1.4.3. Конструктивные элементы и схемы зданий
Все здания состоят из объемно-планировочных и конструктивных элементов. Объемно-планировочным элементом называют часть объема здания, ограниченного: 1) высотой этажа, отмеряемой от уровня пола до верха вышележащей конструкции; 2) пролетом - расстоянием между продольными осями горизонтальных несущих конструкций и 3) шагом - расстоянием между поперечными осями вертикальных несущих конструкций зданий. Другими словами, пролет делит здание на части по его ширине, а шаг - по длине (рис. 1.1).
Конструктивными основными элементами зданий являются: фундаменты, стены, колонны, перекрытия, крыша, лестницы, перегородки, окна и двери.
Фундаменты - подземные конструкции, предназначенные для передачи нагрузки от несущих элементов здания на основание, естественный или искусственно уплотненный грунт.
Стены - это наружные вертикальные ограждения здания или внутренние вертикальные элементы, разделяющие его по длине и ширине на отдельные помещения.
Колонны (столбы) - опоры, которые служат для поддержания горизонтальных элементов здания, внутренних и наружных ограждений передачи нагрузок от них через фундамент на основание.
Перекрытия - горизонтальные конструкции, которые разделяют здание по высоте на этажи, несут собственный вес и воспринимают основные нагрузки, возникающие при эксплуатации здания, например, массу людей, оборудование, мебели, и т.п.
Крыша - верхнее ограждение здания, которое состоит из водонепроницаемой оболочки, называемой кровлей, и специальной конструкции, ее поддерживающей, называемую стропильной системой или чердачным перекрытием.
Лестницы - являются вертикальными коммуникациями здания и служат для сообщения между этажами. По противопожарным соображениям лестницы огораживаются несгораемыми стенами. Пространство внутри этих стен называют лестничными клетками.
Перегородки - это легкие стены, устанавливаемые на перекрытия и предназначенные для разделения внутреннего пространства здания на отдельные помещения.
Рис. 1.1. Основные элементы зданий:
1 – фундамент; 2 - несущие продольные стены; 3 – перекрытия;
4 – перегородки; 5 - стропильная система крыши; 6 – кровля;
7 – лестницы; 8 - оконные и дверные проемы
Окна и двери - это проемы в наружных и внутренних стенах здания. Окна являются прозрачными ограждающими конструкциями здания и предназначены для естественного освещения помещения. Дверь служит для изоляции помещения и связи между ними.
Части здания, воспринимающие все виды нагрузок, как внутренних, так и внешних, называют несущими. Фундаменты, колонны, перекрытия и стены, как правило, относятся к несущим конструкциям и составляют несущий остов здания. Другие части здания, защищающие его помещения от воздействия внешней среды или разделяющие помещение, называют ограждающими.
В зависимости от несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий - с несущими стенами и каркасные (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Конструктивные схемы зданий:
а - с продольными несущими стенами; б - с поперечными несущими стенами; в - с общим каркасом; г - с внутренним несущим каркасом
Первая схема представляет собой конструкцию, объединяющую наружные и внутренние стены в единый стеновой остов. Этот остов воспринимает все нагрузки и является не только несущей, но и ограждающей конструкцией здания. Устойчивость несущего остова обеспечивается устойчивостью стен, жесткостью перекрытий и прочностью связей между отдельными элементами конструкции. Здания могут быть с продольными и поперечными несущими стенами. Число продольных несущих стен может быть от 2 до 4 и более в зависимости от планировки здания. Толщина и свободная длина этих стен определяется расчетом прочности и устойчивости, а также теплозащитными свойствами. Стены могут быть кирпичными, блочными или крупнопанельными. При этом высота зданий с таким остовом не должна превышать девять этажей.
Главное преимущество схемы с поперечными несущими стенами заключается в том, что они не должны обладать теплозащитными свойствами, так как находятся внутри здания, и поэтому могут быть возведены из высокопрочных материалов, например, железобетона. При этом наружные стены, как ненесущие, могут быть возведены из теплоизоляционных, но мало прочных материалов. На практике часто осуществляется смешанная конструктивная схема, в которой несущими являются как продольные, так и поперечные стены.
В каркасных зданиях нагрузки воспринимаются системой вертикальных стоек- колонн, расположенных по периметру и внутри здания, а так же системой горизонтальных связей в виде балок, прогонов, ригелей, перекрытий. Все эти элементы должны быть связаны между собой в виде этажерки. Поэтому устойчивость каркасных зданий обеспечивается надежностью соединения всех элементов несущего каркаса. Главное преимущество каркасной схемы состоит в том, что каркас воспринимает все нагрузки, а стены выполняют лишь функции ограждения. Поэтому каркас делают из железобетона и металла, а стены - из легких материалов с высокими теплозащитными свойствами.
Достаточно широко применяется и схема с неполным или внутренним каркасом, которая представляет систему, состоящую из фундамента, продольных наружных стен, одного или нескольких продольных рядов внутренних колонн, связанных ригелями, перекрытиями и покрытиями. В практике строительства гражданских зданий встречается конструктивная схема, состоящая из объемно-пространственных элементов (деталей). Из этих деталей-блоков дом собирается как из кубиков.