Туполев - Конструкции гражданских зданий
В учебнике изложены основы проектирования конструкций малоэтажных и многоэтажных жилых и общественных зданий. Рассмотрены приемы и принципы конструирования зданий из индустриальных сборных элементов заводского изготовления, а также использования в современном строительстве традиционных конструкций с применением местных строительных материалов.
Излагаются приемы конструирования несущего остова зданий, навесных стен и перегородок, витражей и витрин, эркеров, балконов и лоджий, устройств вертикального транспорта, встроенного инженерного оборудования современного дома и т. д.
В специальной главе рассматриваются основные конструктивные решения большепролетных покрытий со световыми фонарями и подвесными потолками.
Даются указания о выборе конструктивных схем зданий и их элементов с учетом требований экономии государственных средств, материалов и трудовых затрат. Учебник предназначен для студентов архитектурных вузов и факультетов, а также может служить пособием для инженеров и архитекторов, работающих в области проектирования и строительства жилых и общественных зданий.
(с) Стройиздат, 1967
ПРЕДИСЛОВИЕ
Советский Союз занимает одно из первых мест в мире по объему возведения зданий и сооружений разного назначения. У нас ежегодно вводится в эксплуатацию около 11 новых квартир на тысячу жителей — больше, чем в любой другой стране. За годы Советской власти в СССР построено более 800 городов, десятки тысяч предприятий, проложены десятки тысяч километров железных и автомобильных дорог, создана мощная энергетическая база. Все это потребовало огромного развития строительства.
С 1928 г. — первого года первой пятилетки— по 1967 г. среднегодовой объем строительства в натуральном выражении (по данным Главного статистического управления СССР) возрос в 60 раз и продолжает с каждым годом расти все больше и больше.
В росте объема строительства большое значение имеет повышение производительности труда на основе непрерывного развития индустриализации строительного производства, выражающейся в применении сборных методов возведения зданий и сооружений из готовых укрупненных элементов заводского изготовления, а также комплексной механизации и автоматизации всех трудовых процессов на строительных площадках.
Дальнейшее повышение производительности труда может быть достигнуто только при переходе на массовое полносборное строительство с максимальной заводской готовностью сборных элементов. Для внедрения полносборного строительства в нашей стране создана мощная материально-техническая база. Производство сборных железобетонных изделий в 1967 г. доведено до 70 млн. м3. В эксплуатации находятся сотни домостроительных комбинатов, обеспечивающих жилищное строительство сборными элементами. Общая мощность этих предприятий в 1967 г. достигла 23 млн. м2 жилой площади. Кроме того, в стране построено много заводов стандартного деревянного домостроения, изготовляющих детали малоэтажных сборных домов для сельского и поселкового строительства. В ходе дальнейшего развития индустриализации строительства его объем к 1980 г. должен быть увеличен в несколько раз по сравнению с I960 г.
Однако даже при полной индустриализации строительства часть городских зданий, например административные здания, театры, Дворцы культуры, спортивные сооружения, торговые центры и даже некоторые жилые дома, строят по специально составленным индивидуальным проектам с применением новейших материалов и конструкций. В других случаях такие здания строят традиционными методами из кирпича и других подобных материалов.
Сельское строительство развивается с максимальным использованием местных материалов, в первую очередь дерева, особенно в лесоизбыточных северо-восточных районах СССР. Все это определяет большое разнообразие конструктивных решений жилых и общественных зданий в нашей стране.
Готовые элементы заводского производства, применяемые при индустриальном строительстве зданий, должны быть однотипны, так как всякое изменение их характера и типоразмеров влечет за собой перестройку производства с заменой или переналадкой оборудования для изготовления новых моделей.
Для такого комплексного проектирования с учетом требований строительной индустрии архитектор должен глубоко и всесторонне знать конструкции проектируемых им объектов. Это является основой для рациональной компоновки зданий разного назначения и достижения хорошего качества проектов. Изучению конструктивных решений зданий в высших учебных заведениях СССР отводится большое внимание на всех этапах обучения студентов строительной специальности.
Настоящий учебник предназначен для студентов высших архитектурных учебных заведений и факультетов. Курс конструкций зданий изучается студентами в течение трех семестров и состоит из теоретической части и трех проектно-графических заданий (по одному на каждом семестре) по разработке конструкций малоэтажных, многоэтажных и большепролетных зданий по конкретным методическим заданиям со сдачей семестровых зачетов и экзамена в конце курса. Практическому закреплению знаний и творческому овладению студентами курса конструкций способствует принятый в архитектурных вузах комплексный метод архитектурного проектирования, при котором каждый архитектурный проект разрабатывается как единый комплекс архитектурно-композиционных, конструктивных и экономических задач.
Настоящий учебник составлен коллективом авторов кафедры конструкций гражданских зданий Московского ордена Трудового Красного Знамени архитектурного института. Гл. I написана М. С. Туполевым, А. Н. Поповым, A, И. Шкиневым, гл. П, УП —А. И. Шкиневым, гл. П1 — М. С. Туполевым при участии B. В. Беспалова, главы IV, V, VHI —М. С. Туполевым, гл. VI—И. А. Браунсдорфером, гл. IX — Ю. Л. Сопоцько, А. А. Поповым (§ 3), Т. И. Кирилловой (§ 8), главы X, XI, XII — А. А. Поповым, гл. XIII, XV —Т. И. Кирилловой, гл. XIV —В. Н. Карцевым, гл. XVI — О. В. Коретко, гл. XVII —В. М. Куниным, А. И. Поповым и В. В. Беспаловым (§ 4). Гл. XVIII—А. И. Шкиневым и Г. А. Довжиком.
Авторский коллектив выражает благодарность рецензентам и научному редактору, активно способствовавшим улучшению рукописи, а также отмечает большую работу по подготовке книги к печати, выполненную ассистентом кафедры А. А. Савченко, старшими лаборантами Г. П. Болховитиновой и О. И. Гущиной и аспирантом И. И. Нигматовым.
Авторы готовы с признательностью принять любые отзывы, замечания и пожелания институтов, кафедр и отдельных специалистов, направленные на улучшение содержания и формы книги.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЯХ
1. ВИДЫ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
Гражданские здания предназначаются для обслуживания бытовых, общественных и культурных потребностей человека.
В категорию гражданских зданий входят:
жилые здания — многоквартирные многоэтажные и малоэтажные жилые дома, общежития и гостиницы, одноквартирные дома усадебного типа, временные жилища на стройках и разработках;
общественные здания — здания детских учреждений (ясли, детские сады), школ, техникумов, высших учебных заведений, административные здания, здания лечебных учреждений, санаториев и домов отдыха, учреждений хозяйственно-бытового обслуживания, предприятий общественного питания и торговли, клубов, павильоны различного назначения и др.
В категории гражданских здании особое место занимают такие здания общественного назначения, как зрелищные (театры, кинотеатры, цирки), дворцы культуры, здания железнодорожных, автомобильных и аэровокзалов, музеи, выставочные залы и павильоны, спортивные сооружения (крытые помещения для спорта, стадионы, катки, бассейны, манежи и др.), крытые рынки и др., отличительная особенность которых — наличие зальных помещений с пролетами больших размеров.
Гражданские здания по этажности делятся на:
одноэтажные;
малоэтажные — высотой до 3 эт., применяемые преимущественно в сельском и поселковом строительстве;
многоэтажные — от 4 до 9 эт., применяемые в массовой застройке городских жилых массивов;
здания повышенной этажности — от 10 до 20 эт., предназначенные для строительства в крупных городах;
высотные — высотой более 20 эт., возводимые в особых случаях в крупнейших городах.
Кроме того, здания могут быть смешанной этажности, в которых сочетается одноэтажная и многоэтажная застройка.
Отдельные этажи зданий имеют определенные названия. Этаж, заглубленный в землю, носит название подвала или подвального этажа. Этаж, заглубленный в землю менее чем на половину его высоты, называют цокольным или полуподвальным. При использовании объема чердака для размещения в нем помещений образуется мансардный этаж. Основные надземные этажи обозначают порядковыми номерами, начиная с этажа, расположенного непосредственно над землей, над подвалом или над цокольным этажом. Кроме основных этажей в зданиях повышенной этажности и в высотных зданиях иногда устраивают промежуточные технические этажи для размещения инженерного оборудования (отопительных систем, вентиляционных камер, насосных станций для подкачки воды в верхние этажи и др.). Число этажей в здании указывается по числу основных этажей, не считая подвального, цокольного и технических этажей. Цокольный этаж включают в число надземных этажей в том случае, если верх его перекрытия возвышается над уровнем земли не менее чем на 2 ж. В случае необходимости уточнить характер здания указывают наличие подвала, цокольного этажа или мансарды, например «шестиэтажный дом с подвалом».
В общественных зданиях с помещениями зального типа, при относительно небольших размерах этих помещений (спортивный зал или учебные мастерские учебных заведений, школ и т. п.), залы размещают либо в пристройках к основному объему зданий, либо в верхнем этаже многоэтажных зданий. В зданиях зрелищных предприятий, крытых рынков, спортивных комплексов и т. п. крупные помещения зального типа могут быть основным объемом здания. В этом случае обслуживающие и вспомогательные помещения размещают в пристройках к основному объему.
Конструктивные элементы, из которых состоит каждое здание, делят в соответствии с их основным назначением на две группы конструкций: несущие и ограждающие (рис. 1.1).
Несущие конструкции воспринимают нагрузки, возникающие в здании, и обеспечивают его прочность и устойчивость. Основной конструкцией, воспринимающей все нагрузки, возникающие в здании, является несущий остов здания, состоящий из вертикальных несущих элементов (стен, столбов, стоек, колонн и др.), поддерживающих горизонтальные несущие элементы конструкций (прогоны, ригели, балки, стропильные фермы, арки, настилы и панели перекрытий и покрытий). Через несущий остов нагрузки передаются на фундаменты, опирающиеся на основание в виде естественного грунта или искусственное, а также на сваи, опускные колодцы и др.
Действующие на здание нагрузки слагаются из постоянных, которые учитываются как в ходе строительства, так и при эксплуатации зданий (собственный вес всех строительных конструкций, как несущих, так и ограждающих, а также вес и давление грунта), и временных, которых в отдельные периоды строительства или эксплуатации здания может и не быть. Временные нагрузки и воздействия на здания различаются в зависимости от длительности их действия. К временным длительным нагрузкам относятся такие, как вес установленного в здании стационарного оборудования, нагрузки на перекрытия в помещении архивов, книгохранилищ, библиотек и т. п.
К кратковременно действующим нагрузкам и воздействиям относятся нагрузки от мебели и легкого оборудования, от веса толпы, веса снегового покрова, давления ветра, а также температурные климатические воздействия.
Временные нагрузки в помещениях общественных зданий, где возможны значительные скопления людей (на трибунах стадионов, в спортивных залах, залах и фойе кинотеатров, клубов, театров, в выставочных залах и т. п.), относятся к категории длительно действующих.
В сейсмических районах учитываются (по специальным нормам) сейсмические воздействия, а в районах с просадочными грунтами — воздействия просадок основания.
Ограждающие конструкции защищают здание от атмосферных воздействий, изолируют его от внешнего пространства и, кроме того, разделяют внутренний объем на отдельные этажи и каждый этаж на отдельные помещения.
к атмосферным воздействиям, от которых приходится защищать здания, относятся: влияние низких зимних или высоких летних температур, атмосферные осадки — дождь, снег, проникание воздуха через ограждающие конструкции при сильном ветре (инфильтрация) и комбинации этих воздействий.
К ограждающим конструкциям относятся: наружные стены, окна, фонари и двери, покрытия, внутренние стены и перегородки, надподвальные, междуэтажные и чердачные перекрытия. Некоторые части зданий (например, стены, перекрытия, покрытия) могут одновременно выполнять функции как несущих, так и ограждающих конструкций.
Наружные стены подразделяются на: несущие, воспринимающие кроме нагрузок от собственного веса и давления ветра также нагрузки от покрытий (крыш), перекрытий и др.; самонесущие, воспринимающие нагрузку только от собственного веса стен всех этажей здания и от давления ветра; ненесущие, в том числе навесные, воспринимающие нагрузки только от собственного веса и давления ветра в пределах одного этажа или одной панели. В зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стенами нагрузки от перекрытий и покрытий передаются на колонны каркаса или на поперечные несущие стены.
Стены зданий могут быть выполнены из природного камня, кирпича, бетона, крупных стеновых блоков, крупных панелей. Несущие стены одноэтажных и двухэтажных зданий выполняют также из сырцового и саманного кирпича, деревянных щитов, брусьев или бревен и из других местных материалов. Стены — основная часть здания, определяющая его конструктивный характер и общий архитектурный облик. Название материала стен часто характеризует архитектурно-конструктивный тип дома, например каменный, кирпичный, крупноблочный, крупнопанельный, деревянный щитовой или рубленый и т. д.
Перекрытием называется горизонтальная конструкция, разделяющая этажи друг от друга и воспринимающая нагрузки от веса людей, мебели и оборудования. Перекрытие, расположенное между первым этажом и подвалом, называется надподвальным. Перекрытие, разделяющее надземные этажи здания, называют междуэтажным, причем нижняя его поверхность является потолком нижележащего этажа, а верхняя — полом этажа, расположенного выше перекрытия. Перекрытие обычно состоит из несущей конструкции — плит и балок (опирающихся непосредственно на стены или колонны или на ригели) и чистого пола. Ригели опираются на несущие стены или колонны.
Для защиты здания от атмосферных осадков устраивают покрытие (или крышу) из несущих конструктивных элементов, воспринимающих нагрузки от собственного веса покрытия, снегового покрова и давления ветра, и ограждающих элементов, предназначенных для отвода атмосферных вод, защиты здания от дождя и снега, от потерь тепла через покрытие, а в южных районах — и от перегрева солнцем.
Верхний внешний элемент ограждающей части покрытия, непосредственно подвергающийся атмосферным воздействиям, называется кровлей. В кровле также есть несущая часть (в виде обрешетки, настила), по которой укладывают ограждающий или водоизолирующий покров (рулонный ковер, плиты, черепицу и др.).
При устройстве кровли из материалов, требующих больших уклонов, над зданием устраивается крыша, состоящая из стропильных несущих конструкций, по которым укладывается кровля. При этом образуется неотапливаемое пространство крыши под кровлей, которое называется чердаком, а перекрытие, отделяющее верхний этаж здания от чердака, называется чердачным. При пологих, а также плоских кровлях чердачное перекрытие и кровлю можно совмещать в одной конструкции, которая называется совмещенной крышей или бесчердачным покрытием.
Внутреннее пространство этажа разделяют на отдельные помещения (залы, комнаты) перегородками и внутренними стенами. В наружных стенах устраивают дверные и оконные проемы. Проемы заполняют остекленными оконными переплетами и дверными полотнами.
Кроме указанных основных частей в зданиях имеется ряд элементов, необходимых для обеспечения их нормальной эксплуатации.
К таким элементам в жилых зданиях относятся: лестницы, лифты, эркеры, балконы, лоджии, крыльца, цоколи, карнизы и др. В комплекс здания входят, кроме того, санитарно-технические устройства и инженерное оборудование, в том числе: системы и приборы отопления, вентиляции, водоснабжения, газоснабжения, теплоснабжения, электроснабжения, а также встроенная мебель (стенные шкафы, антресоли, оборудование кухонь и др.).
...