Архитектурно-конструктивные элементы

Несмотря на значительные различия, существующие между зданиями разного назначения как во внешнем виде, так и во внутренней структуре, все они состоят из основных взаимосвязанных архитектурно-конструктивных элементов, выполняющих свои особенные функции.

Основные элементы здания можно подразделить на следующие группы:

- Несущие. Они воспринимают основные нагрузки, возникающие в здании.

- Ограждающие. Они разделяют помещения, а также защищают их от атмосферных воздействий и обеспечивают сохранение в здании определенной температуры.

- Элементы, которые совмещают и несущие, и ограждающие функции.

Несущие конструкции в совокупности образуют пространственную систему – сочетание вертикальных и горизонтальных элементов, которую называют несущим остовом здания.

Основообразующие конструкции:

- Фундаменты

- Перекрытия

- Стены

- Отдельностоящие опоры

- Несущие элементы покрытия

Фундаменты служат для передачи нагрузок от собственного веса здания, от людей и оборудования, от снега и ветра на грунт. Они являются подземными конструкциями и устраиваются под несущими стенами и столбами. Грунт является основанием для фундаментов. Основание должно быть прочным и малосжимаемым при его нагружении. Верхние слои грунта, как правило, недостаточно прочные. Поэтому подошву фундамента располагают (закладывают) на некоторой глубине от поверхности земли. Глубина заложения фундамента определяется не только прочностью грунта, но и его составом и климатическими особенностями местности. Так, в глинистых, суглинистых супесчаных грунтах и в мелких песках глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта. В отапливаемых зданиях глубина заложения фундамента может быть уменьшена в зависимости от теплового режима в здании (центральное или печное отопление, расчетные внутренние температуры), так как отапливаемое здание прогревает грунт под ним и глубина промерзания уменьшается. Указанные выше виды грунтов подвержены пучению. Вода, скапливающаяся под подошвой фундамента, замерзает и увеличивается в объеме. Это приводит к неравномерному выпиранию грунта и появлению трещин в фундаментах и стенах.

Фундаменты обычно делают из водостойкого материала (бетонные блоки, монолитный железобетон). В зданиях исторической застройки фундаменты обычно делались из естественного камня (бута) или из бутобетона. Кирпич практически не применялся, за исключением очень хорошо обожженного так называемого инженерного кирпича, практически не впитывавшего воду.

Основные типы фундаментов следующие: ленточные, столбчатые, свайные и в виде монолитной железобетонной плиты иод всем зданием.

Ленточные фундаменты подразделяются на сборные и монолитные. Монолитные выполняются из кладки бутового камня.

О ни трудоемки в изготовлении и применяются в настоящее время для малоэтажного строительства только там, где бутовый камень является местным строительным материалом. Более рационально изготавливать фундаменты из монолитного бетона с применением инвентарной щитовой опалубки. Ленточные фундаменты из сборных железобетонных блоков являются наиболее рациональным решением при наличии в районе строительства производства таких блоков и кранового оборудования для их монтажа.

С толбчатые фундаменты применяют при строительстве малоэтажных зданий, передающих на грунт давление меньше нормативного, или при возведении каркасных зданий. Столбчатые фундаменты могут быть монолитными или сборными. При стеновой конструктивной системе возводимого здания они устанавливаются под углами стен, а также в местах пересечения продольных наружных и поперечных внутренних стен, но не реже чем через 3–5 м. Фундаментные столбы связывают железобетонными фундаментными балками прямоугольного или таврового сечения. Для каркасных зданий индустриального строительства устраиваются столбчатые фундаменты стаканного типа.

Свайные фундаменты применяют в основном при слабых грунтах. По способу погружения в грунт различают забивные и набивные сваи. Забивные – предварительно изготовленные железобетонные сваи, забиваемые в грунт с помощью копров. В исторических зданиях могут быть деревянные и стальные сваи. Набивные сваи изготавливают непосредственно в грунте в заранее пробуренных скважинах. По характеру работы в грунте различают сваи-стойки, передающие нагрузку через слабый грунт на глубоко расположенный прочный слой грунта, и висячие сваи, передающие нагрузку за счет сил трения между поверхностью сваи и грунтом

Перекрытиями называют конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи. Перекрытия ограничивают этажи и расположенные в них помещения сверху и снизу (ограждающие функции) и несут, кроме собственного веса, полезную нагрузку, т.е. вес людей, оборудования и предметов, находящихся в помещениях (несущие функции). Кроме того, перекрытия играют весьма существенную роль в обеспечении пространственной жесткости здания, т.е. неизменяемости его конструктивной схемы под действием всех возможных нагрузок.

Перекрытия, в зависимости от их расположения в здании, бывают междуэтажные, разделяющие смежные по высоте этажи; чердачные, отделяющие верхний этаж от чердака; нижние, отделяющие нижний этаж от грунта, и над подвальные, отделяющие первый этаж от подвала. По верху междуэтажных перекрытий настилают полы в зависимости от назначения и режима эксплуатации помещения. А нижняя поверхность перекрытия (или покрытия) образует потолок для нижележащего помещения.

Перекрытия бывают: балочные, без применения балки, деревянные, монолитные железобетонные, из полистирол бетона.

Использование балочного вида перекрытий. В балочных перекрытиях используются деревянные, а также стальные балки. Каждая балка должна выполнять функции защиты пространства, устраняя утечки тепла и производит шумоизоляцию. В случае, если монтаж междуэтажных перекрытий в деревянном исполнении, применяются специальные сорта дерева. Деревянное покрытие состоит не только из балок.

Если при строительстве здания необходимо получить прочное перекрытие, следует использовать балки из металла. Вставки выполняются, используя железобетонные плиты. В отличие от деревянных вариантов, размер помещения не влияет на отказ, так как металлические балки доступны в исполнении любой длины.

Данный тип балок прочен и не подвержен механическим влияниям. Коррозийные достоинства ниже, так как влага вызывает разрушение металла при постоянном воздействии. Для избегания этого эффекта следует использовать войлочные материалы в качестве изоляции поверхности железных балок.

Перекрытия без применения балки. Однородность конструкции позволяет производить монтаж перекрытия без использования балочной основы. Функции замены выполняют настилы. В многоэтажных строениях из кирпича применяют плиты и панели, они могут быть как сборными, так и монолитными. Универсальная возможность использовать настилы в качестве опоры, а также использовать функционал в качестве вставок, позволили добиться отсутствия балочной основы.

Монолитная плита прочнее чем сборные, но виды монтажа перекрытия более сложные. Сплошная монолитная конструкция увеличивает нагрузку на несущие стены, при её установке невозможно обойтись без специальной грузоподъемной техники. При небольших размерах объекта рентабельнее использовать сборный тип перекрытий.

Деревянные перекрытия. Такие покрытия по конструкции и материалу имеют оптимальный вес для перевозки и монтажа, не давят на несущие стены здания. Из минусов можно выделить горючесть материалов и подверженность к воздействию грызунов и насекомых. Строительные пропитки в полной мере решают эту задачу.

Традиционное перекрытие, используемое в большинстве домов из любых типов строительных материалов и способов строительства здания. Во время установки балок, на внутренних стенах используют листы рубероида в два слоя. Конструкция наката выполняется из одинарных досок или щитов. Если необходимо использовать короткие и тонкие сечения балок, специально монтируют дополнительные несущие перегородки, чтобы избежать прогиба и нарушения конструкции.

С боковых сторон, на балки крепятся черепные бруски. Накат рассчитывается по ним. Низ наката располагают в одну плоскость с низом балок. Для декоративного эффекта балки намеренно делают более длинными, чтобы они были выступающими.

Монолитные железобетонные перекрытия. Выбор на железобетонные покрытия падает при необходимости в надёжных и крепких конструкциях. Монолитные перекрытия на порядок качественнее разборных, а также отсутствует необходимость в дорогостоящей перевозке. При отсутствии швов, бетон имеет более цельную структуру и отличается повышенной прочностью.

Опалубка устанавливается горизонтально, исключая наличие зазоров. По протяженности устанавливают арматуру, оплетая проволокой в виде сетки, делая ячейки по 20×20 сантиметров. Арматура укладывается с зазором более 2,5 сантиметров. Для соблюдения размерностей необходимо использовать специальные подставки. Есть возможность самостоятельного изготовления их из подручных материалов.

Размерность арматурных стержней высчитывается в соотношении с размером перекрытия. Учитывается способность сопротивления нагрузке. При необходимости добавляется дополнительный ряд арматуры. Для этого необходимо специальным образом заранее подготавливать плоскость первого ряда.

Между железобетонным перекрытием и несущими стенами необходимо использовать пояс из хомутов, для увеличения прочности. Бетон может быть заказным, а также рентабельно производить его на месте используя бетономешалки. Равномерность распределения бетона необходимо поддерживать весь процесс заливки, следя за скоростью и непрерывностью наполнения в опалубку. Снимать опалубку можно только после того как бетон наберет необходимую прочность.

Полистирол бетон для перекрытий. Облегчённый бетон, используемый в основе конструкции, позволяет монтировать несколько видов перекрытий:

- монтажное перекрытие, при котором монтируются несущие балки и используются плиты перекрытия;

- полумонтажное перекрытие, наличие железобетонного слоя, позволяет и защищает цельность структуры;

- монолитную, используемую по профнастилу.

Весовые характеристики позволяют облегчить давление на каркас строения. В таком случае, требования к прочности стен уменьшаются, что позволяет дать распространенность такому перекрытию и обеспечивают его универсальность. Прочность, наличие защиты и сопротивление шуму не уменьшаются из-за пористости структуры. Лёгкий монтаж дополняет положительные аспекты использования именно такого перекрытия.

Любые погодные условия не составляют препятствия для монтажа этих плит. Сам монтаж может производиться, как и с помощью техники, так и вручную. Единственным главным минусом такой системы перекрытия, представляется цена материала и низкие показатели прочности материала.

Стена — вертикальная ограждающая конструкция, отделяющая помещение от окружающего пространства или соседнего помещения. Стены делятся на несущие, самонесущие и ненесущие (навесные и стены-заполнения). По месту расположения в здании они могут быть наружными и внутренними. Несущие стены обычно называют капитальными. Эти стены опираются на фундаменты. Самонесущие стены передают на фундаменты нагрузку только от собственного веса. Ненесущие стены несут нагрузку от собственного веса только в пределах одного этажа. Они передают эту нагрузку либо на поперечные несущие стены, либо на междуэтажные перекрытия

Массовым материалом для стен был кирпич-сырец, а обожженный кирпич имел ограниченное применение. Широко применялось дерево. В стоечно-балочных конструкциях, наряду с деревянными балками, использовались доски в виде настилов, прокладок, облицовок. Кладка стен и колонн зданий из камня проводилась без раствора — «насухо». Швы тщательно подгонялись, возможно, с притиркой песком. Колонны складывались из цилиндрических блоков-барабанов и скреплялись между собой дюбелями из твердых пород дерева, железа или бронзы, предохранявшими их от смещения.

Сейчас стены традиционных строительных систем возводятся из мелкоразмерных элементов (это традиционный тип конструкции стены). Это кирпич, мелкие керамзитобетонные и газобетонные блоки или блоки из пиленого природного камня, туфа или ракушечника с малой теплопроводностью. Стены традиционных построек могут быть также деревянными из бревен, брусьев или каркасно-щитовыми. К этому типу относятся фахверковые здания в средневековых городках Европы. Здесь каркас стен из бревен заполняется кирпичом на глиняном или известковом связующем. Один из самых распространенных материалов для стен традиционной постройки служит кирпич керамический полнотелый и пустотелый (пустотелый имеет по сравнению с полнотелым лучшие теплотехнические характеристики).

Прочность каменной стены из мелкоразмерных элементов обеспечивается прочностью камня и раствора и укладкой камней с перевязкой вертикальных швов как в плоскости стены, так и в плоскостях примыкающих стен.

Отдельными опорами называют стойки (столбы или колонны), предназначенные для поддержания перекрытий, крыши, а иногда и стен и передачи нагрузки от них непосредственно на фундаменты. Перекрытия могут опираться или непосредственно на колонны, или, что чаще, на уложенные по ним мощные балки, называемые прогонами. Колонны и прогоны образуют каркас здания.

Вспомогательные элементы:

1) перегородки

2) заполнение проемов (оконных, дверных, ворот)

3) лестницы

4) мусоропроводы

5) инженерное оборудование (лифты, подъемники, эскалаторы и др.)

6) прочие элементы (балконы, лоджии, сан.кабины и др. )

7) элементы, обеспечивающие пространственную жесткость здания

8) элементы вентиляции зданий

Внутренние ненесущие стены – это обычно перегородки. Они служат для деления в пределах этажа больших помещений, ограниченных капитальными стенами, на более мелкие помещения. Они, как правило, не опираются на фундаменты, а устанавливаются на перекрытиях. Перегородки опираются в каждом этаже на перекрытия и никакой нагрузки, кроме собственного веса, не несут. Во время эксплуатации здания без нарушения его конструктивной целостности перегородки можно удалять или переносить на другое место. Такие перестройки ограничиваются только административными положениями.

Лестницы служат для сообщения между этажами. Из противопожарных соображений лестницы, как правило, заключаются в специальные, огражденные стенами, помещения, которые называются лестничными клетками.

Для освещения помещений естественным светом и для их проветривания (вентиляции) служат окна, а для сообщения между соседними помещениями или между помещением и наружным пространством - двери. В некоторых случаях при необходимости ввода в помещение крупного оборудования или средств транспорта помимо дверей устраивают еще и ворота.

По характеру статистической работы все несущие конструкции подразделяются на плоскостные и пространственные. В плоскостных – все элементы работают под нагрузкой автономно, как правило, в одном направлении, и не участвуют в работе конструкций, к которым они примыкают. В пространственных – все или большинство элементов работают в двух направлениях и участвуют в работе сопрягаемых с ними конструкций. Благодаря этому повышается жесткость и несущая способность пространственных конструкций и снижается расход материалов на их изготовление.

Выбор типа и материала несущих конструкций при проектировании определяется величинами перекрываемых пролетов. При малых пролетах применяют простые плоскостные и стержневые конструкции, при больших – более сложные пространственные.

Различают несколько видов основных несущих элементов – стержни, пластины (плиты), пространственные оболочки и массивные или трехмерные тела.

Стержень (стойка) – простейший элемент, у которого два измерения (толщина и ширина) малы по сравнению с третьим – длиной.

Пластина (плита) – это элемент, у которого одно измерение – толщина – мало по сравнению с двумя другими. Криволинейные плиты называются оболочками.

Массивными являются элементы, у которых все три генеральных размера примерно одного порядка.