Основы архитектуры и строительных конструкций

Архитектура – область человеческой деятельности, связанная с проектированием и строительством зданий, сооружений, интерьеров, городов, поселков и др. населенных мест.

В архитектурно-строительной практике различают понятия «здание» и «сооружение».

Любая законченная (возведенная) человеком постройка называется инженерным сооружением.

Зданием называется система строительных конструкций, образующих внутреннее замкнутое пространство, предназначенное для осуществления различных процессов с непосредственным участием человека.

Сооружение – наземная, надземная или подземная система строительных конструкций, служащая прежде всего для осуществления различных технических процессов (мост, телебашня, промышленная этажерка, тоннель и т.д.

Тема 2. Классификация зданий по назначению, по этажности.

По назначению

По назначению здания подразделяются на: гражданские и промышленные.

Гражданские здания предназначаются для проживания и обеспечения бытовых, общественных и культурных потребностей.

Промышленные здания служат для создания какой либо продукции и характеризуются наличием подъемно-транспортного оборудования, больших пролетов и помещений.

Гражданские здания в свою очередь подразделяются на жилые и общественные.

К жилым домам относятся: дома квартирного типа - для постоянного проживания; общежития – для временного проживания; гостиницы (турбазы, спальные корпуса санаториев, пансионатов, домов отдыха) – для кратковременного проживания; дома - интернаты – для проживания отдельных групп людей (детей, инвалидов).

К общественным зданиям относятся:

· Образовательные учреждения (школы, детские сады, институты, повышения квалификации, ВУЗы).

· Научно-исследовательские учреждения, проектные и общественные организации.

· Управленческие здания.

· Здания здравоохранения и отдыха.

· Культурно-просветительские и зрелищные учреждения.

· Предприятия торговли общественного питания и бытового обслуживания.

· Здания транспортных коммуникаций, обслуживающие население (вокзалы, автостанции, аэропорты).

· Здания коммунального хозяйства – ЖЭУ (кроме складских производственных).

· Здания многофункционального назначения, включающие учреждения различного профиля.

Промышленные здания, независимо от отрасли промышленности, разделяются на 4 основные группы: производственные, энергетические, здания транспортно-складского хозяйства, вспомогательные и административно-бытовые здания.

Производственные здания в сою очередь подразделяются по отраслям производства, например: металлургические, химические, деревообрабатывающие, приборостроительные, текстильные, швейные, хлебопекарные и т.д.

К энергетическим относятся: корпуса АЭС, ТЭЦ, котельные, трансформаторные, компрессорные и т.д.

По этажности

Гражданские здания по высоте этажей условно делятся на одноэтажные, малоэтажные (2-3 этажа), средней этажности 4 – 10 этажей, повышенной этажности 11 – 16 этажей (или более 30 метров от поверхности земли до верха подоконника верхнего этажа основного назначения), высотные – от 75 м высотой, 1-й, 2-й, 3-й категорий).

Тема 3. Классификация зданий по долговечности, огнестойкости,

Капитальности

По степени долговечности

Долговечность – это способность здания и его элементов сохранять во внемени заданные качества при установленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций.

Установлены следующие степени долговечности зданий:

I – степень – срок службы не менее 100 лет,

II – степень – срок службы не менее 50 лет,

III – степень – срок службы не менее 20 лет,

IV – степень – срок службы менее 20 лет.

По степени огнестойкости

СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» определяет пожарно-техническую классификацию зданий:

- по степени огнестойкости (I, II, III, IV и V);

- по классу конструктивной пожарной опасности (С0, С1, С2, С3);

- по классу функциональной пожарной опасности.

По эксплуатационным характеристикам здания подразделяются на 2 группы:

- отапливаемые– здания, требующие поддержания температурно-влажностного режима, регламентируемого строительными нормами;

- неотапливаемые – здания, в которых не требуется поддержания положительных температур и определенной влажности внутри помещений (склады, гаражи и др), а также здания с избыточными технологическими выделениями (тепла, пара и т.п.).

По степени распространения все здания подразделяются на:

- массового строительства, т.е. строящиеся в большом количестве и часто во многом повторяющие друг друга и

- уникальные здания, имеющие неповторимый облик и (или) важное народохозяйственное и социальное значение

Тема 4. Структурные части зданий

Структурные части зданий

Здание состоит из взаимосвязанных частей, имеющих определенное назначение. Выделяют четыре группы частей здания: объемно-планировочные элементы, строительные конструкции, архитектурно—конструктивные элементы, строительные изделия.

Объемно-планировочные элементы– крупные части из которых состоит объем здания: помещения, этажи, пролеты, лифтово-лестничный узел, чердак, мансарда, веранда и т.п.

Помещения бывают: основными, вспомогательными, обслуживающими, коммуникативными, техническими.

Этаж – часть здания между верхом пола нижнего уровня и верхом расположенного над ним перекрытия.

В зависимости от назначения и расположения, этажи бывают:

Подвальный – этаж, заглубленный относительно планировочной отметки земли более, чем наполовину высоты помещения.

Цокольный (или полуподвальный) – этаж, заглубленный относительно планировочной отметки земли на высоту не более наполовины высоты помещения.

Мансардный – этаж, фасад которого полностью или частично образован поверхностью или поверхностями наклонной или ломанной крыши.

Чердак – пространство между перекрытием верхнего этажа, наружными стенами и поверхностью покрытия (крыши).

Технический этаж – этаж для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций, он может быть подвальным (техподполье), в верхней части (технический чердак) и на промежуточном этаже.

Все вышеперечисленные элементы образуют объемно-планировочную структуру здания, определяющую его архитектурные качества.

Тема 5. Основные требования, предъявляемые к зданиям

Любое здание, независимо от назначения, должно удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Технологические или функциональные

2. Технические

3. Архитектурно-художественные или эстетические

4. Экономические

5. Экологические

6. Противопожарные

Функциональные требования заключаются в том, чтобы здание наиболее полно отвечало назначению, или заданным параметрам размещаемого в нем технологического оборудования и нормальному ходу технологического процесса. Этим требованиям должны быть подчинены объемно-планировочное и конструктивное решения зданий, его внутрицеховое транспортное оборудование, воздушная среда, шумовой и световой режимы.

Технические требования состоят в обеспечении прочности, жесткости, устойчивости и долговечности зданий, а также возможности возведения здания индустриальными методами. Прочность, устойчивость и долговечность конструкций зданий характеризует степень его надежности при эксплуатации в заданных условиях силовых и природно-климатических воздействий, а также воздействия внутренней среды помещения.

К архитектурным требованиям относятся: сохранение архитектурного облика города; не нарушение градостроительных требований и природного окружения; обеспечение выразительности комплекса зданий, возмозность создания выразительного интерьера.

Экономические требования заключаются в обеспечении минимальных затрат на строительство и эксплуатацию зданий и обеспечении минимальной себестоимости выпускаемой продукции.

Экологические требования состоят ….

Тема 6. Противопожарные основы проектирования зданий.

Противопожарные требования заключаются в обеспечении:

- Возможности самостоятельной эвакуации людей;

- возможность доступа пожарных и подачи средств пожаротушения к очагу пожара, а также проведение мероприятий по спасению людей и материальных ценностей;

- нераспространения пожара внутри здания;

- нераспространения пожара на рядом расположенные здания;

- ограничения прямого и косвенного материального ущерба, включая содержимое здания и само здание, при экономически обоснованном соотношении возможного материального ущерба в результате пожара и расходов на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение.

В качестве противопожарных мероприятий предусматривается наличие противопожарных преград в виде противопожарных стен – брандмауэров. Ограждения выполняются в виде противопожарных зон и несгораемых перекрытий в многоэтажных зданиях. Противопожарные преграды выполняются из несгораемых конструкций, а противопожарные стены выполняются выше уровня кровли на 0,3 – 0,6 м.

Все вышеописанные требования и являются основными факторами, учитываемыми при проектировании.

Контрольные вопросы:

1. Основные понятия для осуществления идентификации зданий и сооружений.

2. Основные требования, предъявляемые к зданиям при проектировании.

3. Структурные части здания – объемно-планировочные элементы и строительные конструкции.

Вопросы для самостоятельного изучения.

1. Понятия – реконструкция, реставрация, интерьер, градостроительство, проектная продукция.

2. Классификация зданий по степени капитальности.

3. Предельные состояния – R, Е, I

Список используемых источников:

1. Пономарев В.А. Архитектурное конструирование: учебник для вузов, 2-е издание /Пономарев В.А. - М.: Архитектура-С, 2009. - 736 с.

2. Адигамова З.С. Проектирование гражданских зданий [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Адигамова З.С., Лихненко Е.В.— Электрон. текстовые данные.— Оренбург: Оренбургский государственный университет, ЭБС АСВ, 2008.— 107 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/21645

Лекция 2.

Тема 1. Модульная система в проектировании и строительстве. Укрупненные и дробные модули.

В строительстве принята модульная координация размеров – это взаимное согласование размеров зданий, а также размеров и расположения их элементов, строительных конструкций, изделий и элементов оборудования на основе применения модулей.

ЕМС (единая модульная система) – это совокупность правил координации объема проектных и конструктивных размеров зданий, конструкций и строительных изделий на основе кратности этих размеров установленной единице – модулю.

Модуль - условная линейная единица измерения, применяемая для координации размеров зданий, их элементов, строительных конструкций, изделий и элементов оборудования.

Применяют: основной модуль (равный 100 мм, обозначается буквой М), производный модуль, укрупненный модуль (мультимодуль) – 3М, 6М, 12М и т.д; дробный модуль (субмодуль) – дробный модуль 1/2М, 1/5М, 1/10М и т.д.

Тема 2. Номинальные, конструктивные и натурные размеры.

В ЕМС предусматривается 3 вида размеров:

- номинальный,

- конструктивный,

- натурный.

Номинальный – условный размер, включающий швы и зазоры между конструкциями.

Конструктивный – проектный размер, отличается от номинального на толщину швов и зазоров.

Натурный – фактический размер отличающийся от конструктивного на величины определенные допусками (ТУ).

Тема 3. Основные параметры характеризующие ОПР.

Основными параметрами, характеризующими объемно-планировочное (ОПР) и конструктивное решение здания являются шаг, пролет и высота этажа.

Шаг – это расстояние между осями модульной сетки (координационными осями). Если шаг совпадает с габаритами элемента перекрытия он называется пролетом или шагом поперечного направления.

Высота этажа – это расстояние по вертикали от пола нижележащего этажа до пола вышележащего этажа.

Тема 4. Основные конструкции здания. Несущий остов здания.

Строительная конструкция – часть здания, выполняющая определенные несущие, ограждающие, несущее-ограждающие и (или) эстетические функции. Все строительные конструкции взаимоувязаны в процессе выполнения работ по возведению здания.

Строительными конструкциями здания являются: несущие элементы – фундаменты, стены, вертикальные несущие элементы (колонны) перекрытия, крыши, покрытия, лестницы, ненесущие элементы – перегородки, заполнения оконных и дверных проемов и т.д.

Совокупность основных конструктивных элементов (строительных конструкций) составляет единую пространственную конструктивную систему – несущий остов здания.

Несущий остов – воспринимает все силовые воздействия на здание (вес конструкций, оборудования, мебели, людей, снега, ветра и др) и обеспечивает прочность, жесткость и устойчивость здания.

Тема 5. Основные и комбинированные конструктивные системы зданий

Конструктивная система (конструктивная схема) – взаимосвязанная совокупность вертикальных и горизонтальных несущих, ограждающих и несущеограждающих конструкций, обеспечивающих выделение внутренних пространств, прочность, жесткость и устойчивость здания.

В конструктивной схеме здания можно выделить две основные подсистемынесущих конструкций: горизонтальную и вертикальную.

Горизонтальные конструкции (покрытия, перекрытия), обеспечивают неизменяемость системы в плане и передают приложенные к ним нагрузки на вертикальные конструкции.

Вертикальные конструкции воспринимают все приложенные к системе нагрузки и передают их на фундамент.

Вид вертикальных несущих конструкций служит основным признаком классификации конструктивных систем.

В зависимости от применяемого вида вертикальной несущей конструкции различают пять простых (одинарных) конструктивных систем:

каркасная, бескаркасная (пилонная); объемно-блочная; ствольная; оболочковая.

Контрольные вопросы:

1. Основные несущие и ограждающие конструкции зданий

2. Понятия: унификация, стандартизация, типовое проектирование, ЕМС в строительстве.

3. Перечислить все основные конструктивные системы здания, назвать несколько комбинированных.

Вопросы для самостоятельного изучения.

1. Понятия - унификация, стандартизация, типизация.

Список используемых источников:

1. Пономарев В.А. Архитектурное конструирование: учебник для вузов, 2-е издание /Пономарев В.А. - М.: Архитектура-С, 2009. - 736 с.

2. Маклакова Т.Г. Архитектурно-конструктивное проектирование: учебник: допущено УМО – т.1. – М.: Архитектура – С. 2010. – 326 с.

Лекция 3 - 4

Тема 1. Стеновая (бескаркасная) конструктивная схема.

Стеновая КС (безкаркасная, диафрагмовая), несущими являются плоские вертикальные элементы – стены, диафрагмы.

Конструктивные схемы бескаркасных зданий:

А) с продольными несущими стенами;

Б) с поперечными несущими стенами;

В) со стенами несущими в обоих направлениях – перекрестно-стеновая несущая схема.

Стеновая конструктивная система существует с малым (3,0 – 3,6 м), с широким (до 9,0 м) или чередующимся шагом несущих поперечных стен отличается большей жесткостью, но ограничивает свободу планировочных решений.

Конструктивная схема в основном предназначена для строительства гостиниц и социального (муниципального) жилья. В сборном железобетонном и кирпичном варианте стен ограничивается также этажность застройки – предельная до 16-ти этажей.

Толщина внутренних несущих стен принимается 120, 140, 160, 180, 200 мм в зависимости от этажности.

Наибольшее расстояние между температурно-усадочными швами для зданий стеновой конструктивной схемы - 40 м.

ЗДАНИЯ С НЕСУЩИМИ СТЕНАМИ

ПРОДОЛЬНЫМИ ПОПЕРЕЧНЫМИ

Тема 2. Каркасная конструктивная схема.

- Каркасная КС, основными несущими элементами в ней являются стержневые вертикальные конструкции – колонны.

КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

С ПРОДОЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РИГЕЛЕЙ

С ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РИГЕЛЕЙ

Тема 3. Пилонная конструктивная система.

Конструктивная система с плоскими пилонами, представляет собой промежуточный между стеновой и каркасной схемой вариант конструктивного решения, в которой колонны заменены плоскими участками стен, развитыми в длину

Так же как и каркасная система, решения зданий с пилонными стенами обладает достаточной свободой в решениях планировочного пространства и могут быть решены как с устройством ригелей так и без них.

Конструктивное решение возводится в монолитном варианте, и применяется как для нижних нежилых, так и для верхних жилых этажей здания.

Минимальное значение средних (как наиболее нагруженных) колонн и пилонов для 20-ти этажного здания составляет:

- 600x600мм – для колонн 1-го этажа;

- 1800x300 мм – для пилонов 1-го этажа;

- 300x300 мм – для колонн верхних пяти этажей:

- 600x200 мм – для пилонов верхних 3-х этажей.

Тема 4. Ствольная система

Ствольная КС, в качестве основной несущей конструкции, воспринимающей нагрузки и воздействия применен вертикальный объемно-пространственный стержень – ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания.

Ствол жесткости, располагающийся в геометрическом центре плана, называется «ядром жесткости».

Ствольная система наиболее распространена в высотном строительстве (25 – 70 этажей), удачно сочетаясь с планировочной схемой здания.

Распространены также – несколько стволов по длине здания, два ствола в сооружениях с планом в виде прямоугольника, три – треугольника, четыре – квадрата. см. рис.

Основная ствольная система получила внедрение в двух модификациях – с передачей всех нагрузок на ствол через подвески и оголовок (ствольно – подвесная система), или через мощную консоль в основании ствола (ствольно-консольная система). см. рисунок.

Тема 5. Объемно блочные здания

Объемно-блочная КС, несущими являются объемно-пространственные на всю высоту этажа блоки размером на комнату или две комнаты.

Тема 6. Оболочковые системы

Оболочковая КС составлена несущими вертикальными объемно-пространственными конструкциями, отнесенные к внешнему контуру здания.

Имея максимальную пространственную жесткость Оболочковая конструктивная система наиболее часто применяется при проектировании самых высоких зданий – 200 м и выше (в отдельных случаях 120 … 150 м).

Тема 7. Комбинированные конструктивные решения.

Наряду с основными широко применяют и комбинированные (смешанные) конструктивные системы (см. рис.). В таких системах могут сочетаться два или несколько типов вертикальных несущих элементов.

Применение комбинированных конструктивных систем позволяет упростить построечные работы, более рационально увязать конструктивную систему с планировочной.

Наиболее часто применяется комбинированная конструктивная система – оболочково-ствольная («труба в трубе»), в которой кроме наружного несущего контура, в центре плана располагается ствол с размещенными в его пространстве лифтовыми шахтами и холлами. Отличается от основного конструктивного варианта распределением нагрузки: только на оболочку, либо на оболочку и ствол. В комбинированном варианте утяжеляются конструкции перекрытия в связи с их включением в работу на горизонтальные воздействия.

Еще одной комбинированной оболочковой системой является оболочково-диафрагмовая («пучок труб»).

Конструкции оболочки выполняются стальными и железобетонными. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или сборными.

Соответственно количество возможных вариантов комбинированных систем весьма обширно: каркасно-стеновая или каркасно-диафрагмовая (каркасная с неполным каркасом); каркасно-ствольная; ствольно-стеновая; оболочково-ствольная; оболочково-каркасная; оболочково-стено-каркасная и т.д. см. рис.

Контрольные вопросы:

1. Достоинства и недостатки объемно-блочной КС.

2. Распространенность типов КС по временной хронологии строительства.

Вопросы для самостоятельного изучения:

1. Достоинства и недостатки конструктивных систем различного типа.

2. Тепло- и влагозащита зданий.

3. Требования к микроклимату помещений зданий различного назначения.

Список используемых источников:

1. Пономарев В.А. Архитектурное конструирование: учебник для вузов, 2-е издание /Пономарев В.А. - М.: Архитектура-С, 2009. - 736 с.

2.Архитектурно-строительное проектирование. Общие требования [Электронный ресурс]: сборник нормативных актов и документов/ — Электрон. текстовые данные.— Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2015.— 501 c.—

Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/30276

3. Маклакова Т.Г. Архитектурно-конструктивное проектирование: учебник: допущено УМО – т.1. – М.: Архитектура – С. 2010. – 326 с.

Лекция 5-6

Тема 1. Основания и фундаменты. Естественные и искусственные основания

Фундамент – нижний конструктивный элемент здания, воспринимающий все нагрузки от здания и действующих на него сил (ветер, снег и т.д.) и передающий их на грунт основания.

Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, используемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты представляют собой скопление частиц (зерен) различной величины, между которыми находятся поры (пустоты). Грунты, непосредственно воспринимающие нагрузки от здания или сооружения, называются основаниями. Основание здания может быть естественным и искусственным.

Естественное основание – это грунты в природном (слежавшемся) состоянии, воспринимающие нагрузку от здания.

Основание искусственное – грунты с искусственно измененными свойствами за счет уплотнения, укрепления (закрепления) химическими, электрохимическим, термическим или иными способами.

Распространенными методами упрочнения грунта являются: поверхностное уплотнение, силикатизация, цементизация, армирование инъецированием.

Тема 2. Классификация фундаментов по глубине заложения. Факторы,

определяющие глубину заложения фундаментов. Классификация по

схеме работы, по материалу возведения

По материалу возведения фундаменты бывают:

- деревянными,

- из природного камня,

- бутобетонными,

- грунтобетонными.

- бетонными,

- железобетонными.

По характеру работы конструкции фундаментов могут быть:

- жесткими (работают только на сжатие),

- гибкими (рассчитаны на восприятие изгибающих усилий).

По характеру нагружения различают центрально-нагруженные и внецентренно-нагруженные фундаменты.

По способу изготовления фундаменты могут возводиться монолитными, сборно-монолитными и сборными.

Показать на рис. фундамент из сборных ж.б. элементов

Глубина заложения фундамента – это расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы фундамента.

По глубине заложения различают фундаменты: мелкого (до 5 м) и глубокого (более 5 м) заложения.

Большинство зданий проектируются и строятся с фундаментами мелкого заложения.

Глубина заложения фундамента принимается с учетом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого здания (от наличия подвала и подземных этажей);

- величин расчетных нагрузок и воздействий на фундамент (этажность и т.д.),

- глубины прокладки инженерных коммуникаций,

- инженерно-геологических условий площадки строительства (тип и физико-механические свойства грунта),

- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории,

- гидрогеологических условий площадки строительства и возможности их изменений (расположение УГВ),

- глубины сезонного промерзания грунтов.

Тема 3. Классификация фундаментов по конструктивным решениям

По конструктивному типу и форме различают фундаменты:

- ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн,

- столбчатые, в виде отдельных опор под колонны, а также под стенами малоэтажных бесподвальных зданий,

- сплошные (плитные), представляющие собой монолитные плиты под всей площадью здания или под ее частью,

- свайные, в виде погруженных в грунт (устроенных в грунте) стержней – свай.