Основы архитектуры (Рыбакова Г.С., Першина А.С., Бородачёва Э.Н.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Г.С. Рыбакова, А.С. Першина, Э.Н. Бородачёва
ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ
Учебное пособие
Печатается по решению редакционноиздательского совета СГАСУ от 06.02.2015 г.
Самара
2015
УДК 72.01 (075.8)
ББК 85.11
О-75
О-75
Г.С. Рыбакова, А.С. Першина, Э.Н. Бородачёва
Основы архитектуры: учеб. пособие / Г.С. Рыбакова,
А.С. Першина, Э.Н. Бородачёва. – Самара: СГАСУ, 2015. – 128 с.
ISBN 978-5-9585-0624-8
Данное учебное пособие «Основы архитектуры» составлено в соответствии с учебной программой по дисциплине «Основы архитектуры».
В пособии даются основные понятия об архитектуре и решаемых ею задачах, сведения о зданиях, их объёмно-планировочных, конструктивных и архитектурно-художественных решениях,
излагаются основы архитектурно-строительного проектирования
зданий, рассматриваются вопросы строительной теплофизики.
Рассмотрены конструктивные схемы и основные элементы конструкций зданий. Приведены необходимые справочные материалы. В конце каждой темы приводятся вопросы для самоконтроля.
Пособие предназначено для студентов 3 курса, обучающихся по специальности 27080006.62 «Производство и применение
строительных материалов, изделий и конструкций» и 27080013.62
«Механизация и автоматизация строительства». Также данное
пособие может быть использовано студентами 2 курса специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство».
Р е ц е н з е н т ы : к . т. н., доцент кафедры автомобильные дороги
и геодезическое сопровождение строительства
СГАСУ Л.В. Павлова;
к.т.н., доцент кафедры архитектуры жилых
и общественных зданий СГАСУ А.Ю. Жигулина.
ISBN 978-5-9585-0624-8
УДК 72.01 (075.8)
ББК 85.11
© Г.С. Рыбакова, А.С. Першина, Э.Н. Бородачёва
© СГАСУ, 2015
Оглавление
Предисловие..............................................................................................5
Введение......................................................................................................6
Раздел 1. Основные сведения
об архитектуре и видах зданий..................................8
1.1. Сущность архитектуры, её задачи.................................................8
1.2. Виды зданий, требования к ним....................................................9
1.3. Конструктивные элементы зданий..............................................14
Раздел 2. Теоретические предпосылки,
положенные в основу
требований к зданиям....................................................19
2.1. Функциональные процессы.
Факторы, влияющие на качество среды......................................19
2.2. Технические основы проектирования зданий.
Внешние нагрузки и воздействия................................................20
Раздел 3. Методика
проектирования зданий................................................23
3.1. Унификация и модульная координация
размеров в строительстве.............................................................23
3.2. Правила привязки несущих конструкций
к координационным осям.............................................................25
3.3. Приёмы объёмно-планировочных решений
гражданских зданий......................................................................29
3.4. Объёмно-планировочные решения
промышленных зданий.................................................................34
3.5. Приёмы конструктивных решений зданий.................................37
3.6. Строительные системы зданий....................................................42
3.7. Приёмы архитектурнохудожественных решений зданий...............................................43
Раздел 4. Физико-технические основы
проектирования зданий
и их ограждающих конструкций............................48
4.1. Строительная климатология........................................................48
4.2. Передача тепла через ограждающие конструкции и их теплофизический расчёт........................................................................48
4.3. Влажностное состояние ограждающих конструкций...............54
4.4. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций................56
4.5. Передача звука через ограждающие конструкции.....................57
3
Раздел 5. Конструкции зданий,
их основные элементы.................................................61
5.1. Основания и фундаменты............................................................61
5.1.1. Ленточные фундаменты.........................................................63
5.1.2. Столбчатые фундаменты.......................................................64
5.1.3. Свайные фундаменты............................................................64
5.2. Стены и их элементы....................................................................67
5.2.1. Панельные стены и их элементы..........................................68
5.2.2. Монолитные и сборно-монолитные бетонные стены.........70
5.2.3. Каменные стены ручной кладки...........................................70
5.2.4. Детали каменных стен...........................................................74
5.2.5. Деревянные стены малоэтажных зданий.............................77
5.3. Светопрозрачные ограждения и двери.......................................77
5.4. Перекрытия и полы.......................................................................79
5.5. Балконы, лоджии и эркеры...........................................................83
5.6. Лестницы, лифты, подъёмники...................................................84
5.7. Крыши, кровли..............................................................................86
5.7.1. Скатные стропильные крыши...............................................88
5.7.2. Кровли скатных крыш...........................................................91
5.7.3. Железобетонные крыши........................................................91
5.8. Перегородки...................................................................................94
5.9. Несущий остов каркасных зданий...............................................94
5.9.1. Общие сведения.....................................................................94
5.9.2. Элементы каркасов многоэтажных гражданских зданий...96
5.9.3. Каркасы многоэтажных промышленных зданий,
их основные элементы.........................................................100
5.9.4. Каркасы одноэтажных промышленных зданий,
их основные элементы.........................................................100
5.10. Деформационные швы.............................................................101
Заключение............................................................................................105
Вопросы для самоконтроля.........................................................106
Приложения............................................................................................107
Приложение 1 . ..................................................................................107
Приложение 2.....................................................................................108
Приложение 3 . ..................................................................................109
Приложение 4.....................................................................................114
Приложение 5.....................................................................................115
Приложение 6.....................................................................................116
Библиографический список.........................................................118
4
Предисловие
Настоящее учебное пособие составлено применительно к программе курса «Основы архитектуры», изучаемого студентами специальности
270806 «Производство и применение строительных материалов, изделий
и конструкций» и специальности 270813 «Механизация и автоматизация
строительства».
Построение и содержание данного учебного пособия отвечает учебной
программе курса «Основы архитектуры».
Данное учебное пособие написано на основе изучения учебной литературы по дисциплине «Архитектура гражданских и промышленных зданий», изданной в нашей стране, а также с использованием соответствующих глав СНиП (строительные нормы и правила).
Исходными данными для написания учебного пособия послужило
желание собрать в единую книгу обширный материал (для быстрой ориентации студентов в нём), изложенный в большом количестве учебников,
а также информация о современных направлениях в архитектуре и проектировании зданий.
При подготовке учебного пособия учтены политические, социальные
и экономические преобразования, произошедшие в конце XX века, которые оказали большое влияние на объёмы, практику и методику проектирования и строительства зданий.
Относительно небольшой объём учебного пособия не позволяет специально и всеобъёмлюще рассмотреть в нём все вопросы, связанные
с архитектурным проектированием зданий. Однако основные понятия
об архитектуре, её задачах, объёмно-планировочных, конструктивных
и архитектурно-художественных решениях зданий, вопросы теплофизики, а также о конструкциях изложены в соответствующих разделах.
Необходимой составной частью дисциплины «Основы архитектуры»
являются практические занятия, на которых студенты получают навыки выполнения архитектурно-строительных чертежей. На практических
занятиях студенты знакомятся с основами проектирования зданий и выполняют расчётно-графические работы, которые помогают лучше усвоить
теоретический материал.
Содержание и последовательность изложения материала соответствует требованиям квалификационной характеристики и стандарта к учебной
дисциплине.
5
Введение
Архитектура является одной из важнейших отраслей творческой
созидательной деятельности человечества, результаты которой – жилые,
общественные, промышленные здания и инженерные сооружения, а также их комплексы и города в целом со всеми видами благоустройства.
Архитектура тесно взаимосвязана со строительством, эти понятия
близки по своему значению. Условно можно считать, что понятие «архитектура» охватывает все вопросы, связанные с проектированием зданий
и сооружений, а понятие «строительство» относится к решению инженерных задач и возведению зданий.
Употребляется также термин строительная техника. Под ним следует понимать совокупность приспособлений, машин, инструментов и приёмов работ, при помощи которых добываются естественные строительные
материалы, изготавливаются искусственные строительные материалы
и изделия, возводятся здания и сооружения.
В недалёком прошлом вопросами проектирования и строительства
зданий занимался один человек – архитектор. Но по мере развития науки
и техники, увеличения размеров зданий, усложнения их конструктивных
форм и оборудования один специалист уже не мог квалифицированно
решать все многообразные архитектурные и инженерные задачи, связанные с проектированием и возведением зданий.
В настоящее время в проектировании и строительстве зданий участвует большой коллектив специалистов разного профиля: технологи, архитекторы, инженеры-конструкторы, сантехники, энергетики, светотехники,
климатологи, акустики, социологи, врачи, дизайнеры, пожарники – каждый из которых решает определённые задачи. К этому коллективу также
относятся инженеры технологи-строители, создающие на заводах строительные материалы, изделия и детали, из которых возводятся здания.
Все специалисты, участвующие в проектировании и строительстве
зданий, должны хорошо представлять себе объект своего труда, находить согласованные решения с другими специалистами, чтобы получить
оптимальную объёмно-пространственную структуру здания в целом и его
отдельных элементов.
Архитектура охватывает проектирование и строительство объектов,
связанных с различными отраслями народного хозяйства, наукой, техникой и искусством.
Современная строительная промышленность, на которой основывается
производственная сторона архитектуры, производит строительные матери6
алы: кирпич, камень, металл, цемент и многие другие конструктивные и отделочные материалы – а также строительные детали и конструкции зданий:
элементы фундаментов, панели стеновые и перекрытий, колонны и балки,
лестницы, объёмно-пространственные элементы и пр. – из которых на строительной площадке осуществляется сборка и монтаж зданий.
Развитие архитектуры и строительной техники протекает в диалектическом взаимодействии, т.е. возникновение новых типов зданий способствует
созданию новых материалов и конструкций, которые, в свою очередь, стимулируют появление новых типов зданий, новых архитектурных форм.
Архитектура зданий, выразительность, привлекательный внешний вид
или интерьер во многом определяется конструкцией. От конструктивного
решения здания зависят также его функциональные качества, т.е. качества
искусственно созданной среды для жизнедеятельности человека.
При изучении дисциплины «Основы архитектуры» обращается внимание на теплофизические основы проектирования наружных ограждающих
конструкций, которые обеспечивают тепло- и влагозащиту помещений.
7
Раздел 1. Основные сведения
об архитектуре и видах зданий
1.1. Сущность архитектуры, её задачи
Архитектура представляет собой искусственную материальную среду в виде зданий и сооружений, площадей, парков и набережных, размещённых в определённом порядке, созданных в соответствии с законами
красоты для жизнедеятельности людей. Архитектура является синтезом
техники и искусства и тесно взаимосвязана со строительством.
Прежде чем архитектура становится материальной средой, ей предшествуют несколько этапов:
1-ый – творческий процесс, связанный с замыслом объекта, его изображением в виде рисунков, эскизов, макетов; выбор конструктивного
решения и материалов, разработка чертежей (проекта), дающих полное
представление о строящемся объекте;
2-ой – решение инженерных задач – расчёты конструкций и разработка чертежей на строительство; выполнение проекта по организации строительства, расчёт стоимости строительства;
3-ий – непосредственно возведение объекта.
После этого архитектура становится материальной средой, которую
человек эксплуатирует в течение всей жизни.
Средствами архитектуры создаются в зданиях благоприятные и безопасные условия (комфортные) среды для выполнения тех или иных социальных процессов: быта, труда, отдыха и пр. Характер и степень комфорта
зависят от уровня развития общества, культуры, экономики, достижений
науки и техники, но влияние на определение комфорта оказывают показатели качества среды, которые оцениваются человеком:
-- функциональные удобства, т.е. помещения (и здания в целом) должны быть удобными для выполнения тех функций (учебные занятия,
приём пищи, сон, просмотр кинофильма, движение внутри здания
и др.), для которых они предназначены;
-- физический комфорт: состояние воздушной среды, освещение, звуковой режим, которые обеспечивали бы выполнение той или иной
заданной функции;
-- безопасность, которая, в первую очередь, обеспечивается конструктивным решением; прочностными свойствами конструкций, их огнестойкостью и долговечностью:
-- эстетические качества, отвечающие духовным потребностям.
8
Эти показатели заложены в основу задач, которые решает архитектура.
Задача архитектуры – организация пространственной среды для жизни и деятельности человека – осуществляется посредством материальных
структур – строительных конструкций. В процессе исторического развития социальные и идеологические функции архитектуры по-разному выражались посредством конструкций, а сами технические средства многообразно осмыслялись эстетически.
Взаимосвязь конструкций и архитектурно-художественного образа –
одна из важнейших проблем всего развития зодчества.
Конструкция (как чисто техническая структура) получает значение
элемента архитектурного произведения, лишь когда она применяется в соответствии с конкретными функциональными и эстетическими задачами.
Требования, предъявляемые к архитектуре, изменяются в зависимости
от изменения условий материальной жизни общества.
Уровень развития производительных сил, способ производства материальных благ, общественный строй оказывают существенное влияние на содержание
и формы архитектуры. Поэтому каждой эпохе соответствует своя, исторически
обусловленная архитектура, отличающаяся особыми стилевыми признаками.
Географическая среда той или иной страны и национальные особенности данного народа также накладывают на архитектуру свой отпечаток.
1.2. Виды зданий, требования к ним
По назначению здания разделяются на четыре основных типа:
жилые, общественные, промышленные и сельскохозяйственные. Первые два
объединяются общим названием гражданские здания.
Жилые здания предназначены для постоянного или длительного временного пребывания людей. К ним относятся жилые дома (одноквартирные, многоквартирные), общежития, гостиницы, интернаты.
Общественные здания предназначены для временного пребывания
людей в связи с осуществлением в них различных функциональных процессов (занятие умственным трудом, обучение, отдых и т.п.).
Промышленные здания служат для осуществления в них производственных процессов различных отраслей промышленности.
К сельскохозяйственным относятся здания для содержания скота,
птицы, хранения зерна, овощей и т.п.
Каждый вид включает множество типов, которые резко отличаются
по своей архитектурно-конструктивной структуре – планировкой, формой, объёмами, этажностью, конструкциями и внешним обликом.
9
Для жилого дома характерна насыщенность фасада окнами, балконами, небольшая высота этажей, малая ширина здания, поскольку его структурный элемент – небольшое жилое помещение (рисунки 1.1-1.3).
Рис. 1.1. Общий вид застройки многоквартирными жилыми домами
Рис. 1.2. Одноквартирные жилые дома
В общественных зданиях структурным элементом может являться
одно или несколько больших помещений (залов), поэтому их внешний вид
отличается большими поверхностями глухих или остеклённых поверхностей стен (рисунки 1.4-1.6).
Для промышленных зданий характерны большие размеры и наличие специальных технологических устройств (вентиляционных труб, трубопроводов и пр.), предельная простота архитектурного решения (рисунок 1.7, 1.8).
10
Но, несмотря на огромное разнообразие архитектурных решений, все
они должны отвечать основным требованиям:
-- функциональной целесообразности, т.е. здание должно быть удобно для труда, отдыха или другого функционального процесса, для
которого оно предназначено;
-- технической целесообразности, т.е. здание должно надёжно защищать людей от внешних атмосферных воздействий, быть прочным,
т.е. выдерживать различные силовые воздействия (нагрузки) и долговечным, т.е. не терять своих качеств во времени;
Рис. 1.3. Высотный жилой комплекс
Рис. 1.4. Спортивный комплекс
11
Рис. 1.5. Здание цирка
Рис. 1.6. Школьный комплекс
-- архитектурно-художественной выразительности, т.е. здание
должно быть привлекательным по внешнему виду, иметь хорошо
организованное внутреннее пространство и благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей. Архитектурно-художественные качества определяются критериями красоты,
которая в архитектуре имеет созидательный характер. Для придания
зданиям эстетических качеств необходимо, чтобы оно было удобным и технически совершенным, а выразительность обеспечивается
средствами архитектурной композиции;
12
-- экономической целесообразности, предусматривающей при минимальной затрате труда, средств и времени на возведение здания
получения максимума полезной площади.
При проектировании зданий все требования должны рассматриваться в органическом единстве, быть взаимоувязаны. Односторонний подход, когда выделяют одни требования и пренебрегают другими, может привести к резкому
снижению качества архитектуры, безликости и монотонности застройки.
Эти требования для каждого вида зданий устанавливаются нормативными документами, регламентирующими проектирование и строительство зданий и сооружений в нашей стране.
Рис. 1.7. Производственное здание
Рис. 1.8. Одноэтажный цех с пристроенным к нему
многоэтажным административно-бытовым зданием
13
1.3. Конструктивные элементы зданий
Основные конструктивные элементы зданий: фундаменты, стены или
стойки (колонны, столбы) и балки (прогоны, ригели), настилы перекрытий
и покрытия, крыши, лестницы, окна, двери, перегородки (рисунки 1.9-1.12).
Фундаменты являются подземными элементами здания и устраиваются
под стенами и стойками (колоннами). Они служат для передачи постоянных
и временных нагрузок на грунт. Плоскость, которой фундамент опирается
на грунт, называется подошвой фундамента, а грунт, на который передается нагрузка, – основанием. Основание должно обладать достаточной прочностью,
которая зависит от минералогического состава и геологического строения.
Стены по месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние; по статической работе – на несущие, самонесущие и ненесущие (навесные, опирающиеся на перекрытия, или другие несущие конструкции).
Нижняя часть наружной стены называется цоколем. Он находится
в особо неблагоприятных условиях, так как подвергается механическим
воздействиям влаги от дождя и талой воды, которая смачивает материал
цоколя и способствует разрушению его поверхности. Поэтому цоколь выполняют из прочных, влаго- и морозостойких материалов. Высоту цоколя,
как правило, выполняют не менее 500 мм.
Верхнюю часть стены завершают карнизом или парапетом. Карниз –
элемент стены, вынесенный за её плоскость; парапет – часть стены, возвышающаяся над крышей (не менее 300 мм.).
В стенах устраивают проёмы – дверные и оконные, часть стены между
проёмами называется простенком.
Наружные стены также выполняют ограждающие функции, поэтому
должны обладать теплозащитными качествами, которые определяются
толщиной и теплозащитными свойствами её материала.
Вместо стен несущими в зданиях могут быть стойки, на которые укладывают горизонтальные элементы – балки (прогоны). Комбинация стоек
и балок образует каркас здания (каркас – скелет здания). Стены в этом
случае выполняют только ограждающие функции (1.10, 1.11, 1.12).
Перекрытия – горизонтальные несущие конструкции в виде балок
и настила из плит, панелей, опертых на стены или элементы каркаса.
Перекрытия разделяют здание на этажи и в зависимости от месторасположения делятся на междуэтажные, чердачные и подвальные. В состав
перекрытия входит конструкция пола.
Крыша предохраняет помещения и конструкции здания от атмосферных осадков и состоит из двух основных элементов: несущей части – стро14
пил в скатных чердачных крышах (рисунок 9) или плит покрытий и наружной оболочки – кровли в совмещённых крышах (рисунок 1.10, 1.11, 1.12).
Кровлю выполняют из водонепроницаемого (водоизоляционного) ковра.
Для освещения и проветривания чердака устраивают слуховые окна,
которые используются для выхода с чердака на крышу.
Рис. 1.9. Основные конструктивные элементы здания:
1 – фундамент; 2 – отмостка; 3 – цоколь; 4 – стена; 5 – перемычка; 6 – карниз; 7 – настил
перекрытия; 8 – мауэрлат; 9 – стропильная нога; 10 – подкосы; 11 – стойка (на ней коньковый прогон); 12 – обрешётка; 13 – кровля; 14 – вентиляционная шахта; 15 – слуховое окно;
16 – лестничный марш; 17 – косоур; 18 – лестничная площадка; 19 – перегородка
Перегородки относятся к внутренним ненесущим стенам, они делят
внутреннее пространство на отдельные помещения и должны обладать
звукоизолирующими качествами.
Лестницы служат для сообщения между этажами. Помещения, в которых размещают лестницы, называются лестничными клетками. Конструкция лестниц состоит из маршей (наклонных плоскостей со ступенями)
и площадок. Для безопасного хождения марши ограждают перилами.
15
Окна устраивают для освещения и проветривания помещений. Они
состоят из коробок (рам) и переплётов.
Двери делятся на входные в здание и внутренние.
Одни и те же конструктивные элементы характерны для гражданских
и промышленных зданий, хотя и отличаются по своей структуре.
Рис. 1.10. Конструктивные элементы каркасного промышленного здания:
1, 6 – колонны (средняя и пристенная); 2 – подкрановая балка; 3 –покрытие из ж.б. плит,
4 – навесные стеновые панели; 5 – ж.б. стропильная балка
На рисунках 1.10 и 1.12 показаны разрезы одноэтажных промышленных зданий.
Одноэтажные промышленные здания, как правило, имеют каркас,
состоящий из колонн, на которые уложены несущие конструкции покрытия – стропила (балки, фермы), поверх которых располагают ограждающие конструкции кровли.
Для естественного освещения или воздухообмена в некоторых случаях
на покрытии устраивается фонарь (рисунок 1.12) – выступающий выше крыши каркас с ограждающими конструкциями (глухими или открывающимися).
Для поднятия тяжёлых грузов в промышленных зданиях применяют
различное подъёмно-транспортное оборудование (краны). При мостовых
кранах на колонны укладывают подкрановые балки, поверх которых укладывают рельсы для движения крана вдоль здания.
16
Рис. 1.11. Многоэтажное каркасное здание с совмещённым покрытием
17
18
Рис. 1.12. Разрез одноэтажного промышленного здания
Раздел 2. Теоретические предпосылки,
положенные в основу
требований к зданиям
2.1. Функциональные процессы.
Факторы, влияющие на качество среды
Функциональные процессы – физический или умственный труд,
отдых, приготовление пищи, учебное занятие и пр. пр. – очень многообразны. Поэтому любое здание состоит из большого количества помещений, взаимосвязанных между собой, в которых качество среды должно
обеспечивать выполнение заданной функции.
Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:
а) пространство, необходимое для размещения оборудования, мебели,
людей, перемещения грузов и людей, которое обладает геометрическими параметрами и формой;
б) состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для
дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности
и скорости его движения, соответствующими нормальному теплои влагообмену человеческого организма при осуществлении данной
функции. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е. количеством вредных для человека примесей (газов, пыли и пр.), в особенности это касается промышленных зданий, в которых многие технологические операции протекают
с выделением всевозможных вредностей;
в) звуковой (акустический) режим – условия слышимости в помещении (речи, музыки, сигналов), соответствующие его функциональному назначению, и защита от мешающих звуков (шума), возникающих
как в самом помещении, так и проникающих извне, и оказывающих
вредное влияние на организм и психику. На промышленных предприятиях источниками шума являются системы вентиляции, работа
оборудования;
г) световой режим – условия работы органов зрения, определяемые
необходимой степенью освещённости помещения при выполнении
той или иной функции. Со световым режимом тесно связаны проблемы цвета; цветовые характеристики оказывают влияние не только на органы зрения, но и на психику;
д) видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть объекты (например, запи19
си на доске) или наблюдать за ними (движение артистов на сцене)
с определённой степенью чёткости.
Конечно, степень зависимости функциональных процессов от перечисленных факторов различна. Так, для учебной аудитории при проектировании должны учитываться все перечисленные факторы, для зрительного зала кинотеатра световой режим значения не имеет, для жилого
помещения (квартиры) или производственного здания не учитывается видимость и зрительное восприятие.
Большинство перечисленных факторов влияет на выбор размеров
и формы помещений и их конструкций. Запас воздуха для дыхания, слышимость и видимость объекта зависят от размеров и формы помещений,
а звуковой режим зависит от характеристик ограждающих конструкций
по звукопоглощению или звукоотражению.
Состояние воздушной среды зависит от теплотехнических качеств наружных ограждений, а также от возможности естественного воздухообмена (аэрации) через проёмы в наружных ограждениях; световой режим
определяется размерами световых проёмов в наружных ограждениях,
высотой и глубиной помещения.
В связи с развитием науки и техники ряд факторов теряет своё значение при выборе размеров помещений. Например, требуемое состояние
воздушной среды может быть достигнуто не только за счёт объёма помещения, но и путём применения систем вентиляции и кондиционирования
воздуха; системы электроакустики обеспечивают хорошую слышимость
вне зависимости от размеров и формы помещения. Необходимое освещение помещений достигается системой электроосвещения.
Таким образом, чтобы создать в помещении оптимальную среду для
человека в соответствии с выполняемыми им функциями, необходимо
соблюдать все требования, устанавливаемые Строительными нормами
и правилами (СНиП), Санитарными правилами и нормами (СанПиН)
и др. государственными документами.
2.2. Технические основы проектирования зданий.
внешние нагрузки и воздействия
Техническая целесообразность здания определяется решением его
конструкций, которое должно находиться в полном соответствии с законами механики, физики и химии. Для этого необходимо знать все воздействия, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами,
которые можно разделить на два вида: силовые и несиловые.
20
К силовым воздействиям относятся различные виды нагрузок:
-- постоянные – от собственного веса элементов здания, давления
грунта на подземные конструкции;
-- временные – от оборудования, людей, мебели, снега, ветра;
-- особые – от сейсмических воздействий, воздействий в результате
аварии оборудования и т.п.
К несиловым воздействиям относятся:
-- температурные, которые вызывают изменение линейных размеров
материалов и конструкций, что приводит к возникновению деформаций, а также влияет на тепловой режим помещений;
-- атмосферной и грунтовой влаги, вызывающие изменение свойств
материалов, из которых выполнены конструкции зданий;
-- солнечной радиации, вызывающее в результате местного нагрева изменение физико-технических свойств верхних слоёв материала конструкций;
-- биологические, вызываемые микроорганизмами или насекомыми,
приводящими к разрушению конструкций из органических строительных материалов;
-- агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе и которые могут вызывать коррозию.
В соответствии с перечисленными воздействиями к зданию и его конструкциям предъявляется комплекс технических требований:
а) прочности – способности воспринимать внешние воздействия без
разрушения и существенных остаточных деформаций;
б) устойчивости и жесткости – способности сохранять равновесие
и форму при внешних воздействиях;
в) долговечности – срок службы зданий во времени без потери прочности и устойчивости. Здания по долговечности условно разделяются на три степени: 1-ая – более 100 лет, 2-ая – от 50 до 100
лет, 3-я – от 20 до 50 лет. Она зависит от: ползучести материалов,
т.е. от непрерывных деформаций, протекающих в материалах при
длительном воздействии нагрузок; влагостойкости и морозостойкости материалов, т.е. способности противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию; биостойкости
и коррозиестойкости;
г) пожарная безопасность, означающая сумму мероприятий, которые
уменьшают возможность возникновения пожара и, следовательно,
возгорания конструктивных элементов здания.
Строительные материалы и конструкции по степени возгораемости делятся на три группы: несгораемые, которые под воздействием огня или
21
высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;
трудно сгораемые, которые под действием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления
источника огня горение и тление прекращается; сгораемые, которые под
воздействием огня воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после
удаления источника огня.
Здания по огнестойкости делятся на пять степеней в зависимости
от степени возгораемости и предела огнестойкости конструкций.
Предел огнестойкости – способность конструкции сопротивляться
действию огня в часах до потери прочности или устойчивости либо до образования сквозных трещин или повышения температуры на поверхности
конструкции со стороны, противоположной действию огня, до 140◦С.
С понятием долговечности и огнестойкости связано деление зданий
по капитальности на четыре класса в зависимости от назначения и значимости. Для каждого класса устанавливаются свои степень долговечности, огнестойкости и эксплуатационные требования, отражающие состав
помещений, их размеры, степень благоустройства и качество отделки,
оснащенность техническими и санитарными системами.
Подробно технические вопросы (прочности, устойчивости и другие)
рассматриваются в специальных учебных курсах.
22
Раздел 3. Методика
проектирования зданий
3.1. Унификация и модульная координация
размеров в строительстве
Современное строительство зданий осуществляется преимущественно индустриальными методами, основанными на максимальной механизации производственных процессов.
Индустриализация осуществляется двумя путями. Первый – перенос большинства производственных операций в заводские условия, когда основные элементы зданий изготовляются на специализированных
промышленных предприятиях (заводах сборных железобетонных изделий, металлических конструкций, домостроительных комбинатах и т. п.)
на механизированных и автоматизированных технологических линиях,
а затем – нетрудоёмкий механизированный монтаж их на строительной
площадке. Второй – сохранение всех или почти всех производственных
операций на строительной площадке с применением механизированного
производственного оборудования и инструмента (скользящая, объёмная
или плоскостная инвентарная переставная опалубка, бетононасосы, бетоноукладчики и др.).
Первый путь – обеспечивает экономичность, снижение трудоёмкости
строительства, улучшает условия труда рабочих за счёт выполнения большей части операций в защищённой от атмосферных воздействий среде,
открывает перспективы дальнейшего совершенствования конструкций
и механизации и автоматизации их изготовления.
Второй путь индустриального возведения зданий – из монолитных
железобетонных конструкций экономически равноценен полносборному
строительству и в то же время способствует архитектурному разнообразию как зданий в отдельности, так и застройки в целом.
Чтобы ликвидировать многообразие конструктивных элементов, заводское и построечное изготовление конструкций предъявляют к проектированию специфические требования унификации параметров.
Унификация – научно обоснованное сокращение числа основных
параметров зданий и их конструктивных элементов путём устранения
функционально не оправданных различий между ними. Унификация способствует единообразию и сокращению количества основных объёмнопланировочных размеров зданий (высот этажей, пролётов перекрытий,
размеров оконных и дверных проёмов и пр.) и, как следствие, размеров
23
и форм конструктивных элементов и форм для их изготовления. Унификация позволяет применять однотипные изделия в зданиях различного
назначения. Обеспечивая массовость и однотипность конструктивных
элементов, унификация способствует экономической рентабельности их
механизированного изготовления. Унификации подвергаются и расчётные нагрузки на конструкции.
Основой унификации является модульная координация размеров
в строительстве (МКРС) – совокупность правил, обеспечивающих взаимное согласование размеров зданий (их частей) и сооружений с размерами строительных конструкций и элементов оборудования на основе кратности условно принятой единице измерения – модулю.
В большинстве европейских стран в качестве основного модуля М
принята величина 100 мм, кратными которой назначают все основные размеры зданий. В полносборном и монолитном строительстве требования
модульной координации отражаются на проектировании формовочного
оборудования и опалубки.
Для повышения эффективности унификации международные органы
по стандартизации приняли наряду с основным укрупнённые и дробные
модули.
Укрупнённый модуль (мультимодуль) – величина основного модуля,
увеличенная в целое число раз: 3М, 6М, 12М, 15М, 30М, 60М.
Укрупнённый модуль используется при назначении размеров основных
параметров зданий, а также размеров крупных конструкций и изделий.
Дробный модуль (субмодуль) – часть основного модуля: 1/2М, 1/5М,
1/10М, 1/20М, 1/50М, 1/100М. Используют для назначения малых размеров конструкций и деталей (сечения оконных переплётов, толщины плит,
панелей, листовых материалов и др.).
Проектирование здания, т.е. определение размеров и расположения
конструктивных элементов, осуществляется при помощи пространственной системы условных модульных плоскостей и линий их пересечения,
расстояния между которыми равны или основному, или производному модулю (рисунок 3.1).
Модульные плоскости в плане образуют модульную сетку. В местах совмещения вертикальных несущих конструкций (стен, стоек) с модульными плоскостями образуются линии координационных (разбивочных) осей
здания. Оси маркируют в продольном направлении арабскими цифрами
слева направо, в поперечном – буквами русского алфавита снизу вверх
(рисунок 3.2). Эти оси в начале строительства выносят на местность (разбивка здания), их используют для привязки вертикальных конструкций.
24
Рис. 3.1. Модульная система координации размеров:
а – пространственная система модульных плоскостей;
б – взаимосвязь укрупнённых модулей в плоскости
Рис. 3.2. Маркировка разбивочных осей на чертежах плана (а) и разреза (б)
3.2. Правила привязки несущих конструкций
к координационным осям
Существуют определённые правила привязки вертикальных конструкций (стен, колонн), которые обеспечивают сокращение числа типоразмеров конструкций, их взаимозаменяемость и освобождают от доделочных
работ на строительной площадке. Под привязкой понимают расстояние
25
от разбивочной оси до грани или геометрической оси конструктивного
элемента.
Существуют привязки со смещением, нулевая и осевая (рисунок 3.3).
Правила привязки различны и зависят от назначения здания, от конструктивной системы и конструктивного решения элементов, от условий опирания перекрытий.
В крупнопанельных гражданских зданиях внутренняя грань наружной несущей стены смещается с разбивочной оси внутрь на расстояние
80-100 мм, а геометрические оси внутренних несущих стен совмещаются
с разбивочной осью (рисунок 3.4).
Рис. 3.3. Совмещение несущих стен с модульными плоскостями на модульной сетке в плане.
Наружные продольные стены к осям Г и Д имеют привязку со смещением внутренней грани
на расстояние а, наружной – на расстояние в; наружная торцовая стена имеет нулевую привязку, т.е. её внутренняя грань совмещена с осью 1; внутренние несущие стены к осям 3, 4
и В имеют осевую привязку, т.е. их геометрические оси совмещаются с разбивочными осями
В зданиях со стенами из кирпича и мелких блоков привязка внутренних плоскостей несущих наружных стен и плоскостей внутренних
стен к модульным осям принимается по условиям опирания перекрытий
со смещением не менее чем на 120 мм. При такой привязке во внутрен26
них стенах толщиной 380 мм и более образуются две координационные
модульные оси с интервалом между ними , который может быть использован для пропуска в стене вентиляционных каналов. В этих случаях
модульные и разбивочные оси здания не совпадают и расстояние между
разбивочными осями включает модульный размер в сумме с интервалом
( /2+ /2) (рисунок 3.4).
Привязка к разбивочной оси внутренней плоскости наружных стен,
на которые перекрытия не опираются, может приниматься в диапазоне
от 0 до 100 мм. Перечисленные правила относятся к привязке осей стен
верхнего этажа здания. В нижних этажах толщина стен по требованиям
прочности может возрасти. Соответственно в нижних этажах привязка
оси стены и глубина заделки перекрытий в стены увеличивается.
В каркасных жилых и общественных зданиях разбивочные оси наружных и внутренних колонн размещают по их геометрической оси.
Рис. 3.4. Привязка вертикальных конструкций к разбивочным осям:
1 – панельных стен; 2 – кирпичных стен и столба;
3 – кирпичных стен с вентиляционными каналами во внутренней стене
27
Расстояние между разбивочными осями конструкций, кратное единому
или укрупнённому модулю М (за исключением расстояний между стенами
из кирпича или мелких блоков), называют координационным размером (L0)
L0=k·М, где k – коэффициент кратности модулю. Кроме координационных размеров в строительстве используют конструктивные и натурные (рисунок 3.5).
Рис. 3.5. Размеры конструктивного элемента:
L0 – координационный; LK – конструктивный; LФ – фактический (натурный)
Конструктивный размер – проектный размер изделия (LK), отличающийся от координационного на величину конструктивного зазора между
ними е, т.е. LK = L0- е.
Натурный размер – фактический размер изделия, отличающийся
от конструктивного на величину допуска (положительного или отрицательного ) на изготовление изделия.
Другим способом ликвидации многообразия конструктивных элементов является типизация – сведение типов конструкций и зданий к обоснованному небольшому количеству в целях многократного применения
в строительстве и их разработка. Типизации подлежат объёмно-планировочные фрагменты зданий (блок-секция жилого дома, сетка колонн производственного здания и др.), здания в целом, а также конструктивные
элементы (фундаментные блоки, стеновые панели, плиты перекрытий,
лестничные марши и площадки и др.).
Прошедшие проверку в эксплуатации типовые конструкции, изделия
и детали стандартизируются; их форма, размеры и технические качества
устанавливаются Государственными стандартами (ГОСТ).
28
При разработке проектов зданий используют конструкции, изделия
и детали, сведённые в каталоги, которые периодически обновляются
с учётом возросшего уровня строительной техники и науки.
3.3. Приёмы объёмно-планировочных решений
гражданских зданий
Объёмно-планировочное решение здания – это назначение состава,
размеров и формы помещений, их взаимосвязи и последовательность
расположения по горизонтали и вертикали, количества этажей в соответствии с функциональными, техническими и архитектурно-художественными требованиями.
Здания по расположению их помещений в пространстве делятся на одноэтажные, малоэтажные – 2-3, средней этажности – 4-5, повышенной этажности – 6-9 (10), многоэтажные – 10 (11) и более и высотные – более 30 этажей.
Помещения по способу их связи между собой могут быть непроходными (изолированными) и проходными. Непроходные помещения сообщаются между собой с помощью третьего (коридора, лестничной клетки и др.).
Расположение помещений по горизонтали (в плане) называется планировочной системой.
Планировочные системы бывают (рисунок 3.6):
коридорная, при этом помещения могут быть расположены по одну
или по обе стороны коридора. Такая система характерна для общественных зданий с небольшими помещениями (учебных, административных,
больниц и др.), а также для многофункциональных жилых зданий (общежития, интернаты);
галерейная – помещения размещаются по одну сторону открытой или
остеклённой галереи. Галерейная система применяется в южных районах
в жилых домах, спальных корпусах санаторий, домов отдыха и др.;
анфиладная, если помещения соединяются друг с другом непосредственно через проёмы в стенах. Анфиладная система обычно применяется
в музеях, в выставочных залах, в торговых зданиях;
зальная система предусматривает одно или несколько больших главных помещений (кинозал, спортивный зал и др.), определяющих назначение здания, вокруг которого группируются остальные необходимые
помещения; характерна для зрелищных, спортивных, и т.п.;
центрическая, когда главные помещения группируются вокруг холла;
применяется в зданиях административного назначения при компактной
планировке;
29
Рис. 3.6. Планировочные системы:
а – коридорная с двухсторонним расположением помещений; б – галерейная;
в – анфиладная; г – зальная; д – центрическая; ж – павильонная; е – атриумная;
з – секционная; и – смешанная
атриумная – все помещения размещаются с выходом во внутренний
открытый или крытый двор. Тип жилого дома древнего Рима, отгороженного от улиц глухими наружными стенами. Такой приём планировки применялся в странах Востока. В настоящее время имеет применение в некоторых зданиях в сочетании с другими планировочными системами;
павильонная – построенная на распределении помещений или их групп
в отдельных зданиях, связанных между собой единым композиционным решением (например, комплекс учебных зданий, соединённых галереей и т.п.);
секционная – заключается в компоновке здания из одного или нескольких фрагментов (секций), полностью законченных по планировке,
30
конструктивному и композиционному решению. Секционная система
в основном применяется в жилых домах, состоящих из одной и более
блок-секций. В каждой блок-секции многоквартирного многоэтажного
жилого дома квартиры на этаже объединяются лестничной клеткой или
лестнично-лифтовым узлом.
Широкое распространение имеет смешанная система, когда в одном
здании применяются несколько систем (зально-коридорная, атриумно-галерейная, секционно-коридорная и др.).
Как правило, требованиям удобства отвечает наиболее компактное размещение помещений с кратчайшими путями движения людей и средств
транспорта, без взаимных их пересечений и встречного движения. Чем
короче пути движения и, следовательно, меньше по площади коммуникационные помещения, тем меньше объём здания и ниже его стоимость.
Помещения, связанные функциональным или технологическим процессом, должны располагаться ближе друг к другу. Это условие особенно важно для производственных предприятий, где протяжённость путей
движения продукции производства влияет не только на объём здания,
но и на стоимость продукции.
Для создания оптимальных условий при осуществлении тех или иных
функциональных процессов важнейшим фактором являются размеры (длина, ширина и высота) помещений, в которых размещаются люди в покое или
движении, оборудование, мебель. Для определения размеров и площади помещений устанавливаются размеры мест, занимаемых человеком; размеры
мебели, оборудования и расстояния между ними, размеры проходов и т.п.
Для правильного расположения помещений в здании целесообразно
предварительно составить функциональную или технологическую схему, которая представляет собой графическое изображение зависимости всех
функций, их последовательности и связей между собой и с внешней средой.
Рис. 3.7. Функциональная схема здания театра
31
На основе функциональной схемы составляется компоновочный
план(ы) помещений и их размещение по горизонтали и по вертикали (по
этажам). Размеры между вертикальными несущими конструкциями определяются, сообразуясь с размерами и желательными пропорциями помещений, размерами несущих конструкций перекрытий (покрытий).
В зависимости от размеров структура помещений бывает ячейковая,
в них функциональные процессы протекают в небольших пространствах
(например, учебные классы в школах, кабинеты в административных зданиях и т.д.), зальная опорная, когда функциональный процесс требует
больших открытых пространств, но допускает редкое расположение колонн
(торговые залы); зальная безопорная (залы театров, спортивные и т.д.).
Форма зданий в плане может быть самой разнообразной (квадратной, прямоугольной, в виде трапеции, круглой, овальной и т.д.) и определяется особенностями функциональных процессов и формой отдельных помещений (рисунок 3.8).
Объёмное решение, являющееся основой архитектурной композиции
здания, определяется его формой в плане, количеством этажей и формой
покрытия. Здания могут быть однообъёмные, а также состоять из двух или
более объёмов (рисунок 3.8).
Рис. 3.8. Композиции зданий с выделенным объёмом основногопомещения
32
Этажность здания зависит от назначения, экономических соображений,
градостроительных требований и природных данных строительной площадки.
Малая этажность школ, детских садов-яслей обусловлена, например,
стремлением приблизить детей к природе и избежать передвижения их
по лестницам. Кинотеатры, магазины, музеи и т.п. целесообразно размещать в зданиях малой этажности, чтобы не затруднять людей хождением
по лестницам, облегчить эвакуацию в случае пожара.
Многие здания независимо от назначения имеют однотипные
отдельные помещения и их группы – архитектурно-планировочные узлы
(главный вход в здание, лестничную клетку, санитарно-технические узлы
и д.р.). Их планировочное решение и размещение в здании оказывает
существенное влияние на компоновку плана здания в целом.
Каждое здание, как правило, имеет главный вход и несколько второстепенных (служебных, эвакуационных) входов. При входе обязательно
устраивается площадка высотой 150-200 мм или крыльцо с пандусом (наклонной плоскостью с углом наклона 8-12°.
Чтобы защитить внутреннее пространство от проникновения холодного воздуха, у наружных дверей устраиваются тамбуры (рисунок 3.9).
Рис. 3.9. Функциональная схема (а) и пример планировки входного узла (б):
1 – вестибюль, 2 – гардероб, 3 – киоск, 4 – коридор,
5 – тамбур размером не менее 1200х1500 мм; 6 – лифты
Многие здания имеют вестибюль, с которого начинается раскрытие
внутреннего пространства. При вестибюле могут размещаться гардероб,
кассы, камера хранения, помещения для охраны и д.р.
Для сообщения между этажами устраиваются лестницы, лифты, эскалаторы.
Для безопасности в случае пожара в многоэтажном здании должно быть не ме33
нее двух лестниц, заключённых в лестничные клетки с несгораемыми стенами,
освещённых естественным светом и имеющих наружные выходы. Расстояния
от наиболее удалённых помещений до эвакуационной лестницы или наружного
выхода принимаются в соответствии с противопожарными требованиями.
Таблица 3.1
Расстояния (в метрах) от наиболее удалённых помещений
до эвакуационной лестницы или наружного выхода
Из помещений, расположенных
Из помещений с выходом
Степень
между лестничными клетками
в тупиковый коридор
огнеили наружными выходами
стойДетские
Детские
кости Жилые
Боль- Шко- Жилые
Боль- Шкоучрежучрежздания
дома
ницы лы
дома
ницы
лы
дения
дения
I-II
40
20
35
50
25
10
15
20
III
30
20
35
50
20
10
15
20
IV
25
15
25
35
15
7
10
15
V
20
10
15
25
10
5
5
10
Для безопасности движения уклон основных эвакуационных лестниц
принимают не больше 1:1,75, а ширину – в жилых секционных зданиях
не менее 1,05 м, в коридорных не менее 1,2 м; в общественных и промышленных – не менее 1,35 м.
Лифты необходимо устраивать в зданиях, если отметка пола верхнего
этажа от уровня планировочной отметки земли больше 14 м, их, как правило, располагают вблизи лестничной клетки.
Основными путями эвакуации являются коридоры и лестницы. Ширина коридора должна быть не менее: при его длине между лестницами или
торцом коридора и лестницей до 40 м – 1,4 м, свыше 40 м – 1,6 м, ширина
галереи – не менее 1,2 м.
3.4. Объёмно-планировочные решения
промышленных зданий
Объёмно-планировочные решения производственных зданий имеют
свои особенности из условий технологических процессов. Внутри здания
размещаются специфическое оборудование, различные виды транспорта
(рисунок 3.10).
34
По этажности производственные здания делятся на одноэтажные,
двухэтажные, многоэтажные и смешанной этажности (рисунки 3.11, 3.12).
Для производств с горизонтальным технологическим процессом,
крупногабаритным оборудованием, большими статическими или динамическими нагрузками применяются только одноэтажные здания.
Рис. 3.10. Одноэтажные производственные здания с технологическим оборудованием
(наверху) и с подвесным (а) и мостовым (б) кранами (внизу)
Для производств с вертикальным технологическим процессом (например, бетоносмесительный цех), а также для производств с малогабаритным оборудованием и небольшими нагрузками на перекрытие (приборостроение, лёгкая промышленность) применяют многоэтажные здания.
Производства, в которых технологические процессы протекают одновременно и в вертикальном, и горизонтальном направлениях, размещают
в здании смешанной этажности.
35
Рис. 3.11. Одноэтажные производственные здания
Часть здания с определёнными размерами длины, ширины и высоты,
а также размерами пролёта и шага колонн называется объёмно-планировочный элемент.
Пролёт – расстояние между разбивочными осями отдельных опор
в направлении несущей конструкции перекрытия или покрытия.
Шаг – расстояние между разбивочными осями отдельных опор в направлении, перпендикулярном пролёту.
Высота помещения одноэтажного производственного здания – расстояние от уровня чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опоре.
Высота помещений многоэтажного здания – расстояние от пола нижележащего до пола вышележащего этажа; на последнем этаже – расстояние
от пола до низа несущей конструкции покрытия на опоре.
В зависимости от характера сетки колонн в плане производственные
здания делятся на пролётный, ячей
36
ковый и зальный типы.
Рис. 3.12. Производственные здания:
а, б, г – многоэтажные производственные здания; в – смешанной этажности
В здании пролётного типа размер пролёта преобладает над размером
шага (18х6; 24х12 м и т.д.); ячейковый тип имеет квадратную сетку колонн (6х6, 12х12, 18х18 м и т.д.). В здании зального типа несущие опоры,
как правило, располагаются только по периметру здания (цех по сборке
самолётов, ангар и др.) и имеют размеры больше 36,0 м.
Размеры помещений, их площади и высоты должны обеспечивать размещение технологического и подъёмно-транспортного оборудования, передвижение
материалов и изделий в ходе технологического процесса, размещение и передвижение людей, а также возможность монтажа и демонтажа оборудования.
3.5. Приёмы конструктивных решений зданий
Конструктивные элементы, из которых состоит остов здания, взаимосвязанные между собой, размещаются в строго определённом порядке,
образуя конструктивную систему, способную воспринимать все сило37
вые воздействия и передавать их на основание здания, обеспечивая его
прочность, жёсткость и устойчивость.
Остов здания состоит из вертикальных (стен, колонн) и горизонтальных (перекрытия, покрытия) элементов.
Горизонтальные несущие конструкции воспринимают вертикальные
и горизонтальные нагрузки и передают их на вертикальные несущие конструкции, которые, в свою очередь, передают их на основание.
Вертикальные несущие конструкции разнообразны. В зависимости
от вида вертикальных несущих конструкций применяются пять основных конструктивных систем: стеновая, каркасная, объёмно-блочная,
ствольная и оболочковая (рисунки 3.13, 3.14).
Рис. 3.13. Конструктивные системы зданий:
а, б, в, г – стеновая (продольно-стеновая, поперечно-стеновая, перекрёстно-стеновая,
смешанная); д, е – каркасная рамная (с поперечным расположением ригелей, с продольным
расположением ригелей); ж – каркасная связевая
38
Рис. 3.14. Конструктивные системы зданий:
а – объёмно-блочная; б, в – ствольная; г – оболочковая;
1 – ствол; 2 – консольное перекрытие; 3 – консольный мост; 4 – стойка;
5 – подвеска; 6 – ростверк
39
В стеновой системе несущими являются плоскостные элементы – стены. Стеновая система, в зависимости от роли в пространственной работе
здания, включает три схемы: продольно-стеновая, поперечно-стеновая,
перекрёстно-стеновая (рисунок 3.13).
В каркасной системе несущими являются стержневые элементы –
колонны и связывающие их в горизонтальной плоскости балки-ригели.
По статической схеме работы каркасы подразделяются на рамные, рамно-связевые и связевые.
В рамной схеме действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают поперечные и продольные рамы, образованные жёсткими узлами сопряжения ригеля с колонной.
Рамно-связевая схема сочетает в себе рамы в одном направлении, а в другом – связи (стенки) жесткости, расположенные с интервалами 24-36 м, что
позволяет разместить между ними помещения большой площади.
При связевой схеме вертикальные нагрузки воспринимают колонны
каркаса, а горизонтальные – система поперечных и продольных связей
(стенок жёсткости), расположенных с интервалом 24-36 м.
На основе связевой схемы возможен ряд вариантов – ствольная, оболочковая, каркасно-ствольная. В них продольные и поперечные диафрагмы соединены в единую пространственную конструкцию – ствол или
оболочку (рисунок 3.14).
Объёмно-блочная система – комбинация плоских вертикальных и горизонтальных элементов, объединённых в цельноформованный блок размером на комнату, лестничную клетку, лифтовую шахту и пр.
В ствольной системе все нагрузки воспринимает ствол, который состоит из плоских вертикальных элементов, жёстко соединённых между собой
в объёмно-пространственное ядро жесткости на всю высоту здания. Ствол
размещают в центральной части здания. Перекрытия устраивают или подвеской на тросах (гибких, жёстких), или на консолях. В стволе размещают
лестницы, лифты, технические помещения. Ствольную систему применяют
в основном в зданиях высотой более 20 этажей, компактных в плане.
Оболочковая система может совмещать несущие и ограждающие
функции или дополняться наружными ограждающими конструкциями.
В первом случае она представляет собой монолитную или сборномонолитную бетонную оболочку с регулярно расположенными проёмами
или решетку, во втором случае – раскосную или безраскосную стальную
многоярусную пространственную ферму, в которую заключено здание.
Наряду с основными широко применяют комбинированные системы.
В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуют, сочетая
40
разные виды несущих элементов: стены и колонны (с неполным каркасом), стены и объёмные блоки (объёмно-блочно-стеновая), ствол и колонны (каркасно-ствольная) и т.д.
Рис. 3.15. Высотное здание из двух башен по ствольной системе
Рис. 3.16. Высотная башня по оболочковой системе
41
3.6. Строительные системы зданий
Понятие «строительная система» является комплексной характеристикой конструктивного решения здания по материалу и технологии возведения его вертикальных несущих и ограждающих конструкций в сочетании
с определённой конструктивной системой. Общая схема классификации
основных строительных систем дана на рисунке 3.17.
Различают четыре группы материалов конструкций: каменные, бетонные, деревянные и металлические (в сочетании с пластмассами или без
них) – и две группы технологий возведения: традиционные (из кирпича, мелких блоков из керамики, лёгкого бетона или естественного камня)
и индустриальные (полносборные, монолитные, сборно-монолитные).
Функциональные требования некоторых зданий приводят к необходимости сочетания различных конструктивных систем, материалов
и технологии возведения. В этих случаях применяют комбинированные
строительные системы (КСС). Так, например, в многоэтажных жилых
зданиях каркасного типа технологию бетонирования колонн и перекрытий из монолитного бетона сочетают с выполнением наружных стен
по технологии ручной кладки из кирпича или мелких блоков из лёгкого
бетона.
Рис. 3.17. Строительные системы зданий
42
3.7. Приёмы архитектурнохудожественных решений зданий
Архитектура является не только источником материальных благ,
но и искусством, специфической областью художественного творчества.
Архитектурно-художественные решения зданий связаны с функциональными, объёмно-планировочными и конструктивными решениями
на основе экономической целесообразности, а художественная выразительность достигается применением законов архитектурной композиции.
Архитектурно-художественные задачи при проектировании зданий
состоят из двух взаимосвязанных частей: создание внешнего архитектурного образа здания и архитектурно-художественной организации его
внутреннего пространства (интерьеров помещений). Основными компонентами архитектурной композиции здания являются его внутреннее
пространство и внешний объём. Сочетание этих двух компонентов
образует объёмно-пространственную структуру здания.
Композиция внутреннего пространства представляет собой построение помещений, основанное на единстве функциональной целесообразности каждого помещения и их связи между собой, конструктивного
решения и художественного выражения. Функциональный процесс обуславливает систему планировки (коридорная, анфиладная и др.), форму
внутреннего пространства.
Композиция внешних объёмов здания зависит от размеров, формы
и связей внутреннего пространства и подразделяется на простые, сложные и комплексные. Простые состоят из одного объёма, сложные – из двух
и более, комплексные – из нескольких отдельных зданий, связанных
в единый архитектурный комплекс галереей, парком, площадью. Форма
отдельных внешних объёмов может быть самой разнообразной – куб, параллелепипед, цилиндр, полусфера и т.д.
Архитектурная композиция – это определённое расположение и сочетание всех внешних и внутренних элементов здания, гармонично согласованных между собой и образующих единое целое.
Выразительность объёмно-пространственной композиции достигается
с помощью ряда композиционных средств: симметрии и асимметрии, ритма, пропорций, масштабности и масштаба, контраста или нюанса.
Симметрией называется повторение одинаковых архитектурных
форм и объёмов относительно центральной оси; асимметрией – построение архитектурной формы и объёмов с разным композиционным решением по отношению к центральной оси.
43
а
б
в
Рис. 3.18. Средства архитектурной композиции:
а – симметричное построение; б – асимметричное построение; в – ритмичное построение
44
Важным средством является ритм – чередование одинаковых форм, объёмов с определённым интервалом. Большое значение в построении архитектурных композиций имеют пропорции – совокупность пространственных
соотношений геометрических размеров (длины, ширины, высоты) элементов
и членений архитектурных форм между собой и с целым. Установление пропорциональных соотношений зависит от функциональных требований и должно обеспечивать гармонию в композиции и художественную выразительность.
Масштабность подразумевает относительное соответствие форм
и размеров здания размерам человека или сопоставление величины здания с размерами элементов (окон, дверей, панели, кирпича и пр.). Масштабность характеризует степень расчленённости композиции, крупность
её форм по отношению к зданию, к окружающей застройке.
Под масштабом подразумеваются абсолютные размеры здания и его
отдельных частей независимо от человека и его восприятия.
Соотношения в композиции могут иметь ярко выраженные различия –
контраст или слабо выявленные – нюанс. Большое значение как композиционные средства имеют цвет, фактура, освещение, а также произведения изобразительного искусства (живопись, скульптура и др.).
Важнейший элемент архитектурной композиции – тектоника – конструктивное строение архитектурного объекта, выявленное и использованное в художественных целях.
Рис. 3.19. Тектоническая структура стен
Выбирая конструктивное решение здания в целом или отдельных его
элементов, надо помнить, что оно во многом будет определять архитек45
46
Рис. 3.20. Здания аэровокзалов: а – со статически уравновешенными формами; б – с динамическими конструктивными формами
турно-художественный образ здания или интерьера помещения. Здание
или сооружение может вызвать у человека ощущение тяжести, особой
массивности или, наоборот, лёгкости, воздушности.
На рисунке 3.20 показаны два современных здания аэровокзалов. Первое здание состоит из трёх равных объёмов, перекрытых железобетонными крестовыми сводами; композиция здесь воспринимается как статически уравновешенная, массивная. Второе здание также состоит из трёх
объёмов, перекрытых железобетонными оболочками сложной формы,
но оно напоминает гигантскую, приготовившуюся взлететь птицу, настолько динамичны его формы.
Раздел 4. Физико-технические основы
проектирования зданий
и их ограждающих конструкций
4.1. Строительная климатология
На территории нашей страны здания и их наружные ограждения подвергаются различным климатическим воздействиям.
Важным является показатель, устанавливающий общее влияние влажности климата. Нормами строительной теплотехники СНиП 23-02-2003
«Тепловая защита зданий» установлены сухие, нормальные и влажные
зоны (карта в приложении 1), обуславливающие разное влажностное состояние конструкций и величины теплопроводности материалов (СНиП
«Строительная теплотехника»).
Другим важным климатологическим показателем являются виды погоды с градацией температуры наружного воздуха, принимаемые по СНиП
«Строительная климатология».
Создание в помещениях комфортной воздушной среды зависит от теплофизических качеств ограждающих конструкций, которые разделяют
воздушные среды, отличающиеся температурой, влажностью и скоростью движения воздуха.
От теплофизических качеств ограждений зависит количество тепла,
теряемое зданием в холодный период, что влияет на стоимость эксплуатации этого здания. Поэтому при проектировании здания необходимо
выбирать такие ограждения, которые бы не только соответствовали своему функциональному назначению, но и были экономичными с точки зрения расхода тепла в зимнее время. Изучением процессов переноса тепла
(теплопередача), влаги (влажностный режим) и воздуха (воздухопроницаемость) через ограждающие конструкции занимается строительная теплофизика.
4.2. Передача тепла через ограждающие конструкции
и их теплофизический расчёт
Основная задача строительной теплофизики – обоснование наиболее
целесообразных решений ограждающих конструкций, которые, удовлетворяя требованиям обеспечения в помещениях благоприятного микроклимата для жизнедеятельности человека, обеспечивали бы сбережение
тепловой энергии (т.е. удовлетворяли требованиям энергосбережения).
48
В простейшем виде ограждающая конструкция здания по своей расчётной схеме представляет плоскую конструкцию, ограниченную параллельными поверхностями. Она разделяет воздушные среды с разными
температурами. Ограждающая конструкция называется однородной, если
выполнена из одного материала; и слоистой, если состоит из нескольких
материалов, слои которых расположены параллельно внешним поверхностям ограждения.
Через ограждающую конструкцию перпендикулярно к её поверхности проходит поток тепла (рисунок 4.1). При установившемся тепловом
потоке количество тепла Q, проходящего через ограждение, может быть
определено на основании закона Фурье:
Q=(τв–τн) λ ─FZ кал, δ
(1)
где в и н – температуры на внутренней и наружной поверхностях ограждения, ˚С;
– коэффициент теплопроводности материала (Вт/м ·˚С);
– толщина ограждения, м;
F – площадь ограждения, м2;
Z – время передачи тепла, ч (с).
Рис. 4.1. Распределение температур в однородной ограждающей конструкции
при постоянном тепловом потоке
Из равенства (1) получим:
λ == F⋅Z(QτВ⋅δ−τН )
49
(Вт/м·˚С). (2)
Если толщину ограждения, его площадь, время теплопередачи и разность температур принять равными единице, то =Q, т.е. коэффициент
теплопроводности представляет количество тепла, которое проходит
в единицу времени через 1 м2 однородного ограждения толщиной 1 м при
разности температур на его поверхностях 1˚С.
Коэффициент теплопроводности – одна из основных теплофизических
характеристик строительных материалов. Значение изменяется в широких пределах и зависит от плотности материала , кг/м3, и его влажностного состояния.
Чем меньше плотность материала, т.е. чем больше его пористость, тем
меньше его коэффициент теплопроводности. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Например, у стали, алюминия, меди – соответственно 58, 220, 383 Вт/м·˚С, а у пенопласта – 0,04 Вт/м·˚С.
Изменение теплопроводности строительных материалов в зависимости от влагосодержания имеет большое значение для строительства
и эксплуатации ограждающих конструкций зданий в различных климатических районах страны. Влажность материала возникает в результате
поглощения влаги, содержащейся в окружающем его воздухе. На территории нашей страны установлены сухая, нормальная и влажная зоны (карта
зон влажности в приложении 1).
Расчётные коэффициенты теплопроводности строительных материалов, используемых в ограждающих конструкциях, выбираются в зависимости от их плотности и условий эксплуатации А и Б, определяемых
зонами влажности районов строительства и влажностными режимами
помещений зданий по таблице 4.1.
Таблица 4.1
Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости
от влажностного режима помещений и зон влажности
Условия эксплуатации А и Б
Влажностный рев зонах влажности
жим помещений
Сухой
Нормальный
Влажный
Сухой
А
А
Б
Нормальный
А
Б
Б
Влажный
Б
Б
Б
или мокрый
Цель теплофизического расчёта ограждающих конструкций – придание им необходимых теплозащитных качеств; в связи с этим отношение
50
толщины конструктивного слоя к коэффициенту теплопроводности его
материала называется термическим сопротивлением R= , (м2·˚С/Вт),
однородного ограждения или отдельного конструктивного слоя, входящего в состав слоистой конструкции.
Для слоистой конструкции:
R=
δ1 δ 2
δ
+ + ..... + n , (м2·˚С/Вт), λ1 λ 2
λn
(3)
где δ1... δn – толщина отдельных слоёв, м;
... n – коэффициенты теплопроводности материалов слоёв, (Вт/м·˚С).
1
При передачи тепла через ограждение происходит падение температур
от температуры внутреннего воздуха tв до температуры наружного воздуха tн. При этом общий температурный перепад tв-tн состоит из суммы
трёх частных температурных перепадов: от температуры внутреннего воздуха к температуре на внутренней поверхности ограждения tв-τв; в пределах толщины ограждения в- н; от температуры на наружной поверхности
ограждения к температуре наружного воздуха τн-tн.
Каждый из этих температурных перепадов вызван конкретным сопротивлением переносу тепла: сопротивлением теплоотдачи внутренней поверхности Rв; термическим сопротивлением конструкции R; сопротивлением теплоотдачи наружной поверхности Rн.
В теплофизических расчётах пользуются величинами, обратными Rв
и Rн, они называются коэффициентами теплоотдачи в=1/ Rв и н=1/ Rн
и составляют в=8,7 и н=23 Вт/(м2·˚С). Таким образом, общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции:
Rо=1/ в+
δ
+1/ н (м2·˚С/Вт); λ
(4)
δ
+1/ н (м2·˚С/Вт); λ
(5)
для однородной конструкции:
Rо=1/ в+∑
и для слоистой конструкции.
Тепловой поток Q, входящий в ограждение, может быть выражен, как:
, а проходящий через ограждение:
51
.
При установившемся потоке тепла они равны одной и той же величине
Q, т.е.:
=
. (Вт/ м²). (6)
Из этого равенства следует:
Rо=
tB −tH
t −t
Rв или Rо= B H ·1/ в (м2·˚С/Вт). t B −τB
t B −τB
(7)
Это выражение используется для определения необходимых теплозащитных качеств ограждающих конструкций. СНиП установлено минимальное или требуемое сопротивление теплопередаче –
. В качестве
основного нормируемого параметра принимается температурный перепад
(tв- в), который обозначается tН , принимаемый в зависимости от назначения помещения и вида ограждающей конструкции по приложению 7.
По формуле 7 вычисляется требуемое сопротивление теплопередаче
при установившемся потоке тепла, а чтобы отразить процесс постепенного охлаждения ограждения, вводится коэффициент n, зависящий от положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху.
Тогда:
=
(м2·˚С/Вт),
(8)
где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному
воздуху, принимаемый по приложению 4;
tв – расчётная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно нормам проектирования;
tН – расчётная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92
по СНиП 23-01-99;
tН – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей
конструкции;
в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции (приложение 5).
Это требуемое сопротивление теплопередаче ограждения, отвечающее
санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.
52
Но в настоящее время, в целях сокращения потерь тепла в зимнее время, СНиП введено принимать
ещё и из условий энергосбережения
по приложению 3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода:
ГСОП=(tв-tо.п.)Zо.п.,
(9)
где tо.п. – средняя температура, ˚С, и Zо.п. – продолжительность, сут. периода со средней суточной температурой наружного воздуха ниже или
равной 8˚С по СНиП 23-01-99.
По полученным данным находим
по таблице СНиП 23-02-2003
«Тепловая защита зданий» или по приложению 3.
Сопротивление теплопередачи Rо проектируемого ограждения, вычисленное по формуле (4 и 5), должно быть не менее требуемых значений
, определяемых по формулам 8 или 9.
Для зданий с влажным или мокрым режимом, с избытком тепла, с расчётной температурой внутреннего воздуха 12˚С и ниже сопротивление
теплопередаче Rо ограждающей конструкции следует принимать не ниже
значения, определяемого по формуле (8).
Для оценки теплофизических качеств ограждающих конструкций следует знать не только общее сопротивление теплопередаче, но и температуру
в любой плоскости конструкции при заданных значениях расчётных температур внутреннего tв и наружного tн воздуха. Особое значение для теплофизической оценки ограждающей конструкции имеет температура её внутренней поверхности в как определяющей возможность выпадения конденсата.
Выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждающей конструкции недопустимо с санитарно-гигиенической точки зрения, портит
внутреннюю отделку, ухудшает теплозащитные свойства конструкции.
Поэтому необходимо обеспечить на внутренней поверхности ограждения
такую температуру в, при которой не могло бы происходить конденсации
влаги при относительной влажности воздуха помещения.
Из формулы (8) определяем температуру на внутренней поверхности
ограждения:
( t В − t H )n
в = tв –
R(˚С).
(10)
ROα B
Аналогично можно получить значение температуры х в любой расчётной плоскости:
t −t
х= tв- в н (Rв + Rх ) R(˚С), (11)
R0
53
где Rх – термическое сопротивление всех конструктивных слоёв ограждающей конструкции, расположенных между её внутренней поверхностью
и расчётной плоскостью, а Rв= 1/ в.
Температура в наружных углах помещений ниже, чем на гладкой
поверхности ограждения, поэтому отсутствие конденсата следует проверять и в углах. Расчётом температурных полей установлено, что температура в наружных углах при термическом сопротивлении стены R=
от 1,72 до 0,82 м2˚С понижается соответственно на 4˚-6˚.
4.3. Влажностное состояние ограждающих конструкций
Влажностное состояние ограждающих конструкций влияет на их теплозащитные свойства, поскольку теплопроводность увлажнённых материалов больше, а сопротивление теплопередаче конструкции меньше.
От влагосодержания материала зависит долговечность конструкции.
Увлажнённая конструкция быстро разрушается от мороза, коррозии, биологических процессов, тогда как сухая может служить долгие годы.
Причины увлажнения ограждающих конструкций различны: строительная влага, обусловленная мокрыми процессами при производстве строительных работ; грунтовая влага, проникающая в толщу конструкций при нарушении гидроизоляции; атмосферная влага (дождь, снег); эксплуатационная
влага при проливах постоянных или аварийных; гигроскопическая влага
в результате поглощения влаги из воздуха пористыми материалами; конденсационная влага, происходящая на поверхности или в толще ограждающей
конструкции в процессе диффузии (прохождение потока водяного пара от внутренней поверхности конструкции к наружной) водяного пара.
В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара, а влажность воздуха в помещениях обуславливается выделением влаги людьми при дыхании, растениями, при приготовлении пищи,
стирке и пр. Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха,
называется абсолютной влажностью. Однако для расчётов диффузии
водяного пара через ограждающие конструкции пользуются не абсолютной влажностью, а величиной парциального давления водяного пара е,
называемого упругостью водяного пара и выражаемого в паскалях (Па).
Парциальное давление возрастает по мере увеличения количества пара
в воздухе. Однако оно, как и абсолютная влажность, не может возрастать
беспредельно, и при определённой температуре и барометрическом давлении наступает полное насыщение воздуха водяным паром, которому
54
соответствует предельное значение парциального давления Е, Па. (Значение Е для воздуха с различной температурой при барометрическом давлении 100415 Па указаны в приложении 5).
Степень насыщения воздуха водяным паром определяет его относительная влажность:
=е/Е 100 %, (12)
где е – упругость водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчётной
температуре и влажности этого воздуха;
Е – максимальное значение упругости водяного пара внутреннего воздуха, Па, при данной температуре (по приложению 5).
Нормальной для человека считается относительная влажность 30-60 %.
Величина определяет процесс поглощения влаги пористыми материалами
и процесс конденсации влаги на поверхности ограждающих конструкций.
При нагревании воздуха относительная влажность понизится, а максимальное значение Е увеличится. Наоборот, при охлаждении воздуха его
относительная влажность будет увеличиваться из-за уменьшения величины Е. При некоторой температуре максимальное значение парциального
давления Е оказывается равным величине е и относительная влажность
будет равна 100 %. Тогда наступает состояние полного насыщения
охлаждённого воздуха водяным паром. Температура, при которой наступает полное насыщение воздуха водяным паром, называется температурой точки росы р. При дальнейшем понижении температуры
излишнее количество влаги будет конденсироваться на внутренней поверхности ограждения, т.е. переходить в жидкое состояние.
В холодный период года температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции всегда ниже температуры воздуха в помещении. Тонкий воздушный слой, прилегающий к внутренней поверхности ограждения,
охлаждается до температуры самой поверхности, и в процессе такого охлаждения относительная влажность его будет увеличиваться и может достигнуть
точки росы р. Поэтому необходимо обеспечить на внутренней поверхности
ограждения такую температуру в, при которой не могло бы происходить конденсации влаги при относительной влажности воздуха помещения.
Относительная влажность воздуха в помещении при проверке на конденсацию влаги принимается 50-55 % в гражданских зданиях; в производственных помещениях она может изменяться в широких пределах (от
20 до 80 %) в зависимости от особенностей технологических процессов.
55
В холодный период года температура воздуха в отапливаемом помещении
значительно выше температуры наружного воздуха. При сравнимых значениях
относительной влажности в помещении и снаружи тёплый воздух всегда содержит большее количество водяного пара, чем холодный. В связи с этим парциальное давление водяного пара в воздухе помещения ев будет значительно больше
давления водяного пара в наружном воздухе ен. Под влиянием разности парциальных давлений возникает поток водяного пара, направленный от внутренней
поверхности конструкции к наружной (диффузия водяного пара).
При проницании водяного пара через слой материала последний оказывает сопротивление паропроницанию Rп, вычисляемому по формуле:
δ
Rп = µ , м2 ·ч·Па/мг, (13)
где – толщина слоя, м;
– коэффициент паропроницаемости материала, мг/(м·ч·Па).
Коэффициент паропроницаемости – это количество влаги в милиграммах, которое проходит в единицу времени через слой материала площадью 1 м2 и толщиной 1 м при единичной разности парциальных давлений
на противолежащих поверхностях слоя.
Сопротивление паропроницанию выражает разность парциальных
давлений на противолежащих поверхностях конструктивного слоя, при
которой через 1 м2 в единицу времени проходит поток пара, равный 1 мг.
Полное сопротивление паропроницанию слоистой ограждающей конструкции вычисляется по формуле:
Rоп = Rвп + Σ
δ
+ Rнп, м2 ·ч·Па/мг, µ
(14)
где Rвп и Rнп – сопротивления влагообмену на противолежащих поверхностях конструкции.
Расчётное сопротивление Rп и Rоп должно быть не менее требуемых,
указанных в нормах СНиП 23-02 «Тепловая защита зданий».
4.4. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций
Воздух при разности давлений с противоположных сторон может проникать через ограждение в направлении от большего давления к меньшему. Этот процесс называется фильтрацией воздуха. Разность давлений
56
р, Па, возникает под влиянием теплового напора (при разности температур внутри здания и наружного воздуха) и ветрового напора. Тепловой напор возрастает с увеличением разности температур по обе стороны
ограждения и высоты здания. Воздухопроницаемость материалов объясняется их пористостью. Плотные материалы с мелкими порами и однородной структурой практически не пропускают воздуха (бетоны сплошные
без швов, пластифицированные растворы, плотная керамика). Практически
воздухопроницаемость ограждающей конструкции не соответствует воздухопроницаемости материала из-за неплотности между отдельными слоями
и другими дефектами конструкции. Например, воздухопроницаемость кирпичной стены толщиной 380-640 мм в сотни раз выше, чем сплошного кирпича такой же толщины. Наличие плотного слоя на поверхности ограждающей конструкции резко снижает воздухопроницаемость, например, один
слой штукатурки – в 9 раз, а два слоя – в 17 раз. Поэтому в практических
расчётах оценка воздухопроницаемости слоёв конструкции производится
по величине их сопротивления воздухопроницанию, приведенной в справочных таблицах (СНиП II-3-79*) и полученных экспериментально.
Сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции здания, за исключением световых проёмов (окон, балконных дверей), должно быть не менее
н
требуемого: R тр
н = ∆р/G , где р – разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции, Па, определяемая по формуле:
р = 0,55Н( н - в )+ 0,03
н
2
,
(15)
где Н – высота здания (от поверхности земли до верха карниза, м);
, в – удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха,
н
Н/м3, определяемый по формуле: =3463/ 273+t; здесь t – расчётная температура воздуха, соответственно наружного и внутреннего, согласно СНиП 23-01;
– максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, принимаемая согласно СНиП 23-01;
Gн – нормируемая воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м ч), принимаемая по СНиП 23-02.
4.5. Передача звука через ограждающие конструкции
Звукоизоляция – одна из главных физико-технических функций внутренних ограждающих конструкций. Всякий нежелательный для человека
звук называется шумом. Шумы бывают воздушные, ударные и структурные. Воздушный шум возникает при излучении звука (голоса, музыки
57
и т.п.) в воздушное пространство, который достигает какого-либо ограждения и вызывает его колебание. Ударный шум образуется при падении
на пол предметов и при ходьбе человека. Структурный шум возникает
при контакте строительных конструкций с различным вибрирующим оборудованием (лифт, станок и пр.). Колебательные движения конструкций
излучают звук в смежное помещение. Колебания частиц воздуха, достигая
уха человека, оказывают периодически меняющееся давление на барабанную перепонку, вызывая раздражение окончаний слухового нерва, которое
воспринимается как звук. Частота колебаний, при которой колебательный
процесс вызывает ощущение звука, равна 16 – 20000 Гц (герц).
Шумы бывают: низкочастотные с частотой ниже 300 Гц (гудение мотора, шум вентилятора); среднечастотные с частотой 300-800 Гц (агрегаты ударного действия); высокочастотные с частотой 800-8000 Гц и более
(свист пара, лязг металла); ультразвук с частотой выше 20000 Гц слухом
человека не воспринимается, но разрушающе действует на психику.
Для каждого типа шума санитарными нормами установлены гигиенически допустимые уровни звукового давления, измеряемые в децибелах, дБ.
В приложении 6 приведены допустимые уровни давления для различных помещений в зависимости от частоты колебаний. Воздушные шумы
в быту и на производстве возникают в основном на частотах 63, 125, 250,
500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.
Уровень звукового давления L, дБ, можно определить по формуле:
L = 20 lg (р/р0), (16)
где р0 – звуковое давление на пороге слышимости человека, р0 = 10-5;
р – измеренное звуковое давление, Па/м2.
Наибольшее значение звукового давления, воспринимаемое ещё как
звук, а не как болевое ощущение, равно примерно 20 Па. Тогда:
L = 20 lg(20/2· 10-5) = 20 lg·10-6 = 120 дБ,
т.е. диапазон слышимых звуков составляет от 0 до 120 дБ.
Чувствительность слуха зависит не только от частоты звука, но
и от уровня звукового давления. На рисунке 3.6.1 показана область слухового восприятия звука; наибольшая чувствительность соответствует
частотам от 1000 до 3000 Гц; с повышением и понижением частоты звука
58
чувствительность понижается; а чем выше уровень звукового давления, тем
меньше чувствительность уха зависит от частоты колебаний. Поэтому при
оценке звукоизоляции необходимо определять спектр шума (частотную характеристику), т.е. распределение уровней звукового давления по частоте.
Рис. 4.2. Область слухового восприятия звука
Изоляция от воздушного шума определяется в диапазоне частот
100-5000 Гц, а от ударного шума в диапазоне 100-3200 Гц экспериментальным или расчётным путём.
Зная требования к уровню шума в данном помещении и уровни шумов внешних источников, можно запроектировать ограждающую конструкцию с необходимой степенью звукоизоляции. В строительстве предусмотрены специальные
нормы на изоляцию воздушного шума стенами, перегородками и междуэтажными перекрытиями и ударного шума междуэтажными перекрытиями.
Нормируемыми параметрами звукоизоляции ограждающих конструкций являются индексы изоляции: Jв – для воздушного шума, Jy – для ударного шума, дБ, которые зависят от расположения и разделяющих помещений
(например, межквартирные стены, перегородки и междуэтажные перекрытия должны иметь Jв = 50 дБ, Jy = 67 дБ). Правила определения этих величин
содержатся в соответствующих главах СНиП «Защита от шума».
При ориентировочных расчётах однослойных ограждений индексы
изоляции воздушного шума можно определять по формулам:
Jв = 23 lg m -10 дБ при m ≥ 200кг/м2 ;
Jв = 13 lg m +13 дБ при m 200кг/м2,
59
(17)
(18)
где m – поверхностная плотность ограждающей конструкции, кг/м2 (плотность материала, кг/м3 умноженная на толщину конструкции, м).
Для увеличения изоляции от воздушного шума можно применять многослойные конструкции (например, двойные гипсобетонные перегородки
с воздушным зазором между ними; междуэтажные перекрытия с полами
по упругим прокладкам или с подвесными потолками и др.).
Индекс приведённого уровня ударного шума Jy в дБ под междуэтажным перекрытием зависит от поверхностной плотности плиты перекрытия и конструкции пола (рассчитывается по СНиП «Защита от шума»).
Мероприятия по борьбе со структурным шумом сводятся в основном
к виброизоляции установок и звукоизоляции самого оборудования.
Большое значение в борьбе с шумом имеют планировочные решения
зданий. Так, примыкание лифтовых шахт к жилым помещениям недопустимо, а между стенами шахт и конструкциями здания необходимы конструктивные зазоры, заполненные упругими прокладками.
60
Раздел 5. Конструкции зданий,
их основные элементы
5.1. Основания и фундаменты
Подземная часть здания, расположенная ниже отметки уровня земли,
называется фундаментом. Фундаменты передают все нагрузки от здания
на грунт, который называется основанием. Под фундаментом грунт уплотняется. В пределах сжимаемой толщи грунта под давлением действующих
нагрузок, а также в результате уменьшения объёма пустот и перемещения
частиц грунта возникают деформации основания, вызывающие осадку
здания. Небольшие равномерные осадки для зданий не опасны. Большие
и особенно неравномерные осадки опасны и ведут к образованию трещин,
разрушению конструкций, авариям.
Основания должны иметь достаточную несущую способность,
небольшую и равномерную сжимаемость, быть неподвижными. Материал основания должен быть однородным, не пучинистым, стойким к воздействию агрессивных подземных вод.
Грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую
способность для восприятия нагрузки от здания, являются естественным основанием (скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые).
Качество естественного основания во многом зависит от вида грунта, его
влажности, уровня и состояния грунтовых вод и условия промерзания.
Влажность существенно влияет на несущую способность большинства грунтов. Влажный грунт при замерзании увеличивается в объёме,
что приводит к пучению, а в результате к неравномерным деформациям
и разрушению фундаментов.
Если грунты в природном состоянии на глубине заложения фундаментов не обладают достаточной несущей способностью, имеют повышенную
сжимаемость (илистые, насыпные), необходимо их искусственное укрепление методами уплотнения (трамбованием, сваями), закрепления (силикатизации, цементации и др..) или замены слабого грунта более прочным.
Работа фундаментов протекает в сложных условиях. Они подвергаются разнообразным воздействиям: силовым – нагрузки от массы здания,
боковое давление грунта, сопротивление (отпор) и сила пучения грунта;
несиловым – переменная температура и влажность, химические вещества
в грунтовой воде и прочие (рисунок 5.1). В результате могут быть недопустимые деформации и разрушения. Поэтому, чтобы противостоять всем
этим воздействиям, фундаменты должны отвечать требованиям прочно61
сти, устойчивости, долговечности и экономичности. Конструкции фундаментов проектируют с учётом характера несущего остова зданий и сооружений и степени чувствительности к возможным осадкам, характера
геологических и гидрогеологических условий участка, наличии местных
строительных материалов и средств механизации.
Материалом для фундамента могут служить дерево, бутовый камень,
бутобетон, бетон, железобетон. Деревянные фундаменты, как правило,
используют для временных деревянных зданий. Фундаменты из бута
и бутобетона применяют в малоэтажных зданиях и очень редко.
Массовое распространение в современном строительстве получили
бетонные и железобетонные фундаменты.
Глубина заложения фундамента, т.е. расстояние от планировочной
отметки земли до подошвы фундамента, зависит от конструктивного решения здания, от наличия подвала, от величины и характера нагрузок, от
качества основания и др.
Для неотапливаемых зданий глубина заложения Н должна быть не менее
расчётной глубины промерзания грунта. Расчётная глубина промерзания Н
отапливаемых зданий зависит от теплового режима: Н = mt ∙Hн, где Нн – нормативная глубина промерзания, указанная на карте, mt – коэффициент теплового режима здания, зависящий от конструкции пола (0,4….0,8). Для фундаментов под внутренние конструкции отапливаемых зданий глубину заложения
принимают вне зависимости от глубины промерзания, но не менее 0,5 м.
Рис. 5.1. Воздействия на фундаменты:
силовые: 1 – нагрузка от здания; 2 – боковое давление грунта;
3 – отпор и сила пучения грунта; 4 и 5 – несиловые воздействия
62
Рис. 5.2. Ленточный фундамент:
1 – под наружную стену; 2 – под внутреннюю стену
По виду конструкции различают фундаменты ленточные, столбчатые, свайные и сплошные в виде плиты под всем зданием. В зависимости
от технологии возведения фундаменты бывают монолитные и сборные.
5.1.1. Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную стену, равномерно загруженную выше лежащими стенами. Переход с одной
глубины заложения (под наружные стены) к другой (под внутренние стены) устраивают ступенями (рисунок 5.2).
Монолитные фундаменты из бутобетона и бетона применяют в малоэтажных зданиях. Ширину фундамента принимают равной ширине стены.
Рис. 5.3. Ленточные фундаменты: а – монолитный; б – сборный
В современных зданиях со стенами из кирпича и мелких блоков ленточные фундаменты выполняют из железобетонных плит-подушек и бе63
тонных стеновых блоков (рис. 5.3 б, 5.4 а, б). Стеновые блоки укладывают
с перевязкой швов по каждому ряду. В панельных зданиях фундаменты более рационально выполнять из крупноразмерных элементов, которые являются опорами для панелей наружных и внутренних стен (рис. 5.4 в).
Рис. 5.4. Элементы сборных ленточных фундаментов:
а – стеновые бетонные блоки; б – железобетонная фундаментная плита-подушка;
в – элементы панельных фундаментов: 1 – цокольная панель наружной стены;
2 – фундаментная подушка; 3 – перекрытие; 4 – фундаментная панель под внутреннюю стену;
5 – наружная стеновая панель
Фундаментные элементы укладывают на тщательно выровненную
песчаную подсыпку толщиной 80-100 мм.
5.1.2. Столбчатые фундаменты под стены устраивают в зданиях небольшой этажности, когда нагрузки на основание малы. Их выполняют из
монолитного бетона или бутобетона сечением 400х400 мм и располагают под
углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен и под простенками. На столбчатые фундаменты под стены укладывают железобетонные перемычки или фундаментные балки высотой от 0,3 м (рисунок 5.6).
Столбчатые фундаменты характерны для каркасных зданий. Они представляют собой подколонник с развитой плитной частью (рисунок 5.7).
Их выполняют из сборных железобетонных элементов или монолитные.
5.1.3. Свайные фундаменты применяются при строительстве на слабых грунтах для передачи нагрузки на глубоко залегающее основание
(сваи-стойки) или при необходимости уплотнить расположенные под по64
Рис. 5.5. Сборные ленточные фундаменты:
а – план фундамента; б – общий вид; в – раскладка фундаментных блоков под стену;
1, 3, 4 – фундаментные плиты-подушки; 2 – песчаная подсыпка; 5 – стеновые фундаментные блоки; 6 – пол подвала; 7 – надподвальное перекрытие; 8 – стена надземной части;
9 – гидроизоляция
Рис. 5.6. Столбчатый фундамент под стены малоэтажных зданий:
1 – столбчатый фундамент; 2 – перемычки (балка); 3 – кирпичная стена; 4 – гидроизоляция;
5 – отмостка; 6 – песчаная подсыпка
65
дошвой фундамента грунты основания (висячие сваи). Свайные фундаменты состоят из железобетонных забивных (заводского изготовления)
или набивных свай, погруженных в землю (рисунки 5.8 и 5.9). Глубина
забивки свай зависит от несущей способности сваи и грунта основания.
В зависимости от величины нагрузок и конструктивной схемы здания сваи
размещают в один или несколько рядов под стены или кустами под колонны.
Рис. 5.7. Столбчатый фундамент из сборных элементов:
а – под железобетонные колонны:
1 – колонна; 2 – железобетонный подколонник стаканного типа; 3 – цокольная панель;
4 – панель стены; 5 – железобетонная фундаментная подушка;
б – под стальную колонну: 1 – железобетонный подколонник; 2 – стальные анкера
Рис. 5.8. Свайные фундаменты:
1 – сваи; 2 – ростверк; 3 – фундаментные стеновые блоки; 4 – наружная стена; 5 – перекрытие
66
В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или два ряда, в шахматном порядке или в виде
«кустов» свай под колонны.
Рис. 5.9. Размещение свай под фундаментом:
а – однорядное; б – двухрядное; в – шахматное для зданий с каменными стенами;
г – куст свай под колонны: 1 – сваи; 2 – ростверк; 3 – колонна
В панельных зданиях, с перекрытиями из панелей размером на конструктивную ячейку, применяют безростверковый свайный фундамент, при котором
стеновые панели и плиты перекрытий опирают на сборные оголовки свай.
Стены подвалов могут быть выполнены из монолитного бетона, бетонных блоков или панелей.
5.2. Стены и их элементы
Стены выполняют функции ограждения от внешней среды (наружные) и разделения внутреннего пространства (внутренние). Они должны удовлетворять
требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, защищать помещения
от неблагоприятных внешних воздействий, обеспечивать необходимый температурно-влажностный режим в помещении и обладать декоративными качествами,
т.к. являются композиционным элементом фасадов. По статической работе различают стены несущие, самонесущие, ненесущие или навесные.
Несущие стены воспринимают вертикальные нагрузки от собственной
массы и конструкций перекрытий, перегородок, крыш и др. и передают
их на фундамент.
Самонесущие стены воспринимают вертикальную нагрузку только от
собственной массы и передают их на фундамент. Ненесущие стены поэ67
тажно опираются на внутренние конструкции здания (перекрытия, стены,
каркас), навесные – навешиваются с помощью специальных креплений на
внутренние конструкции (рисунок 5.10).
По материалу различают стены: каменные ручной кладки; бетонные – из
монолитного бетона, крупных блоков, панелей; деревянные – рубленные из
брёвен или брусьев. Навесные стены могут быть выполнены из небетонных
материалов: стальных, асбестоцементных листов в виде обшивок на каркас.
Толщину наружных стен назначают по наибольшей из величин, полученных в результате статического и теплотехнического расчётов; толщину внутренних стен – по расчётам на несущую способность и на звукоизоляцию.
Рис. 5.10. Наружные стены:
а – несущие; б – самонесущие; в – ненесущие
Методика конструирования наружных стен, удовлетворяющих требованиям прочности, долговечности, изоляционным и архитектурно-декоративным
качествам, тесно связана с материалом и конструкцией стены, что требует
индивидуального рассмотрения каждого из основных типов наружных стен.
5.2.1. Панельные стены и их элементы
Массовое применение панельных стен в практике строительства зданий определило большое разнообразие их конструкций и разрезок на
сборные элементы на фасаде (рисунок 5.11)
Рис. 5.11. Разрезка панелей на фасаде
68
По конструктивному решению стеновые панели бывают однослойными и слоистыми (рисунок 5.12.).
Однослойные панели наружных стен выполняют из лёгкого бетона
(керамзитобетона, перлитобетона и пр.) или автоклавных ячеистых бетонов плотностью 600-1400 кг/м3. Панели армируются по контуру и по периметру имеющихся в них проёмов. С внутренней стороны панели наносится слой известково-цементного раствора толщиной 15 мм; с фасадной
стороны – защитно-отделочный слой толщиной 20-25 мм из декоративных
бетонов с включением мраморной или гранитной крошки, битого цветного стекла или керамики. Для фасадного слоя применяют также отделку
керамическими или стеклянными плитками. Наиболее дешевая, но менее долговечна окраска стеновых панелей атмосферостойкими красками
(перхлорвиниловой, силикатной, полимерцементной).
Рис. 5.12. Наружная стеновая панель:
а – однослойная; б – трёхслойная; в – двухслойная;
1 – лёгкий бетон; 2 – сварной арматурный каркас; 3 – арматурная сетка; 4 – железобетон;
5 – утеплитель
Двухслойные панели имеют несущий и утепляющий слои: несущий
внутренний толщиной 100 мм из более плотного тяжелого или конструктивного легкого бетона, утепляющий наружный из теплоизоляционного
легкого или ячеистого бетона пористой структуры. Для фасадного защитноотделочного применяют те же материалы, что и в однослойных панелях.
Трёхслойные панели состоят из двух слоёв железобетона или конструктивного легкого бетона и между ними слоя утеплителя (минераловатных плит, цементного фибролита, поропласта и пр.). Толщину внутреннего слоя принимают 80-100 мм, а наружного – не менее 50 мм.
Теплоизоляция наружных стен обеспечивается правильным размещением в них слоёв исключающим накопление конденсата в толще ограждения, подбором сечения стены в соответствии с требуемым значением сопротивления теплопередаче, утеплением и герметизацией стыков панелей.
69
Панели внутренних несущих стен выполняют из тяжёлого бетона,
плотного силикатного бетона, а в малоэтажном строительстве – из автоклавного ячеистого бетона. Железобетонные панели применяют в нижних
этажах высотных зданий. Панели внутренних стен, как правило, имеют
однорядную разрезку (высотой на этаж), длиной на конструктивно-планировочную ячейку. Толщина панелей определяется в зависимости от прочности и требований звукоизоляции и принимается 160, 120 мм. Панели
выполняют глухими, с проёмами, Г- и Т-образные.
5.2.2. Монолитные и сборно-монолитные бетонные стены
В монолитных зданиях применяют одно-, двух- и трёхслойные конструкции наружных стен. Однослойные стены формуют из лёгких бетонов классов В5-В15 плотностью 1000-1400 кг/м3. Их применение ограничено южными районами по требованиям строительной теплотехники. В
основном применяют многослойные стены с эффективными утеплителями. Существуют несколько вариантов (рисунок 5.13 а, б, в): в варианте а
стена состоит из двух внешних бетонных слоёв и заключённого между
ними эффективного утеплителя толщиной, диктуемой климатическими
условиями; в варианте б стена состоит из внутреннего бетонного слоя,
утеплителя и с наружной стороны облицована сборными железобетонными скорлупами; в варианте в стена с наружной стороны облицована слоем
из кирпича.
Пространственное взаимодействие наружных слоёв с внутренними
и с перекрытиями обеспечивается при помощи металлических стержней,
которые устанавливают с шагом 450-500 мм.
5.2.3. Каменные стены ручной кладки
Каменные стены возводят из искусственных или естественных материалов. Наиболее распространённый искусственный материал – керамические обжиговые камни (кирпич глиняный обыкновенный или модульный – полнотелый плотностью 1800 кг/м3, пустотелый – до 1400 кг/м3,
пористый – 800 кг/м3; керамический камень – пустотный, семищелевой
плотностью до 400 кг/м3); безобжиговые камни – силикатный кирпич
плотностью 1800 кг/м3, легкобетонные камни (блоки) плотностью до
1200 кг/м3, блоки из пенобетона плотностью до 600 кг/м3 (рисунок 5.14).
Естественные природные камни выпиливают из вулканического туфа,
известняка, песчаника и др.
70
Рис. 5.13. Конструкции монолитных наружных стен
71
Рис. 5.14. Материалы и типы сплошных кладок наружных каменных стен:
а – кирпич сплошной; б – кирпич пустотелый; в – керамические камни; г – легкобетонные
камни со щелевыми пустотами (целый и половинный);
72
Камни выкладывают горизонтальными рядами с заполнением швов
раствором (цементным, известковым, цементно-известковым). Наиболее
распространённым типом кладки является многорядная, где четыре-пять
ложковых рядов кладки перевязывают пятым-шестым тычковым рядом
(длина у кирпича называется ложком, а ширина – тычком).
При высоких требованиях к прочности стены применяют более трудоёмкую двухрядную кладку (рисунок 5.14 ж).
Прочность конструкции стен обеспечивается прочностью камня
и раствора, взаимной перевязкой швов. Повысить прочность стены можно
армированием кладки горизонтальными сварными сетками через 2-5 рядов (в углах, в простенках, в местах пересечения стен).
Устойчивость стен обеспечивается пространственным взаимодействием наружных с внутренними и с перекрытием. При этом железобетонные
перекрытия заводятся в стену не менее чем на 120 мм, а деревянные балки
на 250 мм и связывают с кладкой стальными анкерами (рисунок 5.16).
При проектировании стен их размеры должны назначаться с учётом
размеров камней.
Рис. 5.15. Облегченная кладка многослойных наружных стен:
а – кладка с заполнением легким бетоном; б – то же с заполнением легкобетонными вкладышами; в, е – то же с заполнением сыпучим теплоизоляционным материалом;
г, д – с плитным утеплителем и с перевязкой горизонтальными армированными диафрагмами из цементного раствора
73
Рис. 5.16. Связи каменных стен с перекрытиями:
а – по железобетонному настилу; б – по деревянным балкам;
1 – анкер из арматурной стали; 2 – железобетонный настил; 3 – цементный раствор;
4 – подъёмная плита; 5 – бетон замоноличивания; 6 – деревянная балка; 7 – анкер из стальной полосы; 8 – армированный пояс (устраивается в зданиях 9 и более этажей)
Стены сплошной кладки из полнотелого кирпича обладают большой прочностью, но низкими теплозащитными качествами. Толщину их назначают по
расчёту на прочность, а теплозащитные качества обеспечивают утеплением
с внутренней или наружной стороны жесткими плитными теплоизоляционными материалами (минераловатными, пенополистирольными и пр.). В зданиях до пяти этажей (при ненесущих стенах любой этажности) для наружных стен можно использовать эффективный кирпич (пористый, пустотелый)
или лёгкие камни (блоки) с утеплением по теплотехническому расчёту.
В зданиях небольшой этажности эффективно использовать облегченную (многослойную) кладку наружных стен с закладкой лёгких теплоизоляционных материалов между двумя рядами сплошных стенок из камня
(рисунок 5.15).
5.2.4. Детали каменных стен
Цоколи (нижняя наземная часть) выполняют из прочного полнотелого
кирпича или облицовывают плитами естественного камня, керамическими
плитками и пр. Высота цоколя принимается не менее 500 мм (рисунок 5.17).
Проёмы, которые заполняют оконными и дверными блоками. Их перекрывают перемычками, воспринимающими нагрузку кладки стены, перекрытий и передающими её на простенки (рисунок 5.18).
74
Рис. 5.17. Конструкции цоколей:
а – кирпичного; б – кирпичного с облицовкой блоками из декоративного бетона;
в – то же с облицовкой плитами из естественного камня (мраморными, гранитными и др.)
Перемычки применяют из сборных железобетонных балок сечением 120х220, 120х300 мм (под несущую часть стены) и брусков сечением
120х75, 120х150 мм (под самонесущую и ненесущую часть стены) или из
кирпича армокаменные клинчатые, арочные (рисунок 5.18).
Венчающая часть наружных стен выполняется в виде карниза – при
наружном водоотводе с крыши или парапета – при внутреннем водоотводе.
Карниз выполняют из кирпича или камня с выносом не более 1/3 камня или из железобетонных карнизных плит. Парапет – возвышающаяся
над крышей часть стены, выполненная в сплошной кладке высотой не
менее 300 мм. Верхнюю плоскость парапета защищают от увлажнения
сливом из оцинкованной стали или парапетной плитой (рисунок 5.19).
В некоторых случаях в кирпичных стенах (наружных, внутренних)
устраивают пилястры (для усиления, для устройства вентиляционных
каналов) – выступающие за плоскость стены элементы (рисунок 5.18).
Рис. 5.18. Устройство пилястр в кирпичных стенах
75
Рис. 5.19. Детали каменных стен:
а, б – перемычка сборная железобетонная, в – рядовая армированная из кирпича;
г – клинчатая; д – арочная; е – кирпичный карниз; ж – карниз из железобетонной плиты;
и – парапет; 1 – брусковая перемычка; 2 – балочная перемычка; 3 – арматурный стержень;
4 – цементный раствор; 5 – карнизная железобетонная плита; 6 – анкерная балка; 7 – стальная ветровая связь; 8 – парапетная плита
Каменная кладка из кирпича обладает декоративными свойствами, что позволяет использовать его в архитектурной композиции фасадов. Для фасадного
ряда кладки применяют лицевой кирпич или керамические камни, укладываемые в перевязку с основным слоем (при утеплении с внутренней стороны) или
при помощи металлических связей (при наружном утепляющем слое).
Рис. 5.20. Наружная кирпичная стена: а, в – с фасадным слоем из лицевого кирпича;
б – с фасадным слоем из декоративной штукатурки; 1 – штукатурка под внутреннюю отделку;
2 – кирпичная кладка; 3 – пароизоляция; 4 – утеплитель; 5 – наружный слой лицевого кирпича; 6 – армированная сетка; 7 – наружный слой декоративной штукатурки; 8 – стальные связи
76
При наружном расположении утепляющего слоя, кроме декоративной
кирпичной кладки, применяют наружный отделочный слой из штукатурки по металлической или стекловолокнистой сетке с последующей покраской или облицовкой фасадными материалами (рисунок 5.20).
5.2.5. Деревянные стены малоэтажных зданий
Конструкции деревянных стен разнообразны: рубленные из брёвен,
брусчатые, каркасно-щитовые, щитовые.
Материалом для рубленных стен служат очищенные от коры и остроганные сосновые брёвна диаметром 180-240 мм в зависимости от расчётной температуры наружного воздуха. Устойчивость бревенчатых стен
достигается жёсткими сопряжениями на врубах в углах и с внутренними
стенами и перекрытиями, деревянные балки которых врубают в брёвна
опорного венца.
Для повышения устойчивости длинных участков наружных стен,
не раскреплённых внутренними, устраивают сжимы, препятствующие
выпучиванию брёвен.
Для брусчатого сруба используют брусья квадратного сечения 150х150 –
180х180 мм. Защитные (тепло-, влаго-) свойства деревянных стен весьма
высоки. Внутреннюю отделку стен выполняют различными способами:
обшивают гипсовой сухой штукатуркой или отделывают мокрой штукатуркой по деревянной дранке, бревенчатые стены можно оставлять открытыми
в интерьере. С наружной стороны бревенчатый сруб часто оставляют открытым, т.к. специально обработанные и покрытые лаком брёвна обладают
хорошими декоративными качествами, брусчатые стены с наружной стороны обшивают «вагонкой» – узкими строганными досками.
5.3. Светопрозрачные ограждения и двери
К светопрозрачным ограждениям относятся окна, витражи и витрины;
их размеры и форма определяют степень комфорта в помещении и архитектурно-художественное решение внешнего облика здания.
Окнами называют застеклённые проёмы в стенах; витражами –
светопрозрачные стены (навесные на фахверк); витринами – светопрзрачные ограждения в стенах для демонстрации товаров, художественных
изделий.
Окна зданий массового строительства преимущественно выполняют
из стандартных конструкций – оконных блоков, состоящих из короб77
ки (контурной обвязки) и вставленных в неё остеклённых переплётов
(из обычного силикатного стекла толщиной 3-5 мм).
Материалом коробки и переплётов служат дерево, пластмассы, сталь,
алюминий и металлопласт (штампованные стальные профили, покрытые
декоративным и антикоррозийным слоем из пластмассы). По теплотехническим требованиям окна остекляют в 1, 2 или 3 стекла. Вентиляция
помещений обеспечивается открывающимися переплётами, форточками.
Размеры оконных блоков ограничены (2700х2100), и при большой
площади проёма его заполняют несколькими блоками, а для обеспечения
жёсткости коробок между ними вводят промежуточные элементы – импоста из деревянных брусков или металлических профилей.
С точки зрения энергосбережения наиболее благоприятны стеклопакеты (2-х или 3-хкамерные). В них 2 или 3 стекла, приклеенные или заваренные по контуру в тонком алюминиевом профиле, вставлены в переплёты,
а между ними прокладывают уплотняющие амортизационные прокладки
из атмосферостойкой (свето-, морозостойкой) резины.
Стандартные величины проёмов кратны укрупнённому модулю 3М
(300 мм.) и составляют:
для жилых зданий:
--высота – 600, 900, 1200, 1500, 1800 мм;
--ширина – 500, 900, 1200, 1500, 1800, 2100 мм;
для общественных:
--высота – 1200, 1800, 2100 мм;
--ширина – 900, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700 мм.
Витрины и витражи заменяют стены (частично или полностью).
Их выполняют с двойным или с тройным остеклением, а в торговых зданиях
при соответствующем температурном режиме и одинарным остеклением.
В помещениях с пониженным тепло-влажностным режимом (в лестничных
клетках, в залах ожидания на вокзалах, ж.д. платформах и пр.) светопрозрачные
ограждения могут быть выполнены из стеклоблоков или стеклопрофилита.
Их выполняют или поштучно на строительной площадке, или из панелей.
Двери делятся на входные и внутренние. Входные двери жилых домов
применяют, как правило, деревянные одно- или двухпольные с одинаковыми или разными по ширине полотнами.
Наружные двери общественных зданий часто выполняют остеклёнными, что обеспечивает естественное освещение тамбуров и вестибюлей.
В современных решениях, наряду с деревянными, широко применяются
двери (входные и внутренние) из закалённого толстого стекла (10-15мм)
в алюминиевых и пластмассовых обвязках или без обвязок.
78
5.4. Перекрытия и полы
Перекрытия делят внутреннее пространство на этажи, воспринимают
все нагрузки и передают их на стены или колонны. Они должны обладать
необходимой прочностью, а также, в зависимости от месторасположения,
тепло-, влаго-, звукоизолирующими качествами.
Конструкции перекрытия включают: несущие элементы, ограждающие, изолирующие, пол и потолок. Под влиянием силовых воздействий
в конструкциях перекрытия возникают напряжения и деформации, наиболее ярко проявляющиеся в прогибах. Предельная величина прогиба f не
должна превышать 1/200 – 1/400 пролёта.
Из несиловых воздействий на решение междуэтажного перекрытия
оказывают шумы – ударные и воздушные, а также специфические воздействия – увлажнение пола, пожароопасные предметы, расположенные
на перекрытии и пр. По видам конструкций различают перекрытия балочные, плитные и монолитные.
Плитные перекрытия монтируют из железобетонных панелей-настилов, которые опирают на несущие стены или балки каркаса. Минимальная
глубина заделки в кирпичных стенах 120 мм, в панельных 70 мм.
Сечение панелей может быть сплошным, многопустотным, ребристым
(рисунок 5.21).
Рис. 5.21. Типы настилов перекрытий:
а – сплошные; б – пустотные; в – ребристые; г – типа 2Т; д – типа Т;
е – балконная плита; ж – плита лоджии; з – плита эркера
79
Сплошные панели обычно изготавливают размером на «планировочную ячейку» с опиранием по четырём или трём сторонам длиной 3,6-7,2 м,
шириной 2,4-4,2 м с интервалом 0,3 м. Толщина панелей – 120 мм для пролётов 3,6-4,2 м и 140-160 мм для пролётов более 4,2 м. Их применяют в зданиях
с перекрёстным расположением несущих стен.
Многопустотные панели с круглыми пустотами применяют для пролётов от 2,4 до 7,2 м шириной 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0 м, толщиной 220 мм,
а также для пролёта 9,0 и 12,0 м толщиной 300 мм. Многопустотные панели имеют опирание на две стороны.
Ребристые панели изготавливают с рёбрами в одном или двух направлениях со сплошной плитой толщиной 30-70 мм. Такие настилы имеют
гладкую поверхность под полы, а при необходимости гладкого потолка
к выступающим вниз рёбрам крепят сухую штукатурку, прибивая её к деревянным пробкам, закладываемым в рёбра, при изготовлении панелей
или устраивают подвесные потолки. Длина панелей от 3,0 до 6,6м, ширина 1,2, 1,5 и 1,8 м, высота рёбер 220, 300 мм.
При пролётах 9-12-15 м применяют плиты типа Т и 2Т шириной 1,5 м
и 3,0 м, высотой 400-500-600 мм (рисунок 5.21).
Балочные перекрытия по деревянным, железобетонным или металлическим балкам применяются в основном в малоэтажных зданиях.
Основные несущие функции выполняют балки, укладываемые на расстоянии 0,6-1,0 м на стены или прогоны. Пролёты балок принимают
из расчёта допускаемого прогиба, поэтому их длина из дерева не превышает 6,0 м, из железобетона и металла – 9,0 м. Пространство между балками заполняют материалом или изделиями, обеспечивающими
перекрытиям требуемые эксплуатационные и изолирующие качества,
огнестойкость и долговечность.
При использования деревянных балок пространство между ними
заполняют дощатыми щитами, уложенными на черепные бруски, прибитые к балкам (рисунок 5.23). Для звукоизоляции от воздушного шума по
щитам насыпают слой песка по известково-глиняной смазке, которая защищает щиты от увлажнения. По балкам на упругих прокладках (мягкие
ДВП и пр.) укладывают лаги пола. Снизу потолок подшивают досками
или обивают листами сухой штукатурки (гипсокартонные листы), или
оштукатуривают мокрым способом по драни. Пространство между железобетонными и металлическими балками заполняют вкладышами (легкобетонными или гипсовыми плитами и пр.).
Чердачные перекрытия при холодных чердаках необходимо утеплять.
В качестве утеплителя применяют плиты минераловатные, фибролито80
81
Рис. 5.22. Схема монтажного плана перекрытий из многопустотных плит-настилов и фрагмент опирания многопустотной плиты на стены
1 – наружная стена; 2 – внутренняя стена; 3 – плита перекрытия; 4 – бетонная заглушка
вые, камышитовые, плиты ячеистого бетона, а также сыпучие материалы:
керамзит, шлак и т.п.
Утеплитель укладывают по пароизоляции из одного или двух слоёв
рулонного материала (пергамин, рубероид, толь), наклеенного на мастике
по плитному настилу. При деревянном перекрытии в качестве пароизоляции применяют известково-глиняную смазку.
Полы в зданиях устраивают на грунте или по перекрытиям. Полы
должны удовлетворять требованиям прочности, сопротивляемости износу, удобству уборки. В жилых и рабочих помещениях полы должны быть
тёплыми, т.е. обладать малым показателем теплоусвоения. В мокрых помещениях полы должны быть водонепроницаемыми. К полам, по междуэтажным перекрытиям, предъявляют также требования звукоизоляции
от воздушного и ударного шумов.
Конструкция пола состоит из ряда последовательно лежащих слоев:
покрытие – верхний слой, непосредственно подвергающийся эксплуатационным воздействиям; прослойка – промежуточный слой, связывающий покрытие с нижележащим элементом; стяжка – выравнивающий
слой, образующий жёсткое и ровное основание для покрытия; изоляционный слой – влаго-, тепло- или звукоизоляционный в зависимости
от выполняемых перекрытием функций; подстилающий слой – плотная
подготовка при полах на грунте (бетонная, гравийная, асфальтобетонная
и др. в зависимости от принятого покрытия пола) или несущий настил
перекрытия. Полы обычно именуют по материалам, из которых выполняют покрытие.
Номенклатура полов включает следующие их виды:
1) деревянные из обычных шпунтованных досок шириной 100-120 мм
и толщиной 29 мм; паркетные из штучного наборного паркета – клёпок толщиной 12-17 мм или паркетных досок длиной 1,2-3 м и толщиной 250-270 мм;
2) из рулонных материалов: безосновные – линолеум, релин; с упругой тканевой основой – тапифлекс и коврового типа – ворсовые;
3) из пластиковых плиток – поливинилхлоридных или кумароновых
и др. небольших размеров (150х150, 300х300 мм) толщиной 2-3 мм
с различной окраской;
4) из каменных и керамических (метлахских) плиток;
5) монолитные бесшовные – мастичные пластмассовые (поливинилацетатные, полимерцементные), ксилолитовые, мозаичные (бетонные
с добавлением пигментов или крошки и песка мозаичного состава,
содержащие мрамор, базальт, гранит и др.) (рисунок 5.24).
82
83
Рис. 5.23. Конструкции междуэтажного перекрытия:
а, б – по железобетонным балкам; в – по деревянным балкам; г – по железобетонной плите; 1 – железобетонная балка;
2 – легкобетонная плита; 3 – слои толя; 4 – крупнозернистый песок; 5 – лаги пола; 6 – упругая прокладка; 7 – дощатый пол;
8 – штукатурка; 9 – пустотелый вкладыш; 10 – сплошной упругий слой; 11 – плита основания с полом на мастике;
12 – деревянная балка; 13 – черепной брусок; 14 – накат; 15 – известково-глиняная смазка; 16 – несущая плита перекрытия
Рис. 5.24. Примеры конструкции полов по грунту:
1 – утрамбованный грунт, 2 – подстилающий слой из бетона, 3 – стяжка из мелкозернистого
бетона, 4 – мозаичный бетон, 5 – цементная стяжка, 6 – керамическая плитка, 7 – кирпичный или бетонный столбик, 8 – прокладка из доски по слою толя, 9 – лага из доски или
деревянный брус, 10 – шпунтованные доски, 11 – цементная стяжка,
12 – гипсокартонный лист, 13 – линолеум
*В полах по перекрытию в качестве подстилающего слоя используется железобетонная плита.
5.5. Балконы, лоджии и эркеры
Балконы и лоджии – открытые помещения, связывающие внутреннее
пространство помещений с внешней средой (рисунок 5.25).
Рис. 5.25. Типы балконов, лоджий и эркеров:
1 – наружная стена, 2 – перекрытие; 3 – балконная плита; 4 – плита лоджии; 5 – стойка ограждения
84
Балкон – открытая площадка, примыкающая с одной стороны к наружной стене, а по остальным трём имеющая ограждение высотой не менее одного метра. Конструкция балкона состоит из горизонтальной плиты
с консольным опиранием или балочным на наружную стену (рисунок 5.25).
Лоджия – площадка, с трёх сторон окружённая стенами и только с одной стороны – ограждением. Плита лоджии опирается на несущие стены.
Эркер – отнесённая за плоскость фасадной стены часть помещения,
перекрываемая плитой (рисунок 5.25). Функциональное назначение эркера – увеличение площади помещения и обогащение его интерьера, улучшение условий освещения и инсоляции помещений.
5.6. Лестницы, лифты, подъёмники
Лестницы в зданиях служат для вертикальной связи помещений, находящихся на разных уровнях. Расположение, число лестниц в здании
и их размеры зависят от принятого архитектурно-планировочного решения, этажности, интенсивности людского потока и требований пожарной
безопасности.
Для сообщения между этажами, кроме лестниц, используют пандусы –
наклонные плоскости, механические подъёмники – лифты, эскалаторы.
По назначению различают лестницы: основные (главные) для
повседневного пользования, вспомогательные – запасные, служебные,
пожарные, для сообщения с подвалом или чердаком, входные – для входа
в здание в виде широкой площадки со ступенями.
Лестницы состоят из наклонных элементов: лестничных маршей
со ступенями (ЛМ) и горизонтальных площадок (ЛП). В зависимости
от расположения маршей в плане лестницы бывают одно-, двух-, трёхи четырёхмаршевые (рисунок 5.26). Уклон лестничного марша и его ширину устанавливают в зависимости от назначения лестницы, этажности,
вида здания и условий эксплуатации.
Так, в жилом доме секционного типа ширина марша принимается
не менее 1,05 м, коридорного типа и общественных зданиях – не менее
1,2 м; уклоны маршей принимают близкие к отношениям 1:2. Ширина лестничных площадок должна быть не менее ширины марша и не менее 1,2 м,
а перед входом в лифт не менее 1,5 м, зависит от типа лифта. Для удобства
пользования лестницей необходимо, чтобы удвоенная высота подступенка
h и ширина проступи b в сумме равнялись среднему шагу человека, принимаемому за 600 мм (b+2h=600 мм). В практике массового строительства допускают размеры подступенка 140-170 мм, проступи 280-300 мм,
85
86
Рис. 5.26. Пандусы, лифты и эскалаторы:
а – схема пандуса; б – схема лифта: 1 – приямок, 2 – противовес, 3 – направляющие кабины, 4 – шахта лифта, 5 – кабина,
6 – машинное отделение, 7-9 – элементы лифтовой шахты; в –эскалатор: 1 – нижняя опора, 2 – приводная станция,
3 – верхняя опора, 4 – средняя опора, 5 – натяжная станция
87
Рис. 5.27. Схемы планировочных решений лестниц а – одномаршевая; б – двухмаршевая; в – трёхмаршевая; г – двухмаршевая с парадным средним маршем; д – четырёхмаршевая; е – двухмаршевая незадымляемая для зданий повышенной этажности; ж – одномаршевая
с перекрещивающимися маршами; и – винтовая; к – вариант внутриквартирной лестницы, сочетающей прямолинейные марши с забежными ступенями; л – уклоны пандусов, лестничных маршей и стремянок; А – схема разреза; Б – детали сопряжения марша с площадкой: 1 – лестничный марш с фризовыми ступенями (верхней и нижней); 2 – цементный раствор; 3 – лестничная площадка
88
Рис. 5.28. Конструктивные решения лестниц:
I – из мелких элементов а – с бетонными ступенями и плитами по металлическим косоурам и балкам; б – с бетонными ступенями и плитами
по железобетонным косоурам и балкам; в – с железобетонными плитами-проступями по железобетонным косоурам, опёртым на перекрытия;
г – с элементами из деревянных брусьев и досок; II – из крупных сборных железобетонных элементов; а, б, в, г – с плитой-площадкой и маршами с фризовыми ступенями; д – с плитой-площадкой и маршами без фризовых ступеней; е – цельномаршевые с полуплощадками и маршем
но чаще всего, для удобства ходьбы, принимают размеры подступенка
h=150 мм, а проступи b=300 мм, что соответствует приведённой формуле (300+2х150=600 мм). Количество ступеней в одном марше основных
лестниц должно быть не менее 3-х и не более 18. Между маршами лестниц оставляют зазор не менее 100 мм, который необходим для пропуска
пожарного шланга.
В практике строительства принимают мелкоэлементные лестницы,
состоящие из ступеней, косоуров, площадочных и подкосоурных балок,
площадок, и крупноэлементные, состоящие из сборных железобетонных
лестничных маршей и площадок или цельномаршевые (рисунок 5.28).
5.7. Крыши, кровли
Крыша – наружная конструкция, завершающая здание и выполняющая
комплекс несущих и ограждающих функций. Она подвергается силовым
воздействиям (собственная масса, ветровые, снеговые, эксплуатационные нагрузки), несиловым воздействиям (переменная температура, осадки, солнечная радиация, химические примеси, содержащиеся в воздухе
и влаге). Поэтому крыша должна удовлетворять требованиям прочности
и устойчивости, морозостойкости, обладать тепло- и гидроизоляционными свойствами и иметь привлекательный внешний вид. Современная
архитектура уделяет большое внимание завершению фасадной плоскости
за счёт пластики и объёма конструкции крыши. Крышам современных
зданий стали придавать сложные очертания, что позволило значительно
обогатить и разнообразить застройку. От архитектуры крыши и возможности её обзора во многом зависит оригинальность облика проектируемого здания. Кроме того, конструкции крыши должны быть долговечными,
индустриальными и экономичными.
Любая крыша выполняет двойную функцию – несущую и ограждающую.
В зависимости от конструктивного решения бывают крыши чердачные или бесчердачные раздельной конструкции и совмещённые, когда
несущие и ограждающие элементы совмещены в многослойной конструкции. Бесчердачные крыши применяют в основном в общественных
и промышленных зданиях. Чердачная крыша – основной тип покрытия
в жилых зданиях массового строительства.
Водоотвод с крыш проектируют наружным, организованным по водосточным трубам или неорганизованным с карнизного свеса или внутренним через расположенные внутри здания стояки. Наружный водоотвод
применяют в зданиях небольшой этажности при крутых крышах.
89
Для отвода атмосферных и талых вод с крыши её верхние поверхности
делают наклонными (скатными). Наклон ската зависит от применяемого
материала кровли. Ориентировочно уклоны скатов могут быть: при волнистых асбестоцементных листах – 18-20 %, стальных листах – 16-22 %,
черепице керамической – 40-45 %, цементной – 22-60, при мягкой рулонной – 2-5 %.
Крутые крыши обычно устраивают по деревянным или стальным
стропилам с устройством чердака. Малоуклонные и плоские крыши (чердачные и бесчердачные), как правило, устраивают железобетонными.
Крыши имеют один или несколько скатов в зависимости от размеров
здания, его конфигурации в плане. Рёбра пересечения скатов имеют названия: горизонтальное верхнее – конёк, выступающее наклонное – накосное
ребро, западающее наклонное – разжелобок или ендова. В малоуклонных
крышах иногда западающее ребро срезают узкой наклонной плоскостью –
лотком. По их оси располагают водоприёмные воронки.
5.7.1. Скатные стропильные крыши – традиционная конструкция для
гражданского строительства зданий. Несущие конструкции выполняют
из дерева или металла. В зависимости от объёмно-планировочного решения здания и его конфигурации в плане формы крыш весьма разнообразны: одно-, двускатная щипцовая, четырёхскатная вальмовая, многоскатная, шатровая и др (рисунок 5.29).
Различают три типа несущих конструкций стропил: наслонные, висячие и комбинированные.
Наслонные стропила – балочная конструкция, состоящая из системы
наклонных балок (стропильных ног с шагом 0,8-1,2 м), опёртых нижним
концом на брус-мауэрлат, расположенный вдоль несущих наружных стен,
а верхним на коньковый прогон, который поддерживают стойки и подкосы, опирающиеся на внутренние стены или столбы. К стропильным ногам прибивают деревянную обрешётку, по которой устраивают кровлю.
Карнизный свес кровли опирают на пришитые гвоздями к стропильным
ногам короткие доски – кобылки.
При многоскатной форме крыши стропильные конструкции усложняются,
так как их надо сопрягать с наклонными элементами выступающих или западающих рёбер (ендов, разжелобков). Так, в четырёхскатных крышах появляются
диагональные (накосные) стропильные ноги, на которые опираются укороченные стропильные ноги (нарожники) примыкающих скатов (рис. 5.31).
Висячие стропила применяют при отсутствии в здании внутренних
опор. Их применяют при пролётах не более 15 м и устанавливают с шагом
90
Рис. 5.29. Форма крыш:
I – рёбра и плоскости крыш: а – скатная крыша с наружным водоотводом; б – плоская или
малоуклонная крыша с внутренним водоотводом; 1 – скат; 2 – конёк; 3 – накосное ребро;
4 – ендова; 5 – лоток; 6 – парапет; II – форма скатных крыш: а – односкатная; б – двускатная с щипцом; в – четырёхскатная вальмовая; г – то же, полувальмовая; д – многоскатная
Рис. 5.30. Схемы деревянных скатных крыш с наслонными стропилами:
а – для односкатной крыши; б – для двускатной крыши
91
92
Рис. 5.31. Несущие конструкции скатной крыши с наслонными стропилами:
а – фрагменты поперечного и продольного разрезов; б – схема раскладки стропил при вальмовой крыше; 1 – мауэрлат из бруса;
2 – стропильная нога; 3 – кобылка из досок; 4 – подкладка (лежень) из бруса; 5 – обрешетка; 6 – стойка; 7 – коньковый прогон;
8 – подкосы; 9 – ригель; 10 – скрутка (из проволоки); 11 – двусторонняя накладка; 12 – скоба; 13 – толь или рубероид;
14 – кровельный коньковый элемент; 15 – кровельная сталь; 16 – наружная стена; 17 – внутренняя стена; 18 – чердачное перекрытие;
19 – стена или столбы; 20 – накосная стропильная нога
2 м. В этом случае нижние концы стропильных ног опирают на наружные
стены и связывают между собой затяжкой с образованием простейшей
треугольной фермы (рис. 5.32).
Рис. 5.32. Схемы деревянных скатных крыш с висячими стропилами:
3 – ригель; 5 – стропильная нога; 6 – затяжка; 7 – подвеска
Чердачное пространство часто используют под помещения (мансарды), тогда очертания крыш усложняются.
Геометрические формы мансард разнообразны. Общим признаком
является крутой уклон скатов для увеличения пространства помещений,
расположенных в мансарде. Высота помещений в чистоте принимается
не менее 2,5 м в высокой части. Конструкции мансард проектируют из
дерева, железобетона, стали или комбинированными (дерево и сталь).
Широкое распространение мансарды получили в зданиях индивидуальной застройки и при реконструкции зданий исторической застройки.
Рис. 5.33. Форма мансардного пространства и его утепление
5.7.2. Кровли скатных крыш устраивают по деревянной обрешетке
из брусков, как правило, разреженной с шагом, зависящим от материала
кровли: так под волнистые асбестоцементные листы – 370 мм, под стальные листы – 250 мм, под керамическую черепицу – 330 мм и т.д.
93
94
Рис. 5.35 (I, II). Кровли скатных крыш;
I – из волнистых асбестоцементных листов: а – общий вид; б – покрытие конька;
II – из стальных листов: а – общий вид; б – кровельные картины; в – надкарнизные костыли; г – типы соединения листов (фальцы);
95
Рис. 5.35 (III, IV). Кровли скатных крыш;
III – черепичные: а – из пазовой черепицы; б – из плоской черепицы;
IV – устройство наружного организованного водоотвода скатных крыш:
а – деталь устройства настенного желоба; б – крепление водосточной трубы; в – общий вид; г – деталь устройства подвесного желоба
Рис. 5.36. Конструкции железобетонных крыш;
А – с водосборной лотковой плитой; Б – без лотковой плиты; В, Г – схемы плана крыши с
лотком и без него; Д – устройство парапета; Е – устройство карниза; Ж, З – эксплуатируемая крыша с дренирующем слоем: 1 – несущая плита крыши; 2 – пароизоляция;
3 – керамзит или шлак по уклону; 4 – плитный утеплитель; 5 – стяжка; 6 – рулонный гидроизоляционный ковёр; 7 – три дополнительных слоя рубероида; 8 – фартук из оцинкованной
кровельной стали; 9 – парапетная плита; 10 – железобетонная карнизная плита; 11 – фалец
из кровельной стали; 12 – грунтовка битумной эмульсией; 13 – рулонный гидроизоляционный ковёр; 14 – мастика, пропитанная гербецидами; 15 – дренажный слой из гравия;
16 – тротуарная плитка; 17 – тканый фильтрующий материал (геотекстиль) для защиты от
осыпи; 18 – грунт; 19 – растительный слой (для озеленённых участков)
96
В настоящее время существует большая гамма кровельных материалов: рубероид, изопласт, мембраны, плоские листы из оцинкованной стали, латуни, меди, профилированные листы из стали и алюминия.
5.7.3. Железобетонные крыши из полносборных элементов – наиболее
индустриальный и распространённый тип, применяемый в массовом городском строительстве. Применяют три типа конструкций крыш: чердачные, совмещённые и эксплуатируемые.
Эксплуатируемые крыши устраивают по покрытиям над техническими этажами или чердаками, имеющими рулонное покрытие. Она может
быть устроена над всем зданием или на отдельных участках (рис. 5.36).
Пол крыши устраивают горизонтальным, а кровлю с уклоном не менее
3 % для отвода воды к водосборным воронкам, расположенным в покрытии, которые присоединяют к стоякам ливневой канализации.
5.8. Перегородки
Перегородки разделяют внутреннее пространство на отдельные помещения. В отличие от стен, они несут нагрузки только от собственной массы в пределах одного этажа и устанавливаются на перекрытия, поэтому
требования к прочности их невысокие.
В зависимости от назначения помещений перегородки имеют различную степень звукоизоляции, огнестойкости и капитальности, что повлекло большое разнообразие их конструктивных решений.
По назначению перегородки различаются на стационарные и трансформирующиеся.
Стационарные перегородки делятся на панельные, плитные, мелкоштучные (из кирпича, блоков), слоистые из небетонных материалов (асбестоцементных, стальных листов или досок в качестве обшивки по каркасу
с заполнением звукоизоляционным материалом).
Трансформирующиеся перегородки применяют для временного разделения помещений. Они делятся на складчатые мягкие и жесткие, складные, раздвижные. Мягкие складчатые перегородки выполняют из искусственной кожи, текстовиниловой плёнки и других мягких материалов,
которыми обивают или обклеивают вертикальные деревянные рейки.
Жёсткие складчатые перегородки выполняют из фанерных или древесностружечных щитов, соединённых между собой рояльными навесками или
полосками тесьмы, кожи. Для движения таких перегородок внизу в полу
устраивают направляющие из полосового железа, а сверху – несущие ро97
лики. Жёсткие складчатые перегородки могут быть одинарными и двойными, в зависимости от требований звукоизоляции.
5.9. Несущий остов каркасных зданий
5.9.1. Общие сведения
Несущий остов каркасного здания представляет собой систему, состоящую из вертикальных конструкций – стоек (колонн) и горизонтальных –
ригелей (балок), опирающихся на них; плит перекрытий и покрытия и связей, обеспечивающих неизменяемость пространственной геометрической
формы и устойчивость здания. Каркасная система широко применяется как
в гражданских (жилых и общественных), так и в промышленных зданиях.
Каркасный несущий остов может быть выполнен в монолитном или
сборном железобетоне, в стальных конструкциях.
Применение каркасного несущего остова дает возможность резко снизить вес
здания благодаря замене тяжелых несущих стен редко расставленными колоннами
с лёгкими навесными наружными стенами и внутренними перегородками, также
обеспечивает большую свободу объёмно-планировочных решений. Жесткость
и устойчивость многоэтажных каркасных зданий обеспечивают решением их несущих остовов по рамной, рамно-связевой или связевой схемам (рисунок 5.37).
В рамной схеме все вертикальные и горизонтальные элементы в продольном и поперечном направлениях соединены в конструктивных узлах
в жёсткую и устойчивую пространственную систему, воспринимающую
горизонтальные (ветровые) усилия. Рамный каркас очень трудоёмкий, требует повышенный расход стали, поэтому применяется в зданиях, не допускающих внутри установки перегородок на протяжении более 48-54 м.
В рамно-связевой схеме ригели (балки) располагают в одном направлении (в продольном или поперечном) с жёстким сопряжением с колоннами, образуя плоскую раму из жёстких связей (стенок жёсткости) в другом
направлении с шагом 36-48 м.
В связевой схеме все горизонтальные усилия в обоих направлениях
через междуэтажные перекрытия передаются на жесткие диафрагмы или
ядра жёсткости. Рамы в этом случае рассчитываются только на вертикальные нагрузки. При этом сопряжение ригеля с колонной имеет шарнирное
решение. Связи жёсткости (диафрагмы) можно располагать с шагом не
более 48 м при сборных перекрытиях или 54 м при монолитных каркасах.
По конструктивному решению каркасы выполняют балочными или
безбалочными.
98
Рис. 5.37. Схемы несущих остовов:
А – рамная; б – рамно-связевая; в – связевая;
1 – колонна; 2 – ригель; 3 – жёсткиеперекрытия; 4 – стенка жёсткости
99
Рис. 5.38. Расположение ригелей каркасных зданий (разрез и план):
а – продольное (разрез, план); б – поперечное; в – перекрёстное
5.9.2. Элементы каркасов многоэтажных гражданских зданий
По конструктивному решению каркасы многоэтажных зданий бывают
балочного типа и безбалочного.
Сборный железобетонный каркас балочного типа состоит из колонн
сечением 300х300 или 400х400 мм, высотой на 1 этаж; на 2-3 этажа с опиранием ригеля на консоли открытого или закрытого типа.
100
Рис. 5.39. Элементы железобетонных каркасов балочного типа:
I – колонны на один этаж; II – то же на два этажа; а – колонны наружных и средних рядов
с обычными консолями; б – то же со скрытыми консолями; в – фасадные колонны с вынесенными консолями под балконы (лоджии); III – сечения ригелей: а – прямоугольного;
б – в виде перевёрнутого тавра рядового; в, г – то же фасадного; IY – опирание ригелей на
консоли колонн: а – с открытой консолью; б – со скрытой консолью; Y – настилы перекрытий: а – узел сопряжения настилов с ригелем: 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – связевые плиты;
4 – рядовые плиты; б, в – плиты связевые; г – плита фасадная; д – плита рядовая; YI – вариант опирания наружных панелей на каркас
101
Ригели (балки) имеют сечение в виде перевёрнутого тавра с полками
для опирания панелей перекрытия. Перекрытия устраивают из многопустотных плит толщиной 220 мм при длине до 9 м и толщиной 300 мм при
длине до 12 м. Наружные стены в каркасных зданиях, как правило, применяют навесные или самонесущие.
Рис. 5.40. Стенки (диафрагмы) жёсткости каркаса:
1 – колонна; 2 – стенка жёсткости; 3 – элементы стыков; 4 – ригели; 5, 6 – стержни арматуры для соединения с колонной; 7 – настил перекрытий
В чистом виде связевая схема воплощается в безригельных (безбалочных) каркасах (рисунки 5.41, 5.42).
Безригельные каркасы делают как в сборном, так и в монолитном
исполнении. При устройстве безбалочных перекрытий все горизонтальные усилия передаются через плиту на вертикальные стенки жёсткости –
лестничные клетки, лифтовые и вентиляционные шахты или специальные
стенки жесткости (сборные или монолитные).
102
Рис. 5.41. Сборная безбалочная конструкция перекрытия с капителями:
а – план; б – общий вид; 1 – колонна; 2 – капительная плита; 3, 5 – надколонные плиты;
4 – пролётная плита
Рис. 5.42 . Многоэтажное здание с безбалочным перекрытием
103
5.9.3. Каркасы многоэтажных промышленных зданий,
их основные элементы
Решение конструктивных элементов, узлов, а также всей конструктивной системы промышленного здания определяется технологическим
процессом, для которого здание предназначено, параметрами воздушной
среды, объёмно-планировочными параметрами.
Материалом для устройства каркасов служат преимущественно железобетон и сталь. При выборе материала каркаса руководствуются характером силовых и несиловых воздействий, воспринимаемых каркасом, а также
учитывают размеры пролётов, шага колонн, высоту и этажность здания,
требования огнестойкости и технико-экономические соображения.
Каркасы многоэтажных промышленных зданий обычно состоят из поперечной рамы, образованной колоннами и ригелями (балками),
которые соединяются между собой в жёстких узлах. Поперечные рамы
обеспечивают жёсткость здания в поперечном направлении, а плиты перекрытий и вертикальные связи между колоннами – в продольном. При
значительных горизонтальных нагрузках в продольном направлении здания устанавливают ригели, жёстко соединяемые с колоннами, которые
образуют продольные рамы каркаса.
Элементы железобетонного каркаса показаны на рисунке 5.43.
5.9.4. Каркасы одноэтажных промышленных зданий,
их основные элементы
Каркасы одноэтажных промышленных зданий состоят из поперечных рам, образованных колоннами и несущими конструкциями покрытия
(стропильных балок, ферм, арок и др.) и продольных элементов: фундаментных, подкрановых, обвязочных балок; подстропильных конструкций,
настилов покрытия и связей жёсткости.
Элементы каркасов выполняют из железобетона или стали.
Для повышения устойчивости зданий в продольном направлении
предусматривают систему вертикальных и горизонтальных связей между
колоннами и стропильными конструкциями. В целях снижения усилий
в элементах каркаса от горизонтальных воздействий вертикальные связи
располагают между колоннами в середине температурных блоков в каждом продольном ряду. Горизонтальные связи располагают между нижними поясами ферм по торцам и в середине температурных блоков, а также
вдоль пролётов у наружных стен и через 2-3 пролёта.
104
Рис. 5.43.Элементы железобетонного каркаса многоэтажных промышленных зданий:
а – колонны, б, в – ригели (балки), г, д – железобетонные плиты перекрытий,
е, ж – узлы сопряжений
105
106
а)
Рис. 5.44. Элементы железобетонных каркасов: а – колонны,
107
Рис. 5.44. Элементы железобетонных каркасов: б – ригели (стропильная двускатная балка и фермы) и подстропильные конструкции
б)
А
Б
Рис. 5.45. Элементы стальных каркасов.
А – колонны, Б – стропильные фермы: а – типы ферм; б – узел сопряжения фермы с колонной; 1 – надопорная стойка из двутавра; 2 – колонна
108
Помимо основных колонн, в промышленных зданиях при шаге колонн
больше 6,0 м предусматривают фахверковые колонны, которые устанавливают в торцах зданий и между основными колоннами крайних продольных рядов для крепления стен.
5.10. Деформационные швы
В зданиях с большими размерами в плане или состоящих из нескольких объёмов с различными высотами и нагрузками на основание предусматривают деформационные швы, которые подразделяются на температурные и осадочные.
Температурные швы предохраняют конструктивные элементы от образования трещин вследствие деформаций, вызываемых колебаниями
температуры наружного и внутреннего воздуха. Температурные швы расчленяют по вертикали все наземные конструкции здания на отдельные
блоки и обеспечивают независимость их горизонтальных перемещений.
Расстояние между температурными швами в железобетонном каркасе –
60 м, в стальном – 180 – 230 м.
Осадочные швы предусматривают в тех случаях, когда ожидается неравномерная осадка здания. Осадочные швы расчленяют по вертикали все
конструкции здания до основания.
109
Заключение
Обширный материал учебного пособия способствует быстрой ориентации студента в программе курса «Основа архитектуры», благодаря учёту политических, социальных и экономических преобразований, произошедших в конце XX века, которые оказали большое влияние на объёмы,
практику и методику проектирования и строительства зданий. Данные методические указания являются коррелятом информации из нормативных
документов и учебных источников о современных направлениях в архитектуре и проектировании зданий. Данная информация служит основой
освоения понятий об архитектуре, её задачах, основных конструкциях,
объёмно-планировочных, конструктивных, архитектурно-художественных решений и помогает решить некоторые вопросы теплофизики. Применив данный теоретический материал, студенты могут выполнить расчётно-графическую работу, что способствует усвоению и укреплению
знаний по программе курса «Основа архитектуры».
110
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Понятие архитектуры, её задачи.
Виды зданий, основные требования к ним.
Планировочные системы гражданских зданий.
Основные объёмно-планировочные параметры промышленных зданий.
Конструктивные системы, применяемые в зданиях.
Чем отличается строительная система от конструктивной?
Что такое модульная координация размеров в строительстве? Правила привязки несущих конструкций к координационным (разбивочным) осям.
8. Понятие об архитектурной композиции, основные художественнокомпозиционные средства, применяемые при проектировании зданий.
9. Конструктивные элементы зданий.
10. Каким воздействиям подвергаются конструктивные элементы зданий, требования к ним.
11. Что такое фундамент, их конструктивные решения?
12. Основные виды фундаментов.
13. От чего зависит глубина заложения фундаментов?
14. Типы конструкций наружных стен по статической работе, по материалу.
15. Конструктивное решение панельных стен.
16. Каменные стены, их виды.
17. Конструктивные детали каменных стен.
18. Конструктивные решения внутренних стен и перегородок, в чём их различия.
19. Виды перекрытий, их конструктивные решения, способы достижения требуемой звукоизоляции.
20. Лестницы многоэтажных гражданских зданий, правила их построения.
21. Несущие конструкции скатных стропильных крыш.
22. Основные типы железобетонных крыш, область их применения.
23. Конструктивные схемы каркасов, их основные элементы; область их
применения.
24. В чём различие каркасов промышленных зданий от каркасов гражданских зданий.
25. Какие деформационные швы устраивают в зданиях и зачем?
26. Каким образом обеспечивается теплозащита зданий?
27. Как определить общее сопротивление теплопередаче R0 наружной
ограждающей конструкции?
28. Влажностный режим помещений, его влияние на ограждающие конструкции.
29. Какие виды шумов различаются в зданиях?
30. Мероприятия по увеличению звукоизоляции в стенах и перекрытиях.
111
Приложения
Приложение 1
Таблица П1
Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости
от влажностного режима помещений и зон влажности
Влажностный режим Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности
помещений
Сухой
Нормальный
Влажный
Сухой
А
А
Б
Нормальный
А
Б
Б
Влажный или мокрый
Б
Б
Б
Таблица П2
Влажностный режим помещений зданий
Влажность внутреннего воздуха, %,
при температуре, оС
Режим
до 12
св. 12 до 24
св. 24
Сухой
До 60
До 50
До 40
Нормальный
Св. 60 до 75
Св. 50 до 60
Св. 40 до 50
Влажный
Св. 75
Св. 60 до 75
Св. 50 до 60
Мокрый
Св. 75
Св. 60
114
Приложение 2
Рис. П1. Карта зон влажности
115
116
Общественные, кроме указанных выше,
административные
a
b
Жилые лечебно-профилактические
и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы
и общежития
1
1,8
2,4
3,0
4000
6000
4,0
3,2
2,4
3,4
2,7
2,0
0,5
0,4
0,3
0,4
0,35
0,3
Перекрытий
Окон
Покрытий
чердачных,
Фонарей
и балконных
и перенад неотас вертиСтен
дверей,
крытий над пливаемыми
кальным
витрин
проездами
подпольями
остеклением
и витражей
и подвалами
3
4
5
6
7
2,1
3,2
2,8
0,3
0,3
2,8
4,2
3,7
0,45
0,35
3,5
5,2
4,6
0,6
0,4
4,2
6,2
5,5
0,7
0,45
4,9
7,2
6,4
0,75
0,5
5,6
8,2
7,3
0,8
0,55
0.00035
0.0005
0.00045
0.000025
1.4
2.2
1.9
0.25
2000
2
2000
4000
6000
8000
10000
12000
-
ГрадусоЗдания
сутки
и помещения,
отопительного
коэффициенты a и b
периода
Dd оС сут
Нормируемые значения сопротивления теплопередаче Rreg (Roпр)
Таблица П3
Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, Rreq м2· С/Вт
Приложение 3
117
a
b
Производственные
с сухим или нормальным режимами
1
и бытовые, производственные и другие
здания и помещения
с влажным или мокрым режимом
a
b
3
3,6
4,2
4,8
0.0003
1.2
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
3,4
0.0002
1.0
2
8000
10000
12000
2000
4000
6000
8000
10000
12000
-
0.0004
1.6
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0.00025
1.5
6,4
5,6
4,8
4
0.00035
1.3
1,4
1,8
2,2
2,6
3,0
3,4
0.0002
1.0
5,5
4,8
4,1
5
0.00005
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0.000025
0,2
0,8
0,7
0,6
6
0.000025
0.25
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0.000025
0.15
0,55
0,5
0,45
7
Окончание таблицы П3
Таблица П4
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающей конструкции
Внутренняя поверхность ограждения
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков
с выступающими ребрами при отношении
высоты h ребер к расстоянию a между гранями
соседних ребер h/ ≥ 0,3
Коэффициент
теплоотдачи αint,
Вт/(м2 ∙˚С)
8,7
2. Потолков с выступающими ребрами при от7,6
ношении h/ > 0,3
3. Окон
8,0
4. Зенитных фонарей
9,9
Примечание. Коэффициент теплоотдачи int внутренней поверхности
ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих
зданий следует принимать в соответствии со СНиП 2.10.03.
Таблица П5
Коэффициент, учитывающий зависимость положения
ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху
Ограждающие конструкции
Коэффициент n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе
вентилируемые наружным воздухом), зенитные фонари, перекрытия чердачные (с кровлей
из штучных материалов) и над проездами;
1
перекрытия над холодными (без ограждающих
стенок) подпольями в Северной строительноклиматической зоне
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия
чердачные (с кровлей из рулонных материалов);
0,9
перекрытия над холодными (с ограждающими
стенками) подпольями и холодными этажами
в Северной строительно-климатической зоне
3. Перекрытия над неотапливаемыми подвала0,75
ми со световыми проемами в стенах
118
Окончание таблицы П5
4. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположен0,6
ные выше уровня земли
5. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже
0,4
уровня земли
Примечание. Для чердачных перекрытий теплых чердаков и цокольных перекрытий над подвалами с температурой воздуха в них tc, большей text, но меньшей tint, коэффициент п следует определять по формуле:
n = (tint – tc)/(tint – text). (5)
Таблица П6
Нормируемый температурный перепад между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности
ограждающей конструкции
Нормируемый температурный перепад Д/я, °С, для
Здания
и помещения
перекрыпокрытий
тий над
и чердачнаружных
проездами, зенитных
ных
стен
подвалами фонарей
перекрыи подпотий
льями
1. Жилые, лечебнопрофилактические
и детские учреждения,
школы, интернаты
4,0
3,0
2,0
tint – td
2. Общественные,
кроме указанных
в поз. 1, административные и бытовые,
за исключением помещений с влажным или
мокрым режимом
4,5
4,0
2,5
tint – td
119
Окончание таблицы П6
3. Производственные
с сухим и нормальным режимами
4. Производственные
и другие помещения
с влажным или мокрым режимом
5. Производственные
здания со значительными избытками
явной теплоты (более
23 Вт/м3) и расчетной
относительной влажностью внутреннего
воздуха более 50 %
tint – td,
но не более 7
0,8
(tint – td),
но не более 6
2,5
tint – td
tint – td
0,8(tint – td)
2,5
-
12
12
2,5
tint – td
Обозначения: tint — то же, что в формуле (2):
td – температура точки росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым согласно 5.9
и 5.10. СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 2.2.4.548. СНиП
41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий.
Примечание. Для зданий картофеле- и овощехранилищ нормируемый
температурный перепад ∆tn для наружных стен, покрытий
и чердачных перекрытий следует принимать по СНиП 2.11.02.
Таблица П7
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности
ограждающей конструкции
Наружная поверхность
ограждения конструкций
Коэффициент теплоотдачи для
зимних условий, αн Вт/ м2 °С
1
1. Наружных стен, покрытий,
перекрытий над проездами и над
холодными (без ограждающих
стенок) подпольями в северной
строительно-климатической зоне
2
23
120
Окончание таблицы П7
1
2. Перекрытий над холодными
подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, перекрытий
над холодными (с ограждающими
стенками) подпольями и холодными этажами в северной строительно-климатической зоне
3. Перекрытий чердачных и над
неотапливаемыми подвалами
со световыми проёмами в стенах,
а также наружных стен с воздушной прослойкой, вентилируемой
наружным воздухом
2
17
12
4. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проёмов в стенах, расположенных выше
уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями,
находящимися ниже уровня земли
6
Приложение 4
Таблица П8
Значения максимального парциального давления водяного пара, Па
Для температур от 0 до +40 ˚С
˚С
Е, Па
˚С
Е, Па
˚С
Е, Па
˚С
Е, Па
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
609
656
704
754
811
870
932
1025
1070
1145
-
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
-
1225
1311
1396
1496
1596
1703
1809
2078
2203
2242
-
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
121
2328
2495
2663
2830
2998
3165
3378
3591
3803
4016
-
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
4229
4540
4850
5161
5471
5782
6093
6403
6714
7024
7335
Приложение 5
Таблица П9
Теплотехнические показатели некоторых строительных материалов
(для теплотехнического расчёта)
№
п.п
Материал
Плотность,
, кг/м3
Теплопроводность
, Вт/м · °С при условиях
эксплуатации
А
Б
1
Железобетон
2500
1,92
2,04
2
Бетон на гравии
2400
1,74
1,86
3
Керамзитобетон
1200
0,44
0,52
4
Керамзитобетон
600
0,2
0,26
5
Газо- и пенобетон
600
0,22
0,26
6
Газо- и пенобетон
Кирпич глиняный
обыкновенный
Кирпич керамический
пустотный
300
1800
0,11
0,7
0,13
0,81
1400
0,52
0,58
1800
1800
0,76
0,76
0,87
0,93
800
0,19
0,21
11
Кирпич силикатный
Раствор цем-песчаный
Листы гипсовые
обшивочные
(сухая штукатурка)
Плиты минераловатные
100
0,06
0,07
12
Плиты минераловатные
50
0,052
0,06
13
Пенополистирол
150
0,052
0,06
14
Пенополистирол
100
0,041
0,052
15
Пенопласт
125
0,06
0,064
16
17
18
Пенопласт
Пенополиуретан
Пенополиуретан
100 и менее
80
40
0,05
0,05
0,04
0,052
0,05
0,04
7
8
9
10
122
Приложение 6
Пример теплотехнического расчёта
Исходные данные – двухэтажный жилой дом в г. Самаре.
Наружные стены выполнены из монолитного керамзитобетона плотно3
стью γ=1200 кг/м , толщиной 270 мм. С наружной и внутренней сторон
стена офактурена слоями из цементно-песчаного раствора толщиной 15 мм.
Определить, удовлетворяет ли данная стена требованиям теплозащиты?
* климатические характеристики (по СНиП 23-01-99):
tн – расчётная зимняя температура наружного воздуха – (-30°С);
ton (tht) и Zon (Zht) – средняя температура, ˚С (-5,2°С), и продолжительность суток (203 сут.) периода со средней суточной температурой наружного воздуха, ниже или равной 8˚С (температура и продолжительность
отопительного периода);
tв – расчётная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно нормам проектирования – 20°С;
– относительная влажность внутреннего воздуха – 55 %.
Зона влажности определяется по карте (приложение 8) – сухая.
Условия эксплуатации (по приложению 7) – А.
Порядок расчёта
Определить требуемое сопротивление теплопередачи наружной стеTP
ны R O (R req ), отвечающее требованиям из условий энергосбережения
по формуле 1.
ГСОП=(tв-tо.п.)Zо.п. (Dd= (tint- tht)·Zht);
где ГСОП (Dd) – градусо-сутки отопительного периода;
tв (tint) – температура внутреннего воздуха;
tо.п (tht) – температура отопительного периода;
Zо.п. (Zht) – продолжительность отопительного периода;
Dd= (tint- tht) ·Zht= ( 20 + 5,2)· 203 = 5116 °С · сут.
Затем (по приложению 9) находим:
TP
R O (R req ),=a· Dd+ b = 0,00035· 5116 + 1,4 = 3,19 м2,·°С/Вт,
123
где a и b – коэффициенты, значения которых принимать для соответствующих групп зданий.
Определить приведённое сопротивление теплопередачи заданной нар
ружной стены R о по формуле 4 и таблицам приложения 9:
для многослойной конструкции:
р
R о =1/ e + R1 + R2+….+ Rn + 1/ н = 1/ e + δ1 / 1+
2
/ 2+
3
/
+ 1/ н;
3
р
R о = 1/ 8,7 + 0,015/ 0,76 + 0,27/ 0,44 + 0,015 / 0,76 +1/23 = 0,81 м2,·°С/Вт,
где e = 8,7 и н= 23 – коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной
поверхности ограждающей конструкции;
R – термическое сопротивление слоя конструкции, которое определяется по формуле:
R=
,
где – толщина слоя, м;
– коэффициент теплопроводности, Вт/(м2·°С).
Данная наружная стена из керамзита не удовлетворяет требованиям теплозащиты, поэтому её необходимо утеплить. В качестве утеплителя принимаем минераловатные плиты плотностью = 100 кг/м3, = 0,06 Вт/(м2·°С).
Для определения толщины утеплителя вычисляем разницу:
TP
р
R O (R req ), – R о = 3,19 – 0,81= 2,38 подставляем в Ry=
= Ry · = 2,38 х 0,06 = 0,146м.
и находим
Принимаем минераловатные плиты толщиной 150 мм. Общая толщина
наружной стены – 320 мм.
124
Библиографический список
1. Маклакова, Т.Г. Проектирование жилых и общественных зданий:
учеб. пособие для вузов / Т.Г. Маклакова, С.М. Нанасова, В.Г. Шарапенко. – М.: Высшая школа, 1998. – 400 с.
2. Нанасова, С.М. Монолитные жилые здания: Учебное издание /
С.М. Нанасова, В.М. Михайлин. – М.: АСВ, 2006. – 135 с.
3. Дятков, С.В. Архитектура промышленных зданий: Учеб. для вузов
по строит. спец. / С.В. Дятков, А.П. Михеев. – 4-е изд., репринт. – М.:
БАСТЕТ, 2006. – 480 с.
4. Шерешевский, И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений: учеб. пособие для строит. спец. вузов / И.А. Шерешевский. – М.: Архитектура-С, 2010. – 167 с.
5. Шевцов, К.К. Архитектура гражданских и промышленных зданий:
учеб. в 5 т. Т.3. Жилые здания / К.К. Шевцов. – изд. 2-е, перераб.
и доп. – М. : Высш. образование, 2005. – 237 с.
6. Нанасова, С.М. Конструкции малоэтажных жилых домов: Учеб. пособие для вузов / С.М. Нанасова. – М.: АСВ, 2005. – 128 с.
7. Шерешевский, И.А. Жилые здания. Конструктивные системы и элементы для индустриального строительства: пособие для учеб. проектирования / И.А. Шерешевский. – М.: Архитектура-С, 2005. – 123 с.
8. Миронова, А.С. Архитектурно-конструктивное решение многоэтажного кирпичного здания: учеб.-метод. пособие к выполн. курсового
проекта. Ч. 2. / А.С. Миронова, Э.Н. Бородачева. – Самара: СГАСУ,
2011. – 96 с.
9. Рыбакова, Г.С. Архитектура зданий: учеб. пособие. Ч. 1. Гражданские здания / Г.С. Рыбакова. – Самара: СГАСУ, 2011. – 166 с.
10. Першина, А.С. Архитектура одноэтажного промышленного здания:
учеб.-метод. пособие / А.С. Першина, Э.Н. Бородачева, Г.С. Рыбакова, А.М. Пономаренко. – Самара: СГАСУ, 2013.
11. Генералов, В.П. Архитектурное проектирование многоквартирного
жилого дома секционного типа (высотой до 10 этажей): учеб. пособие / В.П. Генералов, Е.М. Генералова. – Самара: СГАСУ, 2010. – 164 с.
12. Миронова, А.С. Архитектурно-конструктивное решение гражданского здания: учебно-метод. пособие / А.С. Миронова. – Самара:
СГАСУ, 2009. – 106 с.
13. Миронова, А.С. Архитектурно-конструктивное решение одноэтажного промышленного здания: учебно-метод. пособие / А.С. Миронова. – Самара: СГАСУ, 2008. – 131 с.
125
14. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – М., 2003.
15. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. – М., 2004.
16. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. – М., 1996.
17. СНиП 21- 01-97* Противопожарные нормы. – М., 2001.
18. ГОСТ 11214-2003 «Блоки оконные деревянные с листовым остеклением. Технические условия».
19. ГОСТ 6629-81 «Двери деревянные наружные для жилых и общественных зданий».
20. ГОСТ 21.501-93 «Правила выполнения архитектурно-строительных
чертежей».
21. ГОСТ 21.101-97 «Основные требования к проектной и рабочей
документации».
22. Информационный портал по строительству, ремонту и интерьеру. –
http://www.stroyportal.ru/
23. Информационная система по строительству «НОУ-ХАУС.ру». –
http://www.know-house.ru/
Учебное издание
рыбакова Галина Сергеевна
першина Анна Сергеевна
БОРОДАЧЕВА Эльвира Наильевна
ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ
Учебное пособие
Редактор и корректор А.А. Сыромятников
Технический редактор Т.П. Клюкина
Подписано в печать 25.09.2015 г.
Формат 60 × 84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная.
Уч.-изд. л. 5,12. Усл. печ. л. 6,98. Тираж 73 экз.
Рег. № 33 от 25.06.2015 г.
ФГБОУ ВО «Самарский государственный
архитектурно-строительный университет»
443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194