Сайт инженера-проектировщика

Проектирование конструктивных элементов зданий

Конструктивные элементы зданий разделяют на ограждающие, которые отделяют помещения от внешней среды или друг от друга; несущие, принимающих нагрузки, действующие в здании; и элементы, которые совмещают ограждающие и несущие функции. Основные конструктивные элементы зданий — это фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия, перегородки, лестницы, крыши (рис. 1).

Рис. 1. Объемно-планировочные и конструктивные элементы здания: 1 — лестничная клетка; 2 — комната; 3 — фундамент; 4 — перекрытие над подвалом; 5 — внутренняя стена; 6 — перегородка; 7 — межэтажное перекрытия; 8 — наружная стена; 9 — чердачное перекрытие; 10 — крыша; 11 — окно; 12 — лестницы; 13 – двери

Фундаменты — это подземные части зданий, воспринимающих нагрузки от расположенных выше конструкций, которые передают их на основание (грунт). Нижнюю плоскость фундамента, которая соприкасается с основанием (грунтом), называют подошвой. Фундаменты являются несущими конструкциями, а если они применяются для образования подвалов, то одновременно и ограждающими.

Стены — вертикальные конструкции, отделяющие помещения от внешнего пространства (наружные стены) или от других помещений (внутренние). В этом заключается их ограждающая функция. Если стены несут нагрузку только от собственного веса, они — самонесущие, они выполняют только ограждающую (защитную, изолирующую и т.п.) функцию. Когда стены воспринимают еще нагрузки от перекрытий и крыши, которые опираются на них, тогда их называют несущими, хотя одновременно они выполняют и ограждающую функцию. Если стены сами опираются на колонны или на междуэтажные перекрытия, они выполняют лишь ограждающую функцию и является навесными. По своему местонахождению в здании, стены могут быть продольными и поперечными; последние, если они внешние, называют торцевыми. Также стены могут быть внутренними и наружными.

Перекрытия — горизонтальные конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи и предназначенные для размещения на них людей, мебели и оборудования. Они воспринимают эти нагрузки и передают их на вертикальные несущие конструкции (стены, столбы, колонны). Как структурные части здания, перекрытия выполняют также и ограждающую функцию (сверху и снизу смежных помещений). Кроме того, они имеют важное значение в обеспечении пространственной устойчивости и жесткости зданий. В зависимости от местонахождения в здании перекрытия бывают:

— нижние, отделяющие первый (нижний) этаж от грунта;

-надподвальные, отделяющие подвальный или цокольный этаж;

— межэтажные, разделяющие смежные по высоте этажи;

— чердачные или верхние (при отсутствии чердака), т.е. отделяют чердак и верхний этаж.

Функции их, как ограждающих конструкций, разные: межэтажные являются внутренними ограждающими конструкциями и их основная функция с точки зрения строительной физики — звукоизоляционная, другие перекрытия являются внешними, и их основная функция — теплоизоляция помещений. Сверху перекрытия обычно имеют пол — конструктивный элемент в виде настила, по которому ходят.

Отдельные опоры — это стойки (колонны, столбы) для поддержки перекрытий, стен или крыши; они передают их нагрузки на фундаменты. Перекрытия опираются на колонны, но чаще — на положенные по колоннам балки перекрытий (прогоны или ригели). Колонны и балки образуют каркас зданий, который для обеспечения геометрической неизменяемости имеет вертикальные связи или железобетонные диафрагмы (т.е. тонкие жесткие стенки), соединенные с колоннами и балками. При отсутствии связей или диафрагм узлы сопряжения между колоннами и балками должны быть жесткими (не шарнирными). Все элементы каркаса являются несущими.

Крыша — верхняя часть здания, отделяющая его внутреннее пространство от внешней среды, она защищает здание от атмосферных осадков и других нагрузок и действий сверху. Для водоотведения, крышу выполняют со склонами (наклонными плоскостями), которые образуют верхнюю водонепроницаемую оболочку — кровлю. Под ней крыша имеет внутреннее пространство — чердак. Нагрузки на крышу воспринимают ее несущие элементы — стропила. Таким образом, крыша соединяет несущую и ограждающую функции, а кровля выполняет только ограждающую функцию. Крыша вместе с чердачным перекрытием называется покрытием. Во многих зданиях крыша не имеет чердака. Тогда функции чердачного перекрытия и крыши сочетают в одной конструкции — совмещенном покрытии.

Перегородки — тонкие внутренние стенки, разделяющие внутреннее пространство в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки опираются на перекрытия и никакой нагрузки (кроме собственного веса) не несут, поэтому являются ограждающей частью здания.

Лестницы служат для сообщения между этажами, выдерживают нагрузку от веса людей и другие. Их, как правило, располагают в отдельных помещениях — лестничных или лестнично-лифтовых клетках. Поэтому лестницы являются несущими конструкциями, а клетки — совмещают несущие и ограждающие функции. При этом лестничные или лестнично-лифтовые клетки образуют пространственную жесткую конструктивную и объемно-планировочную структурную часть здания, которая называется ядром жесткости.

Для естественного освещения помещений и их проветривания служат окна — застекленные конструкции вставляются в оконные проемы внешних или (реже) внутренних стен. Сообщение между помещениями на одном этаже, а также между помещениями и внешним пространством осуществляют с помощью дверей — глухих или частично (иногда целиком) остекленных конструкций, которые вставляют в дверные проемы внутренних и внешних стен.

Многоэтажные, преимущественно, жилые или общественные здания могут иметь летние помещения, которые обеспечивают связь внутренних помещений на этажах с внешним пространством. К ним относятся балконы, лоджии и эркеры, а также террасы, веранды.

Балконы — это вынесены за плоскость наружной стены пространства, которые ограждены консольно (то есть без опор на свободных концах) площадками.

Лоджии, в отличие от балконов, имеют по боковым сторонам глухие опоры — стены на всю ширину площадки (выносные лоджии) или являются открытыми, отгороженными внутренними помещениями (встроенные лоджии).

Эркеры — это частично вынесены за плоскость наружной стены внутренние помещения, имеющие с трех сторон окна.

Террасы — крытые или открытые площадки, пристроенные к одноэтажным домам или устроены на плоских покрытиях многоэтажных зданий.

Веранды — неотапливаемые застекленные помещения перед входом в основные помещения малоэтажных преимущественно приусадебных домов.

Другие архитектурно-конструктивные элементы зданий:

—отмостки — асфальтовые полосы, выполненные вплотную вокруг здания с уклоном наружу для отвода воды (дождевой, талой)

—фонари верхнего естественного света — остекленные конструкции, которые устраивают в покрытиях;

—тамбуры — небольшие огороженные помещения на первом этаже с двумя парами дверей внутри или снаружи зданий, служащих для сохранения в них тепла в зимний период при открывании дверей;

— козырьки — небольшие навесы над входными дверями зданий, а также над верхними балконами и лоджиями;

—крыльца — входные площадки для наружных дверей; тому подобное.

GardenWeb

Конструктивные элементы зданий

В зависимости от восприятия нагрузок конструкции бывают несущими и ограждающими.

Несущие конструкции воспринимают нагрузку от вышележащих конструктивных элементов здания, от установленного оборудования, мебели и т. д.

Ограждающие конструкции изолируют помещения здания от воздействия внешней среды или разделяют их одно от другого. Большинство конструкций одновременно совмещает несущие и ограждающие функции.

Здания имеют подземную и надземную части. Фундаменты (рис. 1) и стены подвалов составляют подземную часть здания, а наружные и внутренние стены, междуэтажные перекрытия, лестницы, крыша — надземную часть.

Многоэтажные жилые, общественные и производственные здания имеют следующие конструктивные элементы.

Фундаменты — подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащих элементов и передающая их на грунт. По конструктивному решению различают ленточные, столбчатые и сплошные фундаменты. Ленточные фундаменты выполняют в виде сплошной полосы под стенами здания; их монтируют из железобетонных плит и блоков стен подвала. Столбчатые фундаменты имеют квадратную или прямоугольную форму в виде отдельных опор, расположенных под колоннами здания; такие фундаменты изготовляют из бетонной смеси, уложенной в опалубку (форму). Сплошные фундаменты представляют собой бетонную плиту, расположенную под всей площадью здания.

Стены (наружные и внутренние) — вертикальные ограждения, защищающие помещения здания от воздействия внешней среды и отделяющие одно помещение от другого. По конструктивному решению различают мелкоэлементные, крупноблочные и крупнопанельные стены. Мелкоэлементные стены выкладывают из кирпича, керамического камня, мелких блоков. Крупноблочные стены монтируют на высоту этажа из двух рядов блоков (угловых, перемычных, подоконных). Крупнопанельные стены монтируют из крупноразмерных элементов размером на одну или две комнаты.

Опоры выполняют в виде кирпичных столбов, железобетонных колонн (прямоугольного, квадратного или круглого сечения), стоек из асбестоцементных труб, заполненных бетоном. Все виды опор заменяют внутренние стены и воспринимают нагрузки от вышерасположенных конструктивных элементов.

Ригели — горизонтальные конструктивные элементы, являющиеся опорой для панелей междуэтажного перекрытия.

Перекрытия (см. рис. 1) — горизонтальные элементы, разделяющие здание на этажи и передающие нагрузку на стены или колонны; их выполняют из многопустотных или сплошных сборных железобетонных панелей.

В зависимости от места расположения перекрытия называют междуэтажными (разделяют смежные этажи в здании), над- подвальными (отделяют первый этаж от подвала) и чердачными (отделяют верхний этаж от чердака).

Перегородки — вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения и не воспринимающие нагрузок от вышележащих конструктивных элементов. Их устанавливают на междуэтажном перекрытии. Перегородки выкладывают из кирпича, гипсобетонных плит, мелких блоков, а также монтируют из крупнопанельных гипсобетонных или железобетонных панелей.

Лестницы — конструктивные устройства для сообщения между этажами здания. В современных зданиях лестницы монтируют из сборных железобетонных площадок и маршей. Ступени маршей, примыкающие к площадкам, называют фризовыми. Горизонтальную плоскость лестничных ступеней называют проступью, а вертикальную — подступенком.

Крыша — конструктивный элемент, завершающий здание и защищающий его от воздействия внешней среды.

По конструктивному решению различают крыши чердачные, имеющие пространство (чердак) между перекрытием верхнего этажа и крышей, и бесчердачные, объединяющие в один конструктивный элемент перекрытие верхнего этажа и кровлю.

Окна — светопрозрачные ограждения, используемые для освещения и проветривания помещений. Их заполняют стеклом, стеклоблоками, профильным стеклом.

Двери — подвижные ограждения, обеспечивающие связь между помещениями, а также вход и выход из здания.

В одноэтажных производственных здани- я х также различают подземную и надземную части. Для них характерны следующие конструктивные элементы: – столбчатые фундаменты из монолитного бетона; фундаментные балки, уложенные по крайним рядам фундамента и воспринимающие нагрузки от наружных стен; – колонны с одной или двумя консолями, воспринимающие нагрузку от уложенных на них подкрановых балок; – подкрановые балки, на которые уложены рельсы мостового крана;
стропильные балки или фермы, на которые уложены плиты и кровля, образующие покрытие здания; – фонари — светопрозрачные ограждения, предназначенные для освещения и вентиляции.

Стены, окна, двери выполняют такие же функции, как и в многоэтажных зданиях.

Индивидуальный облик здания формируют разнообразными художественными средствами, отражающими назначение здания, соответствие природным условиям, национальным особенностям, традициям. Его создают конструкцией наружных стен, размерами и расположением окон и другими архитектурно- конструктивными элементами, к которым относят цоколь, простенки, перемычки.

Цоколь — нижняя часть наружных стен, облицованная плиткой, природным камнем или оштукатуренная цементным раствором.

Простенки — участки стен, расположенные между проемами. Прямоугольные выступы простенков, удерживающие оконные и дверные блоки, называют четвертями, а плоскости простенков — верхними и боковыми откосами.

Перемычка — конструкция в виде железобетонной балки или рядов кирпичной кладки, перекрывающей оконный или дверной проем.

Верхнюю часть наружных стен здания завершает карниз или парапет.

Карниз — горизонтальный выступ из плоскости стены, защищающий наружные стены от увлажнения. Разновидности карнизов — пояски, разделяющие по высоте фасадные стены, и сандрики, располагаемые над отдельными оконными проемами или входом в здание.

Парапет — прямоугольное завершение стены, выступающее на 0,7—1 м над крышей.

В стенах могут быть местные утолщения или углубления в виде пилястр — вертикальных выступов прямоугольного сечения и ниш — углублений на наружной поверхности стен для установки скульптур, а на внутренней поверхности — для установки отопительных радиаторов, встроенных шкафов.

Для создания дополнительных удобств проживающим, а также для формирования внешнего облика и индивидуальной архитектурной выразительности на наружных стенах здания устраивают балконы, лоджии и эркеры.

Балконы — площадки, огражденные перилами и выступающие из плоскости стены.

Лоджии — открытые помещения, огражденные с трех сторон стенами.

Эркеры — остекленные выступы на фасаде наружных стен.

Основные конструктивные элементы здания — фундамент, стены и перегородки, каркас, перекрытия, крыша, лестницы, окна и двери (рис. 3).

Фундаментом называется часть здания, находящаяся ниже поверхности земли и передающая нагрузку от сооружения на основание. Горизонтальная плоскость, по которой передается нагрузка от фундамента на грунт, называется подошвой фундамента. Помещения здания, размещенные под землей, называют подвалами. Если здание имеет подвал, то фундаменты служат одновременно стенами подвала. Стены по месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Наружные стены служат для ограждения здания, внутренние — для разделения помещений внутри здания. Нижняя часть наружной стены называется цоколем.

Иногда ниже пола первого этажа устраивают подполье, отделяющее отапливаемый объем здания от земли и предохраняющее эту часть здания от непосредственного воздействия влаги при высоком уровне грунтовых вод. В этом случае цоколем являются наружные стены, ограждающие подполье. Перегородки делят в пределах этажа большие помещения на более мелкие. Для опирания перегородок не требуется устройство фундаментов.

Перекрытия образуют потолок нижележащего этажа и пол вышележащего этажа. В зависимости от месторасположения в здании они делятся на подвальные (между подвалом и первым этажом), междуэтажные (между двумя смежными этажами), чердачные (между верхним этажом и чердаком).

Перекрытие, образующее крышу здания, называют обычно покрытием. Перекрытия собирают из горизонтальных несущих конструкции — панелей перекрытий, опирающихся на несущие стены, колонны или элементы каркаса. Панели перекрытий несут на себе вес перегородок и предметов оборудования здания, товаров, машин и людей, находящихся на этом перекрытии.

Каркас образует остов здания в виде пространственной системы вертикальных и горизонтальных несущих элементов — колонн и ригелей. Ригели воспринимают нагрузку от панелей перекрытий и передают ее на колонны. На каркас действуют вертикальные нагрузки от веса элементов здания, оборудования, находящихся в нем людей, снега на крыше и горизонтальные нагрузки от ветра, создающего давление на стены здания.

Крыша состоит из двух основных элементов: несущей части и кровли. Плоскостям крыши придают соответствующий уклон для стока дождевых и талых вод. При малых уклонах кровли, составляющих 1… 10 крыша называется плоской. Плоские крыши предприятий общественного питания часто исяользуют для расширения площади обеденных залов на летнее время. Такая крыша называется эксплуатируемой.

Лестницы служат для сообщения между этажами в многоэтажных зданиях. Лестница состоит из наклонной конструкции со ступенчатой поверхностью (марша) и горизонтальной площадки. Для повышения долговечности на марши и площадки укладывают проступи. Марши ограждают перилами.

Окна служат для освещения и проветривания помещений здания. Светопрозрачные ограждения большой площади называют витражами, а в первом этаже торговых зданий, где демонстрируют товары, — витринами.

Несущие и ограждающие конструкции образуют конструктивную схему здания. Здания торговли и общественного питания строят по следующим конструктивным схемам: сборный каркас из железобетонных элементов с наружными панельными стенами (рис. 3); сборный каркас, в котором крайние элементы перекрытия опираются на наружные кирпичные стены (здания с неполным каркасом); несущие стены и столбы из кирпича, а перекрытия из сборных железобетонных элементов (кирпичное здание); большепролетное покрытие, опирающееся на наружные кирпичные стены (здания без внутренних опор).

Сборные каркасные здания с полной и неполной схемами применяют в индустриальном строительстве без каких-либо ограничений. Кирпичные здания строят высотой до двух этажей. Большепролетные покрытия применяют для сооружения одноэтажных крупных торговых зданий, рынков, универсамов, торговых центров, где требуется создание торговых залов большой площади.

Двух-, трехэтажные магазины и торговые центры можно выполнять из сборных наружных и внутренних панелей, а также сочетать в одном здании каркасные и панельные конструкции. Панельные конструкции имеют ряд преимуществ по сравнению с каркасными. Панели экономичны по расходу материалов, сокращают трудоемкость работ при сооружении внутренних стен и перегородок, упрощают выполнение отделочных работ. Типовая серия панельных конструкций для строительства общественных зданий с высотой этажа 3,3 м предусматривает возведение предприятий торговли и общественного питания. Возможно сочетание в одном здании панелей и каркаса; например, вестибюль и торговые залы выполняют в каркасе, остальные помещения — в панелях. В панельном здании наружные и внутренние стены являются несущими. На них опираются плиты перекрытий и передается вся внешняя нагрузка. По конструктивной схеме панельные здания разделяют на два типа — с продольными и поперечными несущими стенами.

Основные конструктивные элементы здания — фундамент, стены и перегородки, каркас, перекрытия, крыша, лестницы, окна и двери.

Фундаментом называется часть здания, находящаяся ниже поверхности земли и передающая нагрузку от сооружения на основание. Горизонтальная плоскость, по которой передается нагрузка от фундамента на грунт, называется подошвой фундамента. Помещения здания, размещенные под землей, называют подвалами. Если здание имеет подвал, то фундаменты служат одновременно стенами подвала. Стены по месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Наружные стены служат для ограждения здания, внутренние — для разделения помещений внутри здания. Нижняя часть наружной стены называется цоколем.

Иногда ниже пола первого этажа устраивают подполье, отделяющее отапливаемый объем здания от земли и предохраняющее эту часть здания от непосредственного воздействия влаги при высоком уровне грунтовых вод. В этом случае цоколем являются наружные стены, ограждающие подполье. Перегородки делят в пределах этажа большие помещения на более мелкие. Для опирания перегородок не требуется устройство фундаментов.

Перекрытия образуют потолок нижележащего этажа и пол вышележащего этажа. В зависимости от месторасположения в здании они делятся на подвальные (между подвалом и первым этажом), междуэтажные (между двумя смежными этажами), чердачные (между верхним этажом и чердаком).

Перекрытие, образующее крышу здания, называют обычно покрытием. Перекрытия собирают из горизонтальных несущих конструкции — панелей перекрытий, опирающихся на несущие стены, колонны или элементы каркаса. Панели перекрытий несут на себе вес перегородок и предметов оборудования здания, товаров, машин и людей, находящихся на этом перекрытии.

Каркас образует остов здания в виде пространственной системы вертикальных и горизонтальных несущих элементов — колонн и ригелей. Ригели воспринимают нагрузку от панелей перекрытий и передают ее на колонны. На каркас действуют вертикальные нагрузки от веса элементов здания, оборудования, находящихся в нем людей, снега на крыше и горизонтальные нагрузки от ветра, создающего давление на стены здания.

Крыша состоит из двух основных элементов: несущей части и кровли. Плоскостям крыши придают соответствующий уклон для стока дождевых и талых вод. При малых уклонах кровли, составляющих 1…10%, крыша называется плоской. Плоские крыши предприятий общественного питания часто используют для расширения площади обеденных залов на летнее время. Такая крыша называется эксплуатируемой.

Лестницы служат для сообщения между этажами в многоэтажных зданиях. Лестница состоит из наклонной конструкции со ступенчатой поверхностью (марша) и горизонтальной площадки. Для повышения долговечности на марши и площадки укладывают проступи. Марши ограждают перилами.

Окна служат для освещения и проветривания помещений здания. Светопрозрачные ограждения большой площади называют витражами, а в первом этаже торговых зданий, где демонстрируют товары, — витринами.

Несущие и ограждающие конструкции образуют конструктивную схему здания.

Здания торговли и общественного питания строят по следующим конструктивным схемам: – сборный каркас из железобетонных элементов с наружными панельными стенами; сборный каркас, в котором крайние элементы перекрытия опираются на наружные кирпичные стены (здания с неполным каркасом); – несущие стены и столбы из кирпича, а перекрытия из сборных железобетонных элементов (кирпичное здание); – большепролетное покрытие, опирающееся на наружные кирпичные стены (здания без внутренних опор).

Сборные каркасные здания с полной и неполной схемами применяют в индустриальном строительстве без каких-либо ограничений. Кирпичные здания строят высотой до двух этажей. Большепролетные покрытия применяют для сооружения одноэтажных крупных торговых зданий, рынков, универсамов, торговых центров, где требуется создание торговых залов большой площади.

Двух-, трехэтажные магазины и торговые центры можно выполнять из сборных наружных и внутренних панелей, а также сочетать в одном здании каркасные и панельные конструкции. Панельные конструкции имеют ряд преимуществ по сравнению с каркасными. Панели экономичны по расходу материалов, сокращают трудоемкость работ при сооружении внутренних стен и перегородок, упрощают выполнение отделочных работ. Типовая серия панельных конструкций для строительства общественных зданий с высотой этажа 3,3 м предусматривает возведение предприятий торговли и общественного питания. Возможно сочетание в одном здании панелей и каркаса; например, вестибюль и торговые залы выполняют в каркасе, остальные помещения — в панелях. В панельном здании наружные и внутренние стены являются несущими. На них опираются плиты перекрытий и передается вся внешняя нагрузка. По конструктивной схеме панельные здания разделяют на два типа — с продольными и поперечными несущими стенами.