространственно-стержневых систем, оболочек);

4)использование сплошной фундаментной плиты взамен отдельных фундаментов под колонны и оборудование.

В случае непродолжительного срока службы применяются мобильные здания (склады, ремонтные, служебные помещения). Они представлены тремя типами возведения: 1) сборно-разборным (из секций); 2) блок-контейнерным; 3) контейнерным с ходовой частью.

26

5.ФУНДАМЕНТЫ

5.1.Определение и классификация фундаментов

Здание состоит из подземных и наземных конструкций. Конструктивные элементы здания, находящиеся ниже «нулевой» отметки, относятся к подземной части здания или сооружения. В свою очередь, подземная часть здания состоит из стен подвала или технического этажа, на которые опираются конструкции перекрытия «нулевого» цикла, фундамента и естественного или искусственного основания, куда через конструкции фундамента передается давление от веса здания или сооружения.

При определении типа фундамента и основания архитектор совместно с инженером руководствуется прежде всего характером и механическими качествами грунтов, образующих основание под объект проектирования.

Рис. 5.1. Воздействия на фундаменты:

а – силовые воздействия: 1 – нагрузка от здания; 2 – боковое давление от грунта; 3 – сейсмические нагрузки; 4 – силы пучения грунта; 5 – упругий отпор грунта; 6 – вибрации; 7 – влага грунта; б – несиловые воздействия:

8 – температура помещения подвала; 9 – влага воздуха подвала; 10 – агрессивные примеси в воде и воздухе; 11 – биологические факторы

27

При этом следует помнить, что в качестве основания под фундаменты могут быть использованы:

-искусственно уплотненный грунт (методами механической трамбовки, гидровзрыва, цементации, силикатизации и т. д.);

-несжимаемый грунт, отсыпанный вместо естественного;

-свайные поля различных типов.

Главными условиями при проектировании фундаментов под здания или сооружения являются определение оптимальной глубины заложения подошвы фундамента и максимальное облегчение конструкций подземной части здания, что позволило бы сохранить экологическую нагрузку на природу подземного пространства. С этой точки зрения свайные поля глубокого заложения представляют собой серьезную угрозу экологии.

Заглубленный ниже поверхности грунта конструктивный элемент, воспринимающий нагрузки от здания и передающий их основанию, называют фундаментом. Расстояние от спланированной поверхности грунта до подошвы фундамента называют глубиной зало-

жения фундамента.

Фундаменты классифицируют:

-по материалу – из естественных (дерево, бутовый камень) и искусственных материалов (бутобетон, бетон сборный или монолитный, железобетон);

-по форме – оптимальной формой поперечного сечения жестких фундаментов является трапеция, где обычно угол распределения давления принимают: для бута и бутобетона – 27–33°, для бетона – 45°. Практически эти фундаменты с учетом потребностей расчетной ширины подошвы могут быть прямоугольными и ступенчатыми. Бло- ки-подушки выполняют прямоугольной или трапециевидной формы;

-по способу возведения – сборные или монолитные;

-по конструктивному решению – ленточные, свайные и др.;

-по характеру статической работы – жесткие, работающие только на сжатие, и гибкие, конструкции которых рассчитаны на восприятие растягивающих усилий. К первому виду относят все фундаменты, кроме железобетонных. Гибкие железобетонные фундаменты способны воспринимать растягивающие усилия;

28

- по глубине заложения – мелкого заложения (до 5 м) и глубокого заложения (более 5 м). Минимальную глубину заложения фундаментов для отапливаемых зданий принимают под наружные стены не менее глубины промерзания плюс 100–200 мм и не менее 0,7 м; под внутренние стены – не менее 0,5 м.

5.2. Особенности конструктивных решений

5.2.1. Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты устраивают под все капитальные стены здания. Они представляют собой заглубленные в грунт ленты – стенки из бутовой кладки, бутобетона, бетона или железобетона (рис. 5.2).

Ленточные фундаменты из бутового камня, бутобетонные, бетонные.

В малоэтажных зданиях фундаменты выполняют из бутового камня, бутобетона, бетона и железобетона.

Фундаменты из бутового камня постелистой или рваной формы укладывают на цементно-песчаном растворе с перевязкой (несовпадением) вертикальных швов. Переход от широкой части фундамента к узкой выполняется уступами шириной 150–250 мм и высотой не менее двух рядов кладки. Наименьшая ширина кладки фундаментов (500 мм) принята по условиям перевязки швов. Фундаменты из бутового камня требуют значительных затрат ручного труда, однако там, где природный камень является местным материалом, их возведение экономически целесообразно.

Бутобетонные фундаменты выполняют из бутового камня, втопленного в цементно-песчаный раствор или в бетон. Такие фундаменты возводят для малоэтажных зданий, в щитовой опалубке или траншеях (при плотных грунтах). Уширение фундаментов ведут уступами шириной 150–250 мм и высотой 300 мм. Наименьшая ширина бутобетонных фундаментов 350 мм. По сравнению с фундаментами из бутового камня они менее трудоемки, но отличаются повышенным расходом цемента.

29

Бетонные и железобетонные ленточные фундаменты выполняются в опалубке из бетонов классов прочности на сжатие В7,5 – В30. Устройство таких фундаментов требует повышенного расхода цемента, однако при из возведении сокращаются трудозатраты и обеспечиваются однородность конструкции и эксплуатационная надежность. Рекомендуются для ответственных зданий и сооружений.

Фундамент

Блок стены подвала

Фундамент

Монолитная стена подвала

Рис. 5.2. Ленточные фундаменты для обычных условий: а – сборный; б – монолитный

Ленточные фундаменты из сборных железобетонных кон-

струкций. Большинство бескаркасных зданий возводят на фундаментах из сборных бетонных и железобетонных конструкций. Их монтируют из плит прямоугольного или трапециевидного сечения, укладываемых на выровненное основание или на песчаную подушку. Поверх фундаментных плит по слою раствора устанавливают бетонные фундаментные блоки. Ряды блоков укладывают, соблюдая перевязку швов. Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку.

30