Теоретичний матеріал до теми 1.

2. Конструктивні елементи цивільних будинків. Конструктивні схеми будівель.

Конструктивні елементи будівель

Конструктивні елементи будівель поділяють на огороджуючі, які відокремлюють приміщення від зовнішнього середовища або одне від одного; несучі, що приймають навантаження, які діють у будівлі; і елементи, які суміщають огороджуючі та несучі функції. Основні конструктивні елементи будівель – це фундаменти, стіни, окремі опори, перекриття, перегородки, сходи, дахи (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Об’ємно-планувальні і конструктивні елементи будівлі: 1 – сходова клітка; 2 – кімната; 3 – фундамент; 4 – перекриття над підвалом; 5 – внутрішня стіна; 6 – перегородка; 7 – міжповерхове перекриття; 8 – зовнішня стіна; 9 – горищне перекриття; 10 – дах; 11 – вікно; 12 – сходи; 13 – двері

Фундаменти – це підземні частини будівель, що сприймають навантаження від розташованих вище них конструкцій і передають їх на основи. Нижню площину фундаменту, що стикається з основами, називають

підошвою. Фундаменти є несучими конструкціями, а якщо вони застосовуються для утворення підвалів, то одночасно й огороджувальними.

Стіни – звичайно, вертикальні конструкції, що відокремлюють приміщення від зовнішнього простору (зовнішні стіни) або від інших приміщень (внутрішні). У цьому полягає їхня огороджувальна функція. Якщо стіни несуть навантаження тільки від власної ваги, вони – самонесучі, і виконують лише огороджувальну (захисну, ізолюючу і т.п.) функцію. Коли стіни сприймають ще навантаження від перекриттів і даху, що спираються на них, тоді їх називають несучими, хоча одночасно вони виконують і огороджувальну функцію. Якщо стіни (наприклад, розрізані по висоті поверхів на великі панелі) самі спираються на колони чи на міжповерхові перекриття, вони виконують лише огороджувальну функцію і є навісними.

За своїм місцезнаходженням у будівлі стіни можуть бути подовжніми і поперечними; останні, якщо вони зовнішні, є торцевими.

Перекриття – горизонтальні конструкції, що розділяють внутрішній простір будівлі на поверхи та призначені для розташування на них людей, меблів і устаткування. Вони сприймають ці навантаження і передають їх на вертикальні несучі конструкції (стіни, стовпи, колони). Як структурні частини будівлі перекриття виконують також і огороджувальну функцію (зверху і знизу суміжних приміщень). Окрім того, вони мають важливе значення у забезпеченні просторової стійкості та жорсткості будівель.

У залежності від місцезнаходження в будівлі перекриття бувають:

• нижні, що відокремлюють перший (нижній) поверх від ґрунту;
• надпідвальні, що відокремлюють підвальний чи цокольний поверх;
• міжповерхові, що розділяють суміжні по висоті поверхи;
• горищні або верхні (при відсутності горища), що відділяє горище і верхній поверх.

Функції їх як огороджуючих конструкцій різні: міжповерхові є внутрішніми огороджуючими конструкціями і їх основна функція з точки зору будівельної фізики – звукоізоляційна, інші перекриття є зовнішніми, і їх основна функція – теплоізоляція приміщень.

Зверху перекриття звичайно мають підлогу – конструктивний елемент, що лише огорожує, у виді настилу, по якому ходять.

Окремі опори – це стійки (колони, стовпи) для підтримки перекриттів, стін чи даху; вони передають їх навантаження на фундаменти.

Перекриття спираються на колони, але частіше – на покладені по колонах балки перекриттів (прогони чи ригелі).

Колони і балки утворюють каркас будівель, який для забезпечення геометричної незмінюваності має вертикальні сталеві зв’язки (тобто трикутного обрису стрижні) або залізобетонні діафрагми (тобто тонкі жорсткі стінки), що з’єднані з колонами і балками. При відсутності зв’язків чи діафрагм вузли сполучення між колонами і балками мають бути жорсткими (не шарнірними). Усі елементи каркасу є суто несучими.

Дах – верхня частина будівлі, що відокремлює його внутрішній простір від зовнішнього середовища і захищає від атмосферних опадів і інших

навантажень та дій згори. Для водовідведення дах виконують зі схилами (похилими площинами), по яких утворюють верхню водонепроникну оболонку

– покрівлю. Під нею дах має внутрішній простір – горище. Навантаження на дах сприймають її несучі елементи – крокви. Таким чином, дах сполучає несучу й огороджувальну функції, а покрівля виконує лише огороджувальну функцію.

Дах разом з горищним перекриттям називають покриттям. У багатьох будівлях дах не має горища. Тоді функції горищного перекриття і даху поєднують в одній конструкції – суміщеному покритті.

Перегородки – тонкі внутрішні стінки, що поділяють внутрішній простір в межах одного поверху на окремі приміщення. Перегородки спираються на перекриття і ніякого навантаження (окрім власної ваги) не несуть, тому є огороджувальною частиною будівлі.

Сходи служать для сполучення між поверхами, витримують навантаження від ваги людей і інші. Їх, зазвичай, розташовують в окремих приміщеннях – сходових або сходово-ліфтових клітках. Тому власне сходи є несучими конструкціями, а клітки – суміщають несучі та огороджувальні функції. При цьому сходові або сходово-ліфтові клітки утворюють просторову жорстку одночасно конструктивну і об’ємно-планувальну структурну частину будівлі, що називається ядром жорсткості.

Для природного освітлення приміщень та їх провітрювання служать вікна – засклені конструкції, що вставляються у віконні прорізи зовнішніх або (рідше) внутрішніх стін.

Сполучення між приміщеннями на одному поверсі, а також між приміщеннями і зовнішнім простором здійснюють за допомогою дверей – глухих або частково (іноді цілком) засклених конструкцій, котрі вставляють у дверні прорізи внутрішніх і зовнішніх стін.

Багатоповерхові, переважно, житлові або громадські будівлі можуть мати літні приміщення, які забезпечують зв’язок внутрішніх приміщень на поверхах із зовнішнім простором. До них відносяться балкони, лоджії й еркери, а також тераси, веранди.

Балкони – це винесені за площину зовнішньої стіни огороджені консольні (тобто без опор на вільних кінцях) площадки.

Лоджії, на відміну від балконів, мають по бічних сторонах глухі опори – стіни на всю ширину площадки (виносні лоджії) чи є відкритими, відгородженими внутрішніми приміщеннями (вбудовані лоджії).

Еркери – це частково винесені за площину зовнішньої стіни внутрішні приміщення, що мають з трьох боків вікна.

Тераси – криті чи відкриті площадки, прибудовані до одноповерхових будинків або влаштовані на пласких покриттях багатоповерхових будівель.

Веранди – неопалювані засклені приміщення перед входом в основні приміщення малоповерхових, переважно, присадибних будинків.

Інші архітектурно-конструктивні елементи будівель:

• вимощення – звичайно асфальтові смуги, виконані впритул навкруги будівлі з ухилом назовні для відведення води (дощової, талої);
• ліхтарі верхнього природного світла – засклені конструкції, що влаштовують у покриттях;
• тамбури – невеликі обгороджені приміщення на першому поверсі з двома парами дверей усередині чи зовні будівель, що служать для збереження в них тепла у зимовий період при відкриванні дверей;
• козирки – невеликі навіси над вхідними дверима будівель, а також над верхніми балконами та лоджіями;
• ґанки – вхідні площадки у зовнішніх дверей; тощо.

Конструктивні типи і конструктивні схеми цивільних будівель

Основою конструктивного вирішення будівель є вибір конструктивної й будівельної системи, а потім – конструктивної схеми.

Конструктивна система – це сукупність взаємозв’язаних вертикальних і горизонтальних несучих елементів (конструкцій) будівлі, які забезпечують його міцність, жорсткість та стійкість.

Будівельна система – це комплексна характеристика конструктивного вирішення споруди за матеріалом та технологією зведення основних несучих конструкцій. Будівельні системи бувають традиційні, монолітні та повнозбірні.

Конструктивна схема будівлі є варіантом конструктивної системи за ознаками складу й розміщення у просторі основних несучих конструкцій. Її вибирають на початковій стадії проектування з урахуванням об’ємно- планувальних, конструктивних і технологічних вимог.

Фундаменти, стіни, окремі опори й перекриття з’єднуються між собою в просторі, утворюючи несучий кістяк будівлі.

У залежності від виду основних несучих елементів кістяка будівлі мають такі конструктивні типи: безкаркасний, каркасний, з неповним каркасом (рис. 2.2).

У безкаркасних будівлях навантаження від перекриття приймається стінами, тому цей конструктивний тип будівлі ще називають з несучими стінами. Безкаркасні будівлі складаються з системи комірок, утворених стінами та перекриттями (рис. 2.2 а). Цей конструктивний тип будівель найбільше розповсюджений при будівництві житлових будинків, шкіл та інших громадських будівель.

Рис. 3.2. Конструктивні типи громадських будівель: а – безкаркасний; б – каркасний; в – з неповним каркасом. 1 – несучі стіни; 2 – міжповерхове перекриття; 3 – колони; 4 – ригель; 5 – ненесучі стіни

 

У каркасних будівлях навантаження від перекриття приймається каркасом (колонами, ригелем, прогонами, фермами). Каркасний тип будівлі являє собою багатоярусну просторову систему, яка складається з колон і міжповерхового перекриття (рис. 3.2 б). Оскільки несучими елементами в таких будівлях є колони, ригелі та перекриття, то стіни виконують у них огороджуючу роль. Такий тип будівель найчастіше використовують для будівель підвищеної поверховості, а також тоді, коли необхідно мати приміщення великих розмірів, вільних від внутрішніх опор.

У будівлях з неповним каркасом (рис. 2.2 в) навантаження від перекриття приймається внутрішнім рядом колон і зовнішніми стінами. У цих будівлях внутрішні стіни замінюються внутрішнім каркасом, одним або декількома рядами колон, по яких укладаються ригелі. На ригелі спираються плити перекриття.

Включення в несучий кістяк будівлі елементів внутрішнього каркаса дає економію стінового матеріалу і збільшує при однакових розмірах будівлі її корисну площу.

Кожний конструктивний тип будівлі має декілька конструктивних схем, які відрізняються взаємним розташуванням несучих елементів.

Для безкаркасних типів будівель (рис. 2.3) характерні такі конструктивні схеми: з повздовжнім розташуванням несучих стін (в цьому випадку на поздовжні стіни спираються плити перекриття); з поперечним розташуванням несучих стін (коли на поперечні стіни спираються плити перекриття); перехресна – зі спиранням плит на поздовжні та поперечні стіни (по контуру).

Рис. 2.3. Конструктивні схеми безкаркасних будівель: а – з повздовжнім розташуванням несучих стін; б – з поперечним розташуванням несучих стін; в – з поперечними і повздовжніми несучими стінами. 1 – зовнішні і внутрішні несучі стіни; 2 – плити міжповерхового перекриття; 3 – внутрішні поперечні несучі стіни; 4 – торцева несуча стіна; 5 – повздовжні і поперечні несучі стіни; 6 – плити перекриття, оперті по контуру

 

Будівлі каркасного типу (рис. 2.4) можуть мати схеми: з поперечним розташуванням ригелів, з поздовжнім розташуванням ригелів, з перехресним розташуванням ригелів, безригельні.

Будівлі з неповним каркасом (рис. 2.5) можуть мати схеми: з поздовжнім розташуванням ригелів, з поперечним розташуванням ригелів, безригельні.

Порівняно з конструктивним типом будівлі, конструктивні схеми дають глибшу характеристику особливостям несучого кістяка будівлі (рис. 2.6).

Вибір конструктивної схеми впливає на об’ємно-планувальне рішення будівлі та визначає тип його основних конструкцій.

Рис. 2.4. Конструктивні схеми каркасних будівель: а – з поперечним розташуванням ригелів; б – з поздовжнім розташуванням ригелів; в – з перехресним розташуванням ригелів; г – безригельна. 1 – колони; 2 – ригелі; 3 – самонесучі стіни; 4 – плити міжповерхового перекриття; 5 – повздовжній ригель; 6 – між колонні плити перекриття

Рис. 3.5. Конструктивні схеми будівель з неповним каркасом: а – з поздовжнім розташуванням ригелів; б – з поперечним розташуванням ригелів; в – безригельні. 1 – зовнішні стіни; 2 – колони; 3 – міжповерхові плити перекриття; 4 – ригелі; 5 – плити перекриття