Общественные здания наиболее многочисленны и разнообразны по своему назначению, функциональным особенностям, габаритам, планировке, этажности и облику.
В соответствии с этим разнообразны и конструкции здании, являющиеся одним из главных тектонических средств архитектора.
Существующие нормы проектирования зданий разного назначения (СНиП) предусматривает разделение всех зданий на классы по капитальности в соответствии с их назначением:
- здания внеклассные – наиболее значительные, уникальные здания государственного значения, рассчитанные на срок службы более 100 лет (Кремлевский Дворец съездов и пр.);
- здания I класса – ключевые здания в городской застройке, рассчитанные на срок службы более 70 лет (театры, музеи, киноконцертные залы, вокзалы и др.);
- здания II класса – здания массового строительства, составляющие основу городской застройки и рассчитанные на срок службы не менее 50 лет (гостиницы, административные здания и т.д.);
- здания III класса – облегченные здания пониженной капитальности со сроком службы 25 – 50 лет.
В соответствии с классом сооружения выбираются и строительные материалы. Для более высоких классов используют наиболее долговечные, надежные и огнестойкие материалы и конструкции, обеспечивающие бесперебойную долговременную эксплуатацию без частых ремонтов.
Строительные нормы и правила (СНиП) определяют для зданий каждого класса характер и пределы огнестойкости несущих и ограждающих конструкций. При этом наиболее разнообразны материалы и технические решения наружных стен, по характеру которых именуются и сами здания: так, например, здания могут быть деревянными, кирпичными, крупноблочными, крупнопанельными, каркасными, большепролетными и т.д.
Покрытия и перекрытия тоже могут выполняться из материалов различной капитальности (железобетонные – более долговечные и огнестойкие; металлические – несгораемые, но подверженные коррозии и сильно деформирующиеся под действием огня; деревянные – легко сгорающие и поддающиеся гниению; тентовые – наименее долговечные т.д.). Все эти виды материалов и конструкций применяются в различных общественных зданиях. В зависимости от конструкций различают здания: малоэтажные, многоэтажные и большепролетные.
Основным типом многоэтажных зданий являются здания с полным сборным железобетонным каркасом, допускающие достаточную свободу планировки этажей. Применение металлического каркаса ввиду необходимости его бетонирования для повышения огнестойкости неэкономично и допускается только при возведении высотных зданий (60м и выше).
В статическом отношении различаются: рамная схема, в которой все горизонтальные нагрузки воспринимаются жесткими узлами рамных конструкций; связевая схема, где горизонтальные нагрузки передаются на жесткие вертикальные и горизонтальные диафрагмы и ядра жесткости (жесткие конструкции лестничных клеток и лифтовых шахт); и смешанная рамно-связевая схема, в которой применяются оба способа.
В общественных зданиях каркас преимущественно выполняется в связевой схеме с расчетом железобетонных рам только на вертикальную нагрузку.
Расстояние между поперечными диафрагмами или ядрами жесткости не должно превышать 45 – 50м. Для обеспечения продольной жесткости устраиваются такие же диафрагмы, общая длина которых должна составлять не менее 10% высоты здания. В этом случае жесткий диск перекрытия передает горизонтальные усилия на диафрагмы. В металлических каркасах высотных зданий устраиваются вертикальные решетчатые связи между колоннами внутри, а иногда и снаружи каркаса.
В верхних этажах многоэтажных зданий иногда устраивается увеличенный пролет для размещения в них крупных помещений шириной 12 – 24м. Эти помещения перекрываются железобетонными или металлическими балками или фермами. Устройство крупных помещений в промежуточных этажах нежелательно, так как вызывает большие трудности при возведении зданий и заставляет изготовлять тяжелые и дорогие нестандартные конструкции под нагрузку от вышележащих этажей, опирающихся на перекрытие большого пролета.
Междуэтажные перекрытия обычно устраиваются из многопустотных настилов шириной 1,2 – 1,5м, образующих гладкий потолок и ровное основание под чистый пол. Плиты других типов (ребристые, корытообразные, Т-образные) применяются реже, так как для образования гладкой нижней поверхности требуют подвесного потолка, удорожающего конструкцию перекрытия.
Большепролетные здания – имеют в своем составе основное композиционное ядро – зальное помещение. Наиболее часто встречающаяся конфигурация плана – прямоугольник, круг, квадрат, эллипсовидные и подковообразные планы, реже трапециевидные. Пространство, освобожденное от опор, перекрытое большепролетной конструкцией, придает зданию эмоциональную и пластическую выразительность.
Большепролетные конструкции покрытий можно разделить по их статической работе на две основных группы систем большепролетных покрытий:
– плоскостные (балки, фермы, рамы, арки);
– пространственные (оболочки, складки, висячие системы, перекрестно-стержневые системы и др.).
По материалу их разделяют на деревянные, металлические, железобетонные, пластмассовые.
Древесина имеет хорошие несущие свойства (расчетное сопротивление сосны на сжатие и изгиб 130 – 150 кг/м²) и малую объемную массу (для сухой сосны 500 кг/м³). Улучшение биологической стойкости древесины легко достигается с помощью давно разработанных и освоенных методов пропитки ее различными эффективно действующими антисептиками. Использование антипиренов, повышающих огнестойкость древесины, позволяет значительно повысить противопожарные свойства древесины.
Металлические конструкции, главным образом стальные, применяются широко. Их достоинства: высокая прочность; относительно небольшая масса. Недостатки: подверженность коррозии; низкая пожарная стойкость (потеря несущей способности при высоких температурах). Для борьбы с коррозией существует много средств: окраска, покрытие полимерными пленками и др. В целях пожарной безопасности ответственные стальные конструкции можно обетонировать или осуществить набрызг на поверхность стальных конструкций теплоустойчивых бетонных смесей (вермикулит и т.д.).
Железобетонные конструкции не подвержены гниению, ржавлению, обладают высокой пожаростойкостью, но они тяжелы. Поэтому при выборе материала для большепролетных конструкций необходимо отдавать предпочтение тому материалу, который в конкретных условиях строительства наилучшим образом отвечает поставленной задаче.