Архитектура зданий: введение

Введение в архитектуру гражданских и промышленных зданий

• Курс посвящен архитектуре гражданских и промышленных зданий и сооружений.
• Рассматриваются элементы зданий, компоновка, строительная физика и теплотехнические расчеты.
• Основоположником удобного и комфортного жилья считается Витрувий.

Основные параметры зданий

• Вариации достигаются за счет трех основных параметров: ширины, глубины и высоты.
• Оптимальные параметры динамично развиваются с течением времени.
• Важнейшие требования – прочность, устойчивость и долговечность.
• Важно, чтобы здания были комфортными и не вредили здоровью, наоборот, улучшали его.
• Микроклимат, включая освещение, является важным компонентом.

Здания и сооружения

• Здание — это надземное сооружение с внутренним пространством для удовлетворения потребностей человека.
• К зданиям относятся жилые дома, школы, театры и больницы.
• Инженерные сооружения — это заводские корпуса без внутреннего пространства, а также все подземные и подводные сооружения.
• К ним относятся мосты, радиомачты, резервуары, плотины, метро и набережные.
• Здания предназначены для длительного пребывания людей, в отличие от сооружений.
• Здания делятся на гражданские, промышленные и сельскохозяйственные.
• Гражданские здания подразделяются на жилые (дома, гостиницы, общежития) и общественные (школы, магазины, театры, спорткомплексы).

Классификация промышленных зданий

• Промышленные здания классифицируются по характеру производственных процессов (химические, металлургические, машиностроительные, транспортные, складские).
• Сельскохозяйственные здания предназначены для обслуживания сельскохозяйственного производства (животноводческие фермы, птицефабрики, теплицы).
• По типу конструкции промышленные здания могут быть каркасными.
• К инженерным сооружениям относятся цеха, мачты, башни, мосты, градирни и резервуары.
• Примером служит Санкт-Петербург, один из передовых городов в строительстве зданий.

Этажность зданий

• Внутреннее пространство здания состоит из отдельных помещений.
• Помещение – это огражденное со всех сторон единое пространство внутри здания, полы которого находятся на одном уровне, образуя этаж.
• Здания разделяются по этажности на одноэтажные и многоэтажные.
• К высотным зданиям относятся здания выше 20 этажей.
• Этажи бывают подвальные, цокольные, надземные и мансардные.
• Цокольный этаж заглублен менее чем на половину высоты.
• Подвальный этаж заглублен более чем на половину высоты.
• Мансардный этаж расположен в пределах чердака.
• Заглубленные этажи учитываются, если уровень пола первого этажа превышает уровень земли на 2 метра и более.

Типы зданий по распространенности

• По степени распространенности различают здания массового строительства и уникальные здания.
• К уникальным относятся крупные театры, музеи и административные здания.

Классы ответственности зданий

• Здания делятся на 4 класса ответственности, установленных сводом правил.
• К первому классу относят здания с повышенными требованиями по долговечности, огнестойкости и комфортности.
• К четвертому — с самыми минимальными требованиями.
• Классы ответственности выделяют для экономической целесобразности при планировании и выполнении конструктивных решений.
• Классификация по этажности: малоэтажные, многоэтажки, высотные.
• Классификация по материалу стен: кирпичные, панельные, монолитные, железобетонные, деревянные и т. д.

Требования к зданиям

• Обоснование классификации основывается на классности и материале (деревянные, железобетонные).
• Степень долговечности зависит от материала несущих конструкций (деревянные, каменные, железобетонные).
• Степень огнестойкости коррелируется с материалом (каменное, кирпичное, деревянное).

Элементы, учитывающиеся при формировании основных требований к зданиям

• Прочность, долговечность и надежность.
• Надёжность включает в себя долговечность, прочность, устойчивость и ремонтопригодность.
• Срок службы - это период, в течение которого здание работает безотказно.
• Безотказность не следует путать с дефектами.
• Функциональная целесообразность: здание должно быть продумано и спланировано так, чтобы соответствовать своему назначению.

Конструктивные решения

• Конструктивное решение, материал основных конструкций и отделочные материалы должны быть взаимоувязаны.
• Архитекторы многократно перечерчивают планы.
• Чертежи, разрезы и объёмно-планировочные решения должны соответствовать требованиям к размерам помещений.
• Строительная отрасль нормируется и имеет минимальные требования.

Регламенты и стандарты к зданиям

• Строительная отрасль соправождается сводом правил и регламентируется.
• Правила регулируют требования к помещениям по высоте и освещенности.
• Предел огнестойкости определяется сопротивлением строительной конструкции действию огня или температуры.
• Предел огнестойкости выражают в часах.
• Предел огнестойкости - это время, в течение которого конструкция не теряет своих прочностных качеств.
• Пример: кирпичная стена толщиной 380 мм выдерживает огонь 11 часов, деревянная стена, оштукатуренная с двух сторон, — 0.5 часа, металлические незащищённые конструкции — 0.25 часа.

Огнестойкость зданий

• При возгорании конструкция горит, но не обрушается.
• Время огнестойкости — это время для эвакуации людей.
• Здания по огнестойкости разделяют на пять степеней.
• Степень огнестойкости определяется пределом огнестойкости и категорией возгораемости основных конструкций.
• Эстетика, связанная с понятием красоты в архитектуре, также важна.

Экономичность строительства

• Экономичность строительства — одно из важнейших требований, значение которого возрастает при увеличении масштабов строительства.
• Экономическая целесообразность важна в предпринимательской деятельности.
• Фундамент может быть свайным, так и монолитным, выбор зависит от экономической целесообразности.

Элементы здания

• Здание состоит из отдельных связанных между собой частей, объединенных в три группы: объёмно-планировочные элементы.
• Крупные элементы: этаж, лестничная клетка, веранда, чердак, мансарда.
• Конструктивные элементы разделяются.

Скелет здания

• Фундаменты, стены, опоры, перекрытия, лестницы.
• Строительные изделия.
• Мелкие элементы: кирпичи, ступени, плиты, балки.
• Конструктивные элементы подразделяют на несущие и ограждающие.
• Несущие элементы воспринимают все нагрузки, ограждающие отделяют помещение от внешнего пространства или помещения друг от друга.
• Наружная несущая стена выполняет обе функции: несущую и ограждающую.
• Основные конструктивные элементы здания: фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, крыши, лестницы, перегородки, окна, двери.

Фундаменты и стены

• Фундамент — подземная часть здания, принимающая всю нагрузку от здания и действующих на него сил (ветер, снег).
• Перекрытия и стены воспринимают нагрузку от людей, оборудования и мебели.
• Фундаменты передают нагрузку на грунт основания.
• Стены — вертикальные ограждающие конструкции, бывают наружные и внутренние, несущие и самонесущие, навесные.
• Несущие стены воспринимают нагрузку от перекрытий и крыши и передают её вместе с собственным весом на фундамент.
• Навесные стены выполняют только ограждающие функции и опираются на колонны или перекрытия.

Колонны и перекрытия

• Колонны — вертикальные несущие элементы, воспринимающие нагрузку от перекрытий и передающие её на фундамент.
• Перекрытия — горизонтальные ограждения, разделяющие пространство здания на этажи.
• Разделение зданий на перекрытия: междуэтажные, подвальные и чердачные.
• Крыша – это конструкция, которая защищает здание от атмосферных осадков.
• Кровли обеспечивают водонепроницаемость здания.

Лестница

• Лестницы служат для сообщения между этажами.
• Лестничная клетка – помещение с несгораемыми стенами.
• Перегородки — вертикальные конструкции, разделяющие помещение.
• Окна служат для естественного освещения и зрительной связи с внешним пространством.
• Двери служат для сообщения между помещениями.
• Балконы, козырьки также являются конструктивами здания.

Остовы зданий

• Фундаменты и стены в конструктивной связи образуют несущий основу зданий
• Важно: все элементы должны работать совместно
• Конструктивный расчет предполагает учет совместного воздействия нагрузок и устойчивости в процессе строительства.

Силы, действующие на здания

• Здание испытывает различные нагрузки и воздействия (постоянные и временные).
• Материалы конструкций оказывают сопротивление этим нагрузкам, возникают внутренние напряжения.
• Поведение материалов и конструкций под нагрузкой изучает строительная механика.
• Постоянные нагрузки: собственный вес здания (конструктивные элементы), который действует постоянно и сверху вниз
• Напряжение в несущих конструкциях увеличивается снизу вверх.
• Вес здания передается на фундаменты, и через них - на грунт.

Ветровые нагрузки

• Сила ветра на высотные здания.
• Важно привязать здание к земле.
• Ветровые нагрузки могут преобладать над весом здания.
• Ветровая нагрузка - основная из временных нагрузок и возрастает с высотой.
• Скорость ветра принимается равной 270 Па на высоте 10 м и 570 Па на высоте 100 м.
• В горных и приморских регионах сила ветра значительно возрастает.

Аэродинамика зданий

• С подветренной стороны здания образуется разряженное пространство, создающее отрицательное давление (отсос).
• Ветер меняет общее воздействие, меняя свое направление и скорость.
• Сильные порывы ветра приводят к ударному динамическому воздействию.
• При строительстве высотных зданий следует уделить внимание воздействию ветра на улице.