Строительные изделия

Архитектурно-конструктивные элементы

В строительных конструкциях выделяют элементы, которые в значительной степени определяют эстетические качества архитектурных форм.

Архитектурно-конструктивный элемент – часть строительной конструкции и (или) объемно-планировочного элемента здания, выполняющая определенные функциональные и эстетические задачи. Преимущественно это части стен или крыш (покрытий) зданий.

К архитектурно-конструктивным элементам относятся: балконы, лоджии, эркеры, консольные свесы, а также люкарны, фонари, парапеты, пилястры, фронтоны, наличники, сандрики, перемычки, козырьки и др. элементы.

Балкон – выступающая из плоскости фасада огражденная площадка, служащая для отдыха в летнее время.

Лоджия – перекрытое и огражденное в плане с трех сторон помещение, открытое во внешнее пространство, служащее для отдыха и солнцезащиты.

Эркер – выходящая из плоскости фасада часть помещения, частично или полностью остекленная, улучшающая его освещенность и инсоляцию.

Консольный свес – часть объема здания на высоту одного или нескольких этажей, выступающая из плоскости стены.

Цоколь – нижняя часть стены от уровня земли до уровня пола.

Карниз – выступающее профилированное венчание стены, защищающее ее от стока воды с крыши.

Люкарна – выступающий из плоскости скатной крыши объем с вертикальным светопропускающим ограждением.

Фонарь световой – остекленная часть покрытия для освещения лестничной клетки или внутреннего дворика.

Парапет – невысокая стенка, служащая ограждением крыши, террасы.

Пилястра – обычно прямоугольный в плане выступ стены или столба, устраиваемый для усиления стены в местах опирания перекрытий или покрытий.

Фронтон – верхняя часть стены с фасада в виде треугольника, обрамленная по трем сторонам карнизом.

Наличник – обрамление оконного или дверного проема.

Сандрик – небольшой карниз над дверью или окном.

Строительное изделие – первичный составной элемент (часть, деталь) строительной конструкции, изготовляемый вне места его установки – как правило, в заводских условиях.

Строительные конструкции состоят из тех или иных строительных изделий, например:

- фундаменты – из плит-подушек, блоков, панелей, свай;

- стены – из кирпичей, камней, панелей, брусьев;

- каркасы – из колонн (стоек), балок (ригелей), связей;

- перекрытия – из балок, прогонов, плит;

- крыши – из панелей, плит, ферм, наклонных балок, черепиц;

- покрытия – из балок, ферм, рам, арок, плит;

- лестницы – из ступеней, косоуров, маршей, плит-площадок;

- окна – из оконных блоков, стеклопакетов.

Вид строительных изделий, их формы, материал, способы соединений (сопряжений), положение относительно друг друга – все это определяет суть строительной конструкции.

2.3. Основные требования предъявляемые к зданиям и их элементам

Здания образуют материально-пространственную среду для осуществления людьми различных социальных процессов быта, труда и отдыха. Поэтому они должны отвечать ряду требований, основные из них:

– функциональная (или технологичная) целесообразность, т.е. здание должно быть удобно для труда, отдыха или другого процесса, для которого оно предназначено;

– техническая целесообразность, т.е. здания должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, надежно защищать людей и оборудование от вредных атмосферных воздействий, удовлетворять противопожарным требованиям;

– архитектурно-художественной выразительности, т.е. оно должно быть привлекательным по своему внешнему виду, благоприятно воздействовать на психологическое состояние и сознание людей;

– экономическая целесообразность, предусматривающая при минимальных затратах на постройку и эксплуатацию здания получения максимума полезной площади.

– природоохранные.

Основным в здании или помещении является его функциональное назначение.

Осуществление той или иной функции всегда сопровождается осуществлением какой-либо другой функции, имеющей подсобный характер. Например, учебные занятия в аудитории представляют главную функцию этого помещения, движение же людей при заполнении аудитории и после окончания занятий – подсобную. Следовательно, можно различить главные и подсобные функции. Главная функция для конкретного помещения в другом помещении может быть подсобной, и наоборот.

Помещение – основной структурный элемент или часть здания. Соответствие помещения той или другой функции достигается только тогда, когда в нем создаются оптимальные условия для человека, т.е. среда, отвечающая выполняемой им в помещении функции.

Качество среды зависит от ряда факторов. К ним можно отнести:

- пространство, необходимое для деятельности человека, размещения оборудования и перемещения людей;

- состояние воздушной среды (микроклимат) – запас воздуха для дыхания с оптимальными параметрами температуры, влажности и скорости его движения. Состояние воздушной среды характеризуется также степенью чистоты воздуха, т.е. количеством содержания вредных для человека примесей (газов, пыли);

- звуковой 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 проникающие извне, и оказывающих вредное влияние на организм и психику человека;

- световой режим– условия работы органов зрения, соответствующие функциональному назначению помещения, определяемые степенью освещенности помещения;

- видимость и зрительное восприятие – условия для работы людей, связанные с необходимостью видеть плоские или объемные объекты в помещении.

Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которое должно находиться в полном соответствии с законами механики, физики, химии.

В соответствии с воздействием среды к зданию и его конструкциям предъявляется комплекс технических требований.

Прочность – способность здания в целом и отдельных его конструкций воспринимать внешние нагрузки и воздействия без разрушения и существенных остаточных деформаций.

Жесткость здания – способность «несущего» остова здания сопротивляться деформациям или, что по сути одно и то же, способность сохранять геометрическую неизменяемость формы.

Жесткость зданий со стеновым несущим остовом обеспечивается, как правило, жесткостью самих стен, поэтажно сопряженных с жесткими дисками перекрытий.

Жесткость каркасных зданий (из стержневых вертикальных и горизонтальных элементов) обеспечивается принципиально двумя способами: введением в систему каркаса дополнительных стержневых, плоских или объемно-пространственных элементов (соответственно, связей, диафрагм или ядер жесткости) либо с помощью жестких рамных узлов соединения элементов каркаса (рис. 2.4.).

Рис. 2.4. Способы обеспечения жесткости каркасов: а – изменяемая стержневая система; б – неизменяемая система со стержневыми связями (связями жесткости); в – неизменяемая система с плоскими или объемно-пространственными связями (диафрагмами или ядрами жесткости); г – неизменяемая система с жесткими рамными узлами; 1 – раскосая связь; 2 – крестовая связь; 3 – полураскосая связь; 4 – подкосы; 5 – диафрагма или ядро жесткости; 6 – жесткие рамные узлы.

Устойчивость – способность здания противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического или динамического равновесия, – сопротивление опрокидыванию.

Потеря устойчивости зданием может произойти в результате неравномерной осадки фундаментов и (или) при действии динамических (ветровых и сейсмических) нагрузок.

Устойчивость обеспечивается целесообразным взаимным сочетанием и расположением элементов конструкций зданий в соответствии с величиной и направлением внешних усилий. Условие устойчивости здания при больших ветровых (горизонтальных) нагрузках - равнодействующая вертикальных нагрузок и давления ветра, которая должна проходить через подошву фундамента (рис. 2.5 а).

Устойчивость высотных зданий зависит от формы их объема. Высокое протяженное здание с узким корпусом (здание-пластина) – самая неэффективная форма с позиций устойчивости, так как имеет большое сопротивление ветровой нагрузке (парусность) и узкую опорную часть.

Рис. 2.5. Принципы обеспечения устойчивости зданий: а – здание устойчивое; б – здание подвержено опрокидыванию (неустойчивое); в – здание от опрокидывания защемлено в основании; г – придание зданию большей устойчивости изменением формы плана; д - то же, сужением кверху.

Для повышения устойчивости рекомендуется применять эффективные формы зданий (рис. 2.5 г, д), что достигается:

- развитием формы плана здания;

- сужением объема здания кверху (террасность, пирамидальность, конусность);

- обтекаемостью формы (цилиндрические и близкие к ним формы).

Особой проблемой является задача обеспечения устойчивости очень высоких зданий, когда требуется обеспечить восприятие у основания здания очень больших изгибающих моментов, возникающих от действия горизонтальных ветровых нагрузок. Обычно эта задача решается надежной анкеровкой здания через фундамент в грунт основания. Тогда здание работает как вертикальный консольный стержень, воспринимающий большие горизонтальные нагрузки. Примером может служить здание бизнес-центра высотой 450 м в г. Куала-Лумпур (Малайзия) – до недавнего времени самого высокого небоскреба в мире. Для устройства фундамента был вырыт котлован глубиной 20 м и площадью 57 тыс. м². Четыреста бетонных опор, уходящих в грунт на глубину 150 м и объединенных мощной плитой сверху, образовали фундамент анкерного типа для двухбашенного здания.

Долговечность – способность здания и его элементов сохранять во времени заданные качества в определенных условиях при установленном режиме эксплуата­ции без разрушения и деформаций или другими словами – означающая прочность, устойчивость и сохранность здания и его элементов во времени. Она зависит от:

- ползучести материалов, т.е. от процесса малых непрерывных деформаций, протекающих в материалах в условиях длительного воздействия нагрузок.

- морозостойкости материалов, т.е. от способности влажного материала противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию;

- влагостойкости материалов, т.е. их способности противостоять разрушающему действию влаги (размягчению, набуханию, короблению, расслоению, растрескиванию и т.д.);

- коррозиестойкости, т.е. от способности материала сопротивляться разрушению, вызываемому химическими и электрическими процессами;

- биостойкости, т.е. от способности органических строительных материалов противостоять действию насекомых и микроорганизмов.

Долговечность определяется предельным сроком службы зданий. Практических инженерных методов расчета долговечности зданий пока не создано, поэтому в строительных нормах и правилах здания по долговечности условно разделяются на три степени:

1-я степень – срок службы более 100 лет;

2-я степень – срок службы от 50 до 100 лет;

3-я степень – срок службы от 20 до 50 лет.

К 1-й степени долговечности относятся здания, основные конструкции которых (например, фундаменты, наружные стены и т.п.) выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью против перечисленных выше воздействий.

Требуемая степень долговечности зданий и их конструкций обеспечивается:

- выбором строительных материалов, имеющих соответствующую огнестойкость, морозостойкость, влагостойкость, биостойкость, коррозионную стойкость;

- применением конструктивных решений, исключающих или снижающих разрушающее воздействие на конструкции;

- специальной защитой элементов конструкций, выполняемых из недостаточно стойких материалов.

Важным техническим (и отчасти функциональным) требованием, оказывающим большое влияние на объемно-планировочное и конструктивное решение здания, является пожарная безопасность, означающая комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на предотвращение пожара и ущерба, от него.

Строительные материалы классифицируют по следующим показателям пожарной опасности: горючести, воспламеняемости, распространению пламени по поверхности, дымообразующей способности и токсичности продуктов горения.

По горючести строительные материалы подразделяют на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Негорючие строительные материалы по другим показателям пожарной опасности не классифицируют.

Горючие строительные материалы подразделяют на четыре группы:

Г1 (низкой горючести);

Г2 (умеренной горючести);

Г3 (средней);

Г4 (повышенной горючести).

По воспламеняемости подразделяют на три группы:

В1 (трудновоспламеняемые);

В2 (умеренновоспламеняемые);

В3 (легковоспламеняемые).

По распространению пламени по поверхности подразделяют на четыре группы:

РП1 (не распространяющие);

РП2 (локально распространяющие);

РП3 (умеренно распространяющие);

РП4 (значительно распространяющие).

По дымообразующей способности подразделяют на три группы:

Д1 (с малой дымообразующей способностью);

Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);

Д3 (с высокой дымообразующей способностью).

По токсичности продуктов горения подразделяют на четыре группы:

Т1 (малоопасны);

Т2 (умеренноопасны);

Т3 (высокоопасные);

Т4 (чрезвычайно опасные).

Группы строительных материалов по распространению пламени по поверхности определяют для поверхностных слоев конструкций кровель, полов, в.т.ч. ковровых покрытий.

Строительные конструкции классифицируются по огнестойкости и способности распространять огонь.

Показателем огнестойкости является предел огнестойкости конструкции, который определяется временем (в минутах) от начала огневого испытания по стандартному температурному режиму до наступления одного из предельных состояний конструкции:

потери несущей способности (R);

потери целостности (Е);

потери теплоизолирующей способности (І).

Предел огнестойкости конструкции определяется путем расчета несущей и/или теплоизолирующей способности конструкции под влиянием стандартного температурного режима.

Признаком потери несущей способности следует считать возникновение в конструкции предельных деформаций. Для металлических конструкций с огнезащитными покрытиями признаком потери несущей способности следует считать превышение средней температуры металлического элемента конструкции над его начальной температурой на 480^оС – для стальных конструкций и на 230^оС – для конструкций из алюминиевых сплавов.

Признаком потери теплоизолирующей способности следует считать превышение средней температуры на поверхности конструкции, которая не обогревается, над начальной средней температурой этой поверхности на 140^оС или превышение температуры в любой точке поверхности конструкции, которая не обогревается, над начальной температурой в этой точке на 180^оС.

Показатели способности строительной конструкции распространять огонь являет предел распространение огня (М).

По пределу распространения огня строительные конструкции подразделяют на три группы:

М0 (предел рассмотрения огня равняется 0 см);

М1 (М £ 25 см – для горизонтальных конструкций; М £ 40 см – для вертикальных наклонных конструкций);

М2 (М > 25 см – для горизонтальных конструкций; М > 40 см – для вертикальных наклонных конструкций).

Предел распространения огня распространяется на элементы здания – колонны, ригели, фермы, балки, арки, рамы и связи, наружные и внутренние стены, перегородки, перекрытия, стены лестничных клеток, противопожарные преграды, марши и площадки лестниц, а также подвесные потолки, воздуховоды, трубопроводы. Он не распространяется на конструкции заполнения проемов, на покрытие пола, кровли, облицовку и отделку.

Здание по огнестойкости разделяются на пять основных – І-V и три дополнительных IIIa, IIIб и IVа ступеней.

Степень огнестойкости – нормативная характеристика огнестойкости зданий и сооружений, которую определят в зависимости от минимального предела огнестойкости строительных конструкций (в минутах) и максимального предела распространения огня по ним (см). Первая степень огнестойкости характеризует наибольшую огнестойкость.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормативных для этих конструкций признаков граничного состояния: потеря несущей способности (R), потеря целостности (Е), потеря теплоизолирующей способности (например для несущих и самонесущих стен – REI150; М0; перегородок – ЕІ30; М0; колонн, балок и форм покрытия – R30; М0).

Здания и их помещения по функциональной пожарной опасности делят на пять классов в зависимости от способа их использования и степени огнестойкости на случай возникновения пожара, безопасность находящихся в них людей будет под угрозой (Ф1 - Ф5).

По пожарной опасности строительные конструкции делятся на четыре класса: К0 – непожароопасные, К1 – малопожароопасные, К2 – умеренно пожароопасные и К3 – пожароопасные. При определении класса пожарной опасности конструкций учитывается: теплового эффекта от горения, наличие пламенного горения, размеры повреждения конструкций, характеристики пожарной опасности составляющих конструкцию материалов.

Кроме вышеперечисленных показателей пожарной безопасности зданий необходимо учитывать следующие нормативные показатели:

- предельно допустимые площади противопожарных секций и отсеков, этажность здания;

- устройство противопожарных преград (противопожарные стенка, отсек, секция, тамбур-шлюз; несгораемые перекрытия, гребень);

- размещение перекрытий;

- устройство и протяженность путей эвакуации, количество, размеры и расположение эвакуационных выходов;

- противопожарные разрывы между зданиями и сооружениями;

- противопожарный водопровод и аварийная противодымовая вентиляция;

- первичные и автоматизированные системы оповещения, сигнализации и гашения пожаров и др.

К группе технических требований относятся также благоустройство зданий: обеспечение здания отоплением, вентиляцией, газоснабжением, холодным и горячим водоснабжением, канализацией, электроосвещением, лифтами, мусоропроводами, бытовым оборудованием (плитами для приготовления пищи, санитарно-техническими приборами, холодильниками, встроенной мебелью и т.п.), кабельном телевидением, радиотрансляцией, телефоном и прочим инженерным оборудованием; к этому же понятию относится качество отделки элементов здания.

Предотвращение пожара должно достигаться предотвращением образования горючей среды и (или) образования в горючей среде источников зажигания следую­щими способами:

- максимально возможным применением негорючих или трудногорючих веществ и материалов;

- максимально возможным по условиям технологии ограничением массы и (или) объема горючих веществ;

- изоляцией горючей среды (применением изолированных отсеков, камер, кабин и т.п.);

- поддержанием безопасной концентрации среды;

- установкой пожароопасного оборудования в изолированных помещениях; применением машин, оборудования, устройств, при эксплуатации которых не образуются источники зажигания.

Противопожарная защита должна достигаться следующими способами или их комбинацией:

- применением средств пожаротушения и пожарной техники;

- применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;

- применением основных строительных конструкций и материалов с нормированными показателями пожарной опасности;

- применением пропитки конструкций антипиренами и нанесением на поверхности конструкций огнезащитных красок (составов);

- устройствами, обеспечивающими ограничение распространения пожара;

- организацией с помощью технических средств своевременного оповещения и эвакуации людей;

- применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара.

В зданиях необходимо предусмотреть конструктивные, объемно- планировочные и инженерно- технические решения, которые должны обеспечить при пожаре:

- Возможность эвакуации людей наружу на прилегающую к зданию территорию людей независимо от их возраста и физического состояния;

- Возможность спасения людей;

- Возможность доступа личного состава пожарных подразделений к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению людей и материальных ценностей;

- Нераспространение пожара на рядом расположенные здания, в том числе при обрушении горящего здания;

- Ограничение материальных потерь, включая здание и оборудование, при экономически обоснованному соотношении величины потерь и затрат на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение.

Необходимость соответствия внешнего вида здания его назначению, при формировании внешних объемов и внутренних пространств по законам гармонии и красоты обусловлена архитектурно-художественными требования.

Форма архитектурных объектов определяется довольно большим количеством факторов, основные из них:

- функциональное назначение;

- эстетическая значимость объекта;

- конструктивное решение;

- используемые материалы;

- технология (способы) и условия строительства;

- взаимодействие объекта с окружающей средой и человеком.

Эти формообразующие факторы влияют на композицию объекта и предопределяют его эстетическую ценность. Формообразующими факторами, которые определяются социальным процессом (сложившимся в обществе) являются функциональное назначение объекта и эстетическая значимость. Все другие факторы зависят от этих двух. Функциональный и эстетический факторы определяют форму объекта, а его воплощение зависит от конструктивного решения, строительных материалов, способов строительства и т.д.

Когда все формообразующие факторы проявляются в форме объекта, т.е., когда форма полностью соответствует содержанию, то ее (форму) следует считать совершенной. Но в тоже время функциональный и формообразующий факторы являются наиболее противоречивыми. Преобладание функционального фактора приводит к функционализму, конструктивизму, т.к. предполагает постоянство формы для одних и тех же функций и конструкций, не учитывая возможности эстетического развития формы. Преобладание эстетического фактора приводит к формализму и украшательству.

Правильное разрешение этого противоречия является залогом создания архитектурного сооружения оптимального с точки зрения утилитарного и идейно-художественного назначения.

Обеспечение минимально необходимых затрат на строительство и эксплуатацию проектируемого здания, отвечает экономическим требованиям.

При рассмотрении проектных решений гражданских и промышленных зданий пользуются расчетами сравнительной экономической эффективности.

С точки зрения экономических затрат каждое здание оплачивается дважды: в виде капитальных затрат и в виде эксплуатационных расходов. Вторая сумма расходов чаще всего совпадает с первой. Поэтому нецелесообразно предлагать «дешевое» строительство, так как в этом случае затраты перекладываются в последующем на повышенные расходы по содержанию сооружения. Следовательно, строительство должно быть экономически целесообразным. Для этого прежде всего необходимо применять надежные долговечные конструкции, обеспечивающие достаточную защиту внутренних пространств здания от силового и несилового воздействия.

Выбор объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, внутреннего режима, прочность, долговечность и условия их эксплуатации органически связаны с требованиями природоохранительных мероприятий.

Интенсивность воздействия человеческой деятельности на природу достигла таких масштабов, что может привести к нарушению динамического равновесия в биосфере. Достаточно часто человек прямо или косвенно наносит вред окружающей природной среде и самому себе как наиболее активному компоненту системы «население – хозяйство – природа».

В настоящее время охрана окружающей среды от загрязнения должна носить не только региональный, но и глобальный международный характер. Результатом расширяющейся хозяйственной деятельности человечества является увеличение нагрузки на окружающую среду (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Факторы воздействия промышленного предприятия на окружающую среду и человека: І – влияние на среду; 1 – вторжение в природный ландшафт и нарушение гармонии; 2 – изменение микроклимата; 3 – загрязнение атмосферного воздуха, водоемов, почвы и продуктов питания; 4 – нарушение рельефа и почвы; 5 – выделение неприятного или сильного запаха; 6 – распространение шума и ультразвука; 7 – скопление производственных отходов; 8 – поражение растительного и животного мира; II – то же, на человека; 9 – ухудшение условий жизни, труда и отдыха.

Вредные выделения существенно загрязняют почву, воду и воздух и оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье людей и жизнедеятельности животных и растений. В результате систематических загрязнений воздуха и воды больше деградирует городская среда.

Скученное высотное строительство в крупных городах приводит к образованию пронизываемых ветром «бетонных ущелий». При такой застройке резко возрастает бытовое загрязнение воздуха и создаются условия для концентрации загрязнений в атмосфере городов и образования смогов.

Весьма сложную проблему составляет борьба с шумом в современных городах. Шум двигателей и механизмов – форма загрязнения окружающей среды, не менее опасная и разрушительная, чем отравление воздуха и воды.

Оптимальное решение градостроительных и градоформирующих задач, рациональное проектирование селитебных, промышленных, сельскохозяйственных территорий и комплексов в современных условиях может быть достигнуто только при наиболее полном учете экологических требований.

Обобщающим показателем требований, предъявляемых к зданию или сооружению является класс здания по капитальности.

Капитальность – это совокупность свойств, присущих зданию в целом, его народнохозяйственное и градостроительное значения, его значимость и т.п.; с другой стороны – это комплекс важнейших требований к зданию и его элементами (эксплуатационные требования, отражающие состав помещений, их размеры, степень благоустройства, качество отделки, долговечность и огнестойкость). Класс здания – уровень этих требований. Установлены четыре класса зданий по капитальности: к первому классу относятся здания, удовлетворяющие повышенным требованиям; ко второму – средним; третьему и четвертому – средним пониженным и минимальным.

Дата добавления: 2014-01-13