Дыховичный - Архитектурные конструкции малоэтажных жилых зданий

Книга I «Архитектурные конструкции малоэтажных жилых зданий является составной частью комплексного учебного пособия «Архитектурные конструкции», состоящего из трех книг, предназначенных для студентов высших учебных заведений архитектурных и  архитектурно-строительных специальностей.

Предисловие

Учебное пособие «Архитектурные конструкции» освещает современное  состояние строительства гражданских и производственных зданий в объеме,  соответствующем примерной программе Государственного образовательного стандарта РФ высшего профессионального образования по направлению «Архитектура» (630100), утвержденного Минобразованием РФ 10.03.2000 г. (Архитектурное образование, тт. I, II). Книга является составной частью комплексного учебного пособия по этой специальности и знакомит будущих архитекторов с основами строительного искусства, с отдельными изделиями и конструктивными  элементами, составляющими здания или их отдельные части, с назначением и  взаимосвязью конструктивных элементов, с их ролью в архитектурных решениях, с  требованиями, предъявляемыми к элементам зданий при учете конкретных  условий их эксплуатации.

Особенностью преподавания в архитектурных вузах является метод работы над проектом, в процессе которого студенты решают архитектурные задачи в  комплексе со смежными дисциплинами, включая технические. Этот комплексный  метод работы над проектом в значительной мере моделирует метод проектирования, принятый в проектных организациях. Но как метод обучения он имеет свои  особенности, главная из которых состоит в том, что дисциплины, смежные с  профилирующей, должны изучаться не только самостоятельно, но и обязательно на  примерах и в подчинении задачам архитектурного проектирования; в этом и только в этом случае студент конкретно может оценить место и значение смежной  дисциплины в учебном процессе, взаимосвязь дисциплин. На примерах «своих»  архитектурных проектов студенты решают и разрабатывают конкретные задачи смежных дисциплин. Такой метод обучения смежным дисциплинам называется «методом комплексного проектирования». Особенное развитие он получил в преподавании «Архитектурных конструкций» — предмета, наиболее тесно связанного с  профилирующей дисциплиной - архитектурным проектированием — на II—V курсах обучения. Это проявляется, во-первых, в том, что архитектурные проекты более конструктивно обоснованы, а во-вторых, и это главное, в том, что студент  реализует принятые решения в курсовых работах по предмету «Архитектурные  конструкции», что является продолжением курсового проекта.

В подчинении задачам комплексного проектирования весь курс обучения разбит на три больших раздела: малоэтажное строительство жилых зданий;  одноэтажные производственные и общественные здания со средними и большими пролетами; многоэтажные гражданские и производственные здания. 

Соответственно, учебные программы составлены таким образом, что каждый из этих  разделов совпадает по времени с конкретными учебными семестрами. Это  позволяет разбить учебное пособие «Архитектурные конструкции» на 3 книги.

Книга 1. Архитектурные конструкции малоэтажных жилых зданий. Пособие включает сведения о проектировании одно—трехэтажных зданий, включая некоторые вопросы, общие для всех книг: окна, двери гражданских  зданий, сведения о грунтах, о фундаментах и т.п.

Книга П. Архитектурные конструкции одноэтажных производственных и  общественных зданий. Пособие включает классификации конструкций одноэтажных зданий с  малыми, средними и большими пролетами с различными формами плана,  содержит сведения о проектировании современных конструкций покрытий,  ограждающих конструкции, в том числе светопрозрачных, и т.п.

Книга Ш. Архитектурные конструкции многоэтажных гражданских и  производственных зданий. Пособие включает вопросы проектирования конструкций гражданских, в  основном, жилых зданий и, частично, производственных многоэтажных; содержит сведения об ограждающих конструкциях этих зданий и т.п.

Настоящая Книга I написана коллективом авторов «Кафедры архитектурных конструкций» МАрхИ: проф. З.А. Казбек-Казиевым (Введение, раздел I, гл. I, II, VIII), проф. А.Б. Марцинчиком (гл. IV), доц. Н.Ф. Тищенко (гл. VII, ч. 3, гл. VIII, ч. 2, 3), ею же совместно с З.А. Казбек-Казиевым (гл. V, гл. VII), проф. Т.И. Кирилловой (гл. VI, XI, ч. 1, 2, 3), доц. О.В. Коретко (гл. X, XI, ч. 4).  Общая редакция осуществлена проф. Ю.А. Дыховичным и проф. З.А.  Казбек-Казиевым.

Введение

Приступая к изучению курса, будущие архитекторы должны иметь в виду, что их творческие замыслы могут реализовываться только в материальной  форме—в изделиях и конструкциях (частях зданий), выполненных из конкретных строительных материалов. От того, в каком материале выполнено здание — в дереве или камне, в металле или железобетоне, — зависят и архитектурный  облик, и конструктивные решения, и стоимость, и условия, и сроки эксплуатации этого здания. Все это взаимосвязано.

Студенту-архитектору важно усвоить методологию подхода к применению достижений научно-технического прогресса в архитектурном творчестве,  выявить взаимосвязь между принятыми конструкциями и воздействиями на здания (силового и несилового характера), условиями эксплуатации зданий и их  элементов, требованиями к этим элементам и способами удовлетворения этих  требований при сохранении превалирующей роли функционально-художественных начал. Таким образом, задачи курса «Архитектурные конструкции» состоят в обучении проектированию архитектурно-строительной части зданий и  составляющих их элементов без рассмотрения конструирования и расчета этих  элементов (балок, ферм, элементов каркаса и т.п.), что составляет содержание курса «Инженерные конструкции».

«Архитектура, — по словам видного архитектора А. Бурова, — искусство не изобразительное, а созидательное». Созидание всегда основано на знании, в том числе и на знании основ строительного искусства, что всегда было  неотъемлемой частью профессии зодчего. Знание помогает ему не только решать самые сложные творческие задачи в процессе проектирования, но и доводить свой  проект до полной реализации в натуре.

При этом вовсе не достаточно уметь технически грамотно осуществлять те или иные методы и решения, но очень важно применять их целесообразно,  соответственно принятым объемно-планировочным и художественным решениям. В этом особенность деятельности современного зодчего.

В последние десятилетия строительство в РФ претерпело значительные  изменения. В первую очередь это связано с повсеместным применением  монолитного железобетона  особенно при строительстве многоэтажных жилых зданий. Совершенствовались и методы индустриального строительства полносборных зданий. Получили дальнейшее развитие внедрение новых строительных  материалов, новых технологий строительного производства, работы по унификации,  типизации и стандартизации строительных изделий, элементов зданий. Задачи архитекторов и строителей на сегодня состоят в ускорении научно-технического прогресса, основанного на новых технологиях, прогрессивных  научно-технических достижениях, экономичных проектных решениях и т.п. Решению этих задач во многом будет способствовать профессиональная  творческая деятельность будущего архитектора, так как именно эта деятельность  связана и с зарождением проекта нового здания или сооружения, и с его  воплощением в натуре. В какой степени художественный замысел получит  технически грамотное и целесообразное материальное воплощение, во многом  зависит от того, насколько глубоко и прочно уяснил себе будущий архитектор  значение и роль материальной основы зодчества в современном индустриальном строительстве.

Раздел I

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АРХИТЕКТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Глава 1

Общие сведения

1.1. Здания и их элементы, основные понятия и определения

Здания — это наземные сооружения, имеющие внутреннее пространство, предназначенное для проживания, труда, удовлетворения тех или иных нужд человека и общества (жилые дома, производственные корпуса, клубы, больницы и т.п.). Термин «здание» неприменим к наземным сооружениям, не имеющим такого внутреннего пространства (мостам, транспортным эстакадам, градирням и т.п.), а также ко многим подземным и подводным сооружениям (тоннелям, плотинам и т.п.). Эти постройки носят название инженерных сооружений или, для краткости, просто сооружений. К ним относятся также и формально  похожие на здания многоярусные «этажерки» промышленных предприятий,  предназначенные для периодического обслуживания технологического оборудования, водонапорные башни и другие подобные сооружения.

Внутреннее пространство зданий чаще всего расчленено на отдельные помещения — части внутреннего объема здания, огражденные со всех сторон. Совокупность всех таких помещений, полы которых расположены на одном  уровне, образует этаж здания. Отдельные этажи имеют определенное название (рис. 1.1).

Подвал — этаж, полностью или большей своей частью заглубленный в землю (называемый также «подвальный этаж») (а).

Полуподвальный, или цокольный — этаж, уровень пола которого заглублен от уровня тротуара или отмостки не более чем на половину высоты помещения (б).

Надземный этаж (первый, второй, третий и т.п.), расположенный выше  уровня земли (б, в).

Чердачный (или чердак) - этаж,  расположенный между крышей и перекрытием над последним этажом здания (так  называемым «чердачным перекрытием») (г).

Мансардный (или мансарда) — этаж, выгороженный внутри чердачного пространства, образованного скатной крышей, и предназначенный для размещения жилых или подсобных отапливаемых помещений; площадь горизонтальной  части потолка желательно чтобы занимала не менее 50 % площади пола, а высота стен до низа наклонной части потолка различна, в зависимости от угла наклона крыши (обычно не менее 1,4—1,6 м).

Технический — этаж, предназначенный для размещения инженерного  оборудования и прокладки коммуникаций. Может быть расположен в нижней  (техническое подполье), верхней (технический чердак) или в средней части здания, а также над проездами, над первым общественным этажом жилого дома и т.п.; в производственных зданиях необходимость и места размещения технических  этажей устанавливаются главным образом требованиями технологического  процесса. Высота технических этажей зависит от вида оборудования и коммуникаций с учетом условий эксплуатации; в местах прохода обслуживающего персонала высота в чистоте h>1,9 м.

Все эти и другие помещения являются элементами объемно-планировочной структуры здания. Материальную же оболочку здания составляют  взаимосвязанные конструктивные элементы — самостоятельные части или элементы здания, каждый из которых имеет свое определенное назначение: стены, фундаменты, крыши и т.п. (рис. 1.2). Конструктивные элементы либо слагаются из более  мелких, заранее изготовленных элементов — строительных изделий, поставляемых на стройку в готовом виде (сборных плит, ступеней, кровельных изделий и т.п.), либо возводятся на месте из строительных материалов. В зависимости от  величины строительные изделия бывают мелкоштучными (или просто штучными — их можно взять рукой, например, кирпич), крупными и т.д.

Конструктивные элементы подразделяют на несущие и ограждающие. Такое подразделение связано с назначением этих элементов, с «условиями их работы» в структуре здания при восприятии тех или иных сочетаний нагрузок и  воздействий, которым подвержено здание и его элементы как в ходе строительства, так и в процессе эксплуатации.

Воздействия по своему характеру делятся на две группы: силовые и  несиловые. К силовым (или механическим) относятся: нагрузки от собственной массы частей здания, от людей, мебели, оборудования, снеговых отложений, от  давления ветра, сейсмические, ударные и др.

Воздействия несилового характера: атмосферные осадки; потоки тепла и  влаги, воздействия, вызванные разностями температур или разностями  потенциалов влажности наружного и внутреннего воздуха; шум и вибрация, идущие  извне или от соседних помещений или вызванные работой инженерного  оборудования; инфильтрация воздуха через неплотности и т.п.

Назначение несущих конструктивных элементов здания (или, как принято говорить, несущих конструкций) — воспринимать все виды нагрузок и  воздействий силового характера, которые могут возникать в здании, и передавать их через фундаменты на грунт.

Назначение ограждающих конструктивных элементов здания (или ограждающих конструкций) — изолировать пространство здания от внешней среды, разделять это пространство на отдельные помещения и защищать («ограждать») эти помещения и пространство здания в целом от всех видов воздействий несилового характера.

Примеры несущих конструкций: фундаменты, стены, колонны, балки и т.п.; ограждающих: перегородки, кровли, окна, двери и т.п.

Многие конструктивные элементы являются одновременно и несущими, и ограждающими -- в них несущие и ограждающие функции совмещены.  Наиболее характерным примером такого совмещения функций являются наружные и внутренние несущие стены, которые одновременно могут являться и  ограждающими конструкциями, и вертикальными опорами для размещаемых на них  горизонтальных конструктивных элементов. Если стены выполняют только  ограждающие функции, их называют ненесущими. При этом различают самонесущие стены и навесные. К первым относят стены высотой в один или несколько  этажей, опирающиеся на фундамент и передающие ему вертикальные нагрузки только от их собственной массы. Навесными называют стены, расчлененные на отдельные элементы и навешиваемые на несущие вертикальные или  горизонтальные конструкции здания (рис. 1.3.).

Другой тип вертикальных несущих конструкций — отдельно стоящие  вертикальные опоры. Так называют вертикальные опоры, один размер которых  (высота) значительно превышает два других — толщину и ширину: это колонны, или стойки, и столбы.

Фундаменты - подземные конструктивные элементы зданий,  воспринимающие все нагрузки от вышерасположенных вертикальных элементов несущего  остова и передающие эти нагрузки на основание.

Основанием называют грунт, непосредственно воспринимающий нагрузки. Оно может быть естественным (грунты в природном состоянии) и  искусственным (грунты с искусственно измененными свойствами за счет уплотнения,  укрепления и т.п.). Фундаменты могут выполняться в виде сплошных стен (лент) — ленточные фундаменты и отдельных столбов — столбчатые  фундаменты. В домах с подвалами ленточные фундаменты являются одновременно и  стенами этих подземных помещений, испытывая дополнительно к другим  нагрузкам горизонтальное давление грунта.

Перекрытия — горизонтальные конструкции, разделяющие здание на этажи; одновременно выполняют несущие и ограждающие функции, так как  предназначены для размещения людей, оборудования, мебели, нагрузку от которых  перекрытия воспринимают и передают на вертикальные опоры. Различают  перекрытия: междуэтажные (разделяют смежные этажи), чердачные (разделяют  последний этаж и чердак), надподвальные, над проездами и т.д. Изолирующие слои и другие элементы, входящие в состав этих перекрытий, различны. Нижняя  поверхность перекрытий называется потолком; тот же термин относится и к самостоятельным элементам, при необходимости входящим в состав перекрытий или применяемым автономно: акустический потолок, подвесной, декоративный и т.п.

Крыша — верхняя конструкция, отделяющая помещения здания от внешней среды и защищающая их от атмосферных осадков и других внешних  воздействий. Состоит из несущей части (стропил) и изолирующих (ограждающих)  частей, в том числе — наружной водонепроницаемой оболочки — кровли. Крыши устраивают чердачные и бесчердачные. Чердачные (над чердаком) бывают  холодными (теплозащитные функции выполняет чердачное перекрытие) и  утепленными. Утепленная или, как говорят, «теплая» крыша устраивается при  наличии и при отсутствии чердака, когда функции чердачного перекрытия и кровли совмещаются (в последнем случае применяются названия: совмещенная крыша, совмещенное покрытие, бесчердачное перекрытие). Эти термины присущи, в  основном, жилищно-гражданскому строительству. В промышленном строительстве в том же смысле употребляется термин покрытие. В производственных зданиях чердаки обычно не приняты, а термин «крыша» чаще всего ассоциируется с  наклонными поверхностями (скатами) крыш жилых зданий, которые правильнее называть скатные крыши.

Перегородки - тонкие «стены» — вертикальные ограждающие конструкции, отделяющие в пределах этажа одно помещение от другого. Они опираются на междуэтажные перекрытия или на пол первых этажей.

Лестницы — наклонные ступенчатые конструктивные элементы в зданиях и сооружениях, предназначенные для вертикальных коммуникаций. Часто, в целях их защиты от огня и задымления, лестницы отгораживают от остальных  помещений несгораемыми вертикальными стенами. Эти стены, пространство,  выгороженное ими, и расположенные в нем лестницы и площадки называют лестничной клеткой. Объемно-планировочный элемент здания, включающий лестничную клетку, примыкающие к ней шахты лифтов (стены, в которых расположен лифт) и обслуживающие их площадки, называют лестнично-лифтовым узлом.

Элементы стен и перегородок - оконные и дверные проемы — заполняют оконными и дверными блоками. Оконные блоки состоят из коробок и оконных переплетов; дверные — из  коробок и дверных полотен. Значительные по площади проемы в стенах,  заполненные ограждающей светопрозрачной конструкцией, называют витражами. Все виды ограждающих светопрозрачных поверхностей называют светопрозрачными ограждениями.

К конструктивным элементам зданий относится также ряд дополнительных, многие из которых будут рассмотрены, а именно: эркеры, лоджии, балконы,  веранды, трибуны, фонари и т.п.; к ним относятся также санитарно-технические устройства и инженерное оборудование зданий.

Основные конструктивные элементы здания — горизонтальные (перекрытия, покрытия), вертикальные (стены, колонны) и фундаменты. Взятые вместе, они составляют единую пространственную систему — несущий остов здания,  надежно обеспечивающий восприятие и передачу на основание всех видов нагрузок и механических (силовых) воздействий, возникающих в процессе эксплуатации здания.