Конструктивные схемы

Основные параметры здания

Все здания состоят из отдельных взаимно связанных между собой частей и элементов, которые делятся на три большие группы (слайд №1):

• объемно-планировочные элементы – крупные части, на которые можно разделить весь объем здания (этаж, чердак, подвал, мансарда, отдельные помещения);

• конструктивные элементы – отдельные части здания, которые определяют структуру здания, т.е. составляют его скелет (фундаменты, стены, опоры, перекрытия, крыша);

• строительные изделия – сравнительно мелкие элементы, из которых состоят конструктивные элементы (кирпич, панели, плиты, ступени).

Основные параметры зданий и сооружений, которые характеризуют их объемно-планировочные и конструктивные решения являются шаг, пролет и высота этажа.

(слайд №2) Шагом называется расстояние между основными поперечными несущими конструкциями (колоннами, стенами).

Пролётом называется расстояние между продольными несущими конструкциями (колоннами, стенами).

Высотой этажа называется расстояние между уровнем пола данного этажа до уровня пола вышележащего этажа.

(слайд №2) Объемно-планировочным элементом называется часть объема здания с размерами, равными высоте этажа, пролёту и шагу.

(слайд №2) По своему назначению все конструктивные элементы здания подразделяются на несущие и ограждающие.

(слайд №2) Несущие конструктивные элементы воспринимают все нагрузки, возникающие в здании или действующие на здание, ограждающие отделяют помещения от внешнего пространства и одно помещение от другого.

Часто конструктивные элементы выполняют и несущую и ограждающую функции одновременно.

Основными конструктивными элементами здания являются: фундамент, стены, отдельные опоры, перекрытия, крыша, лестницы, перегородки, двери, окна.

Существуют и другие конструктивные элементы здания, которые не являются обязательными для каждого здания и поэтому не входят в состав основных конструктивных элементов (например: балконы, лоджии, козырьки, лифтовые шахты, фонари).

Основные несущие конструкции здания, а именно фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия, воспринимая и передавая друг другу все нагрузки, действующие на здание и внутри здания, включаются в совместную работу и составляют единую пространственную конструктивную систему, которая получила название несущий остов здания.

Планировочное решение здания во многом зависит от его конструктивной системы, применяемых строительных материалов и методов строительства. Выбор той или иной конструктивной системы происходит на начальном этапе проектирования здания и взаимосвязывает объемно-планировочное решение здания, а также определят тип его основных конструкций.

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.

Различают три основные конструктивные системы зданий: бескаркасная, каркасная и комбинированная (т.е. с неполным каркасом).

Бескаркасная система представляет собой жесткую, устойчивую коробку из взаимосвязанных наружных и внутренних стен и перекрытий. Стены воспринимают нагрузки от междуэтажных перекрытий.

При проектировании бескаркасных зданий (с несущими стенами) применяют следующие конструктивные схемы:

• с продольными несущими стенами (слайд 4, а). В этом случаи плиты перекрытия опираются на продольные несущие стены, а торцевые стены и, если здание протяженное, промежуточные поперечные стены служат, лишь элементом жёсткости, или диафрагмами жесткости. Торцовые поперечные стены в этом случаи имеют нулевую привязку. Они не несут нагрузки от перекрытия и поэтому являются самонесущими. В практике строительства обычно устраивают 3 продольные стены для жилых домов, а 4 – для общественных зданий.

• если плита перекрытия опирается на поперечные стены, то получается конструктивная схема с поперечными несущими стенами (слайд 5, б). Продольные стены в этом случае уже будут самонесущими и выполнять функции диафрагм жёсткости, имея при этом нулевую привязку. Данная конструктивная схема очень эффективна при строительстве гостиниц, санаториев и других зданий, где требуются большие оконные проёмы в наружных продольных стенах, так как в этом случае продольная стена не несет нагрузки от перекрытия, то устройство широких проемов в них не вызывает конструктивных трудностей.

• существует конструктивная схема смешенного типа (слайд 5, в), т.е. применение совместно продольных и поперечных несущих стен. Такие схемы применяются при сложной планировке здания с разнообразными помещениями, где расположение плит перекрытий в одном направлении не представляется возможным.

Конструктивные схемы с несущими стенами очень надёжны и просты по своему устройству. Но они имеют существенные недостатки. Длина плит перекрытия обычно не превышает 12 м, а это значит, что через каждых 12 м необходимо возводить стену для опирания плиты, поэтому запроектировать большое помещение при этих схемах затруднительно. А если при реконструкции здания возникла необходимость перепланировки, то несущую стену передвинуть или убрать совсем будет невозможно. Возможность в процессе эксплуатации здания менять расположение и размеры помещений обеспечивает гибкую планировку. Гибкость планировочных решений может возникнуть не только в промышленных зданиях, где учитываются жёсткие технические требования к помещениям, но и для гражданских зданий, в том числе и для современного жилья. Поэтому вместо внутренних несущих стен можно поставить отдельные опоры (колонны), соединить их ригелями (балками перекрытий) и уже на ригели опирать плиты перекрытий. При этом решение можем получить большие помещения, внутри которых будут стоять колонны. В этом случае передвинуть или убрать перегородку, чтоб изменить размеры помещений, не сложно.

Тогда из схемы с несущими стенами получается схема с наружными несущими стенами и с внутренним каркасом или здание с неполным каркасом. (слайд 6, г, д).

Но у зданий с несущими стенами есть ещё один недостаток, они материалоёмкие и очень тяжёлые, а это не экономично. Чтобы избежать этого, достаточно заменить не только внутренние, но и наружные несущие стены на отдельные опоры и получить, таким образом, каркасное здание.

В каркасных зданиях применяются схемы с продольным расположением ригелей (слайд 7, а), с поперечным расположением ригелей (слайд 7, б) и с перекрёстным расположением ригелей (слайд 7, в), а также безригельные (слайд 7, а, второй ряд).

Основными элементами каркасных зданий являются рымы-стойки, жёстко или шарнирно соединяемые с ригелями.

Жесткий диск перекрытия хорошо распределяет нагрузки по всему зданию и включает в совместную работу все колонны каркаса. Но чтобы здание не «сложилось» под воздействием горизонтальных сил, нужны еще вертикальные элементы жёсткости. Их выполняют в виде вертикальных металлических конструкций (связи жесткости) или в виде специальных железобетонных перегородок (диафрагмы жесткости).

Наружные стены в этом случае несут только ограждающую функцию и могут выполняться из легких материалов в виде навесной конструкции.

Правила привязки несущего остова к модульным осям

Шаг и пролёт обозначаются модульными осями. Модульные оси определяют расположение основных несущих и ограждающих конструкций (это стены и колонны), а также расчленяют план здания на основные элементы.

Для зданий различных строительных систем в целях сокращения числа типов сборных изделий приняты различные правила привязки.

Привязка – это расположение конструктивного элемента относительно модульных осей здания.

Несущие конструкции привязываются к модульным осям по-разному. Например, в зданиях с несущими продольными и поперечными стенами привязка производится следующим образом:

• внутреннею грань наружной стены размещают от оси на расстоянии равной смещению конструктивного элемента с учетом его примыкания и опирания на стену;

• во внутренней стене модульная ось будет совпадать с геометрической осью симметрии стены;

• в несущих стенах, где перекрытие не опирается, привязка будет нулевой, а это значит, что внутренняя грань стены и ось совпадут.