Рис. 1. Размеры конструктивных элементов
а – номинальный и конструктивный; б – натурный или фактический; 1 – конструктивные элементы; 2-зазор
Конструктивные размеры должны быть равны номинальным размерам за вычетом установленного зазора между изделиями:
LK = LH – δ = кМ – δ.
Натурные размеры должны отличаться от конструктивных не более чем на половину установленного допуска, т. е.
Lф = Lк ± с /2= кМ – δ ± с /2,
где с — максимальная величина допуска.
Как следует из этих формул, конструктивные и натурные размеры могут и не быть кратными основному и производному модулям.
Проектирование здания, т.е. определение размеров и расположения конструктивных элементов, осуществляется при помощи пространственной системы условных модульных плоскостей и линий их пересечения, расстояния между которыми равны или основному, или производному модулю (рис. 2).
На плане здания некоторые из этих плоскостей, совпадающие с несущими конструкциями здания (стенами, столбами), образуют так называемые разбивочные оси - линии, проведенные на плане здания во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 3).
Оси обозначаются цифрами и буквами, или, как говорят, маркируются. Обычно в продольном направлении здания ставятся цифры, в поперечном — буквы. Эти оси в начале строительства выносятся на местность. Вынесение осей на местность называется разбивкой здания. Расстояние между разбивочными осями всегда является номинальным размером.
Рис. 2. Пространственная система условных модульных плоскостей
К разбивочным осям привязываются все конструктивные элементы здания. Привязка элемента означает определение его положения в здании при помощи размеров, взятых от двух взаимно перпендикулярных разбивочных осей до грани или геометрической оси данного элемента. Она подчиняется определенным правилам, которые обеспечивают уменьшение количества типоразмеров элементов, примененных в проектируемом здании, позволяет освободиться от доделочных работ, например по заделке пустот в перекрытиях, если в перекрываемое расстояние не укладывается целое число элементов. Правила привязки обеспечивают также взаимозаменяемость элементов.
Правила привязки различны и зависят от конструктивной схемы здания и конструктивного решения элементов. Основное значение имеет привязка элементов перекрытий.
В зданиях с несущими продольными или поперечными стенами внутренняя грань несущей наружной стены, на которую опирается перекрытие, размещается от разбивочной оси на расстоянии с, равном половине номинальной толщины внутренней несущей стены d (рис. 3,а), кратном М или 1/2М; допускаются совпадения внутренней или наружной грани стены с разбивочной осью, если этим не увеличивается количество типоразмеров элементов перекрытия (например, в наружных стенах, на которые не опираются перекрытия).
Во внутренних несущих стенах и столбах (колоннах) обычно геометрическая ось стены или столба должна совпадать с разбивочной осью (рис. 3,б). В наружных самонесущих или навесных стенах внутренняя грань стены, как правило, совмещается с разбивочной осью.
Рис. 3. Разбивочные оси и привязка к ним вертикальных конструкций здания
1 – горизонтальные; 2 – вертикальные;а – привязка к осям стен (здание с несущими стенами); б – привязка к осям колонн (здание каркасное с навесными или
самонесущими стенами)
Для гражданских зданий при назначении размеров обычно применяется укрупненный модуль — 300 мм (ЗМ).
В промышленных зданиях для горизонтальных размеров приняты укрупненные модули 3000 мм (ЗОМ) и главным образом 6000 мм (60М); для вертикальных размеров — 600 мм (6М).
В массовых общественных зданиях (школы, магазины, детские ясли и др.) кроме укрупненного модуля для гражданских зданий применяются и модули для промышленных зданий.
Таким образом, в настоящее время для гражданских и промышленных зданий применяются разные укрупненные модули, что указывает на несовершенство действующей модульной системы.
Правила привязки элементов к разбивочным осям позволяют унифицировать размеры и самих конструктивных элементов: столбов, колонн, балок и прогонов, плит перекрытий, покрытий и т.д. Наибольшее значение для унификации конструкций имеет применение одинаковых размеров между основными несущими конструкциями здания, т.е. пролетов, шагов и высот. Повышение степени унификации достигается также применением одинаковых размеров других частей здания, например лестничных клеток, шахт подъемников, санитарных узлов и т.п.
Для жилых домов в настоящее время принята высота этажа 2,7; 2,8 и 3 м; для массовых общественных зданий (школы, детские ясли-сады) — 2,7; 2,8; 3,3 и 4,2 м; установленные высоты промышленных зданий указаны выше при рассмотрении градаций.
Другим способом ликвидации многообразия конструктивных элементов является типизация — сведение типов конструкций и зданий к обоснованному небольшому количеству.
В настоящее время все здания массового строительства (жилые, общественные и промышленные), как правило, должны возводиться по типовым проектам. Типовым называется проект, обладающий высокими качествами объемно-планировочного, конструктивного, архитектурно-художественного и экономичного решения здания. В нем предусматривается обязательное применение типовых конструктивных элементов.
Применение типовых проектов не только способствует индустриализации строительства, но и сокращает время на проектирование, ускоряет ввод здания в эксплуатацию, повышает его строительные и эксплуатационные качества, экономическую эффективность промышленного производства конструкций и деталей, а также общую экономичность и темпы строительного производства.
Более высокая ступень типизации зданий — придание им универсальности. Эти свойства достигаются при увеличении пролетов и шагов между несущими конструкциями, укрупнением помещений. При этом можно использовать одинаковые по размерам здания и отдельные помещения для разных целей.
Например, универсальное промышленное здание может быть использовано для разных производств одной или разных отраслей промышленности с близкими по характеру технологически ми процессами. Спортивный зал с предусмотренной проектом возможностью трансформации может быть превращен в зрительный зал для спектаклей, собраний и пр. Здесь также одинаковыми оказываются все несущие конструкции, а изменения касаются только внутреннего оборудования.
Универсальные здания способствуют повышению не только степени индустриализации строительства, но и расширению функционального использования здания. Они позволяют отказаться в ряде случаев от строительства специальных зданий и тем самым могут дать существенную экономию материальных и денежных средств.
Типовые конструкции, изделия и детали, применяемые в типовых проектах, разрабатываются на основе отбора лучших образцов с соблюдением принципов унификации. Прошедшие проверку в эксплуатации типовые конструкции, изделия и детали утверждаются для обязательного применения. Такие конструкции и изделия являются стандартными; их форма, размеры и технические качества устанавливаются Государственными общесоюзными стандартами (ГОСТ).
При разработке проектов зданий используют конструкции, изделия и детали, сведенные в каталоги, которые периодически обновляются с учетом возросшего уровня строительной техники и науки.
Контрольные вопросы:
1. Какая величина принята в качестве основного модуля?
2. Что такое номинальный размер?
3. Что такое разбивочные оси?
2. Приемы объемно-планировочных решений зданий
Расположение (компоновка) помещений заданных размеров и формы в одном комплексе, подчиненное функциональным, техническим, архитектурно-художественным и экономическим требованиям, называется объемно-планировочным решением здания.
Здания по расположению их помещений в пространстве делятся на одноэтажные, малоэтажные (2–3 этажа) и многоэтажные.
Помещения по способу их связи между собой могут быть непроходными (изолированными) и проходными (неизолированными). Непроходные помещения сообщаются между собой с помощью третьего помещения, обычно одного из коммуникационных (коридора, лестничной клетки и др.).
Система расположения помещений в плане здания, соединенных коридором, носит название коридорной системы планировки. При этом помещения могут быть расположены по одну (рис. 4,а) или по обе стороны коридора (рис. 4,6). При одностороннем расположении помещений коридор имеет хорошую освещенность естественным светом, которая в некоторых случаях необходима, например, в школах, где коридор одновременно служит в качестве рекреационного помещения. Недостатком одностороннего расположения помещений является увеличение подсобной площади в здании и периметра наружных стен, что ухудшает экономическую характеристику объемно-планировочного решения.
Рис. 4. Коридорные системы планировки
а – с односторонним расположением помещений; б – с двухсторонним
1 и 3 – основные помещения (классы); 2 – препараторская; 4 и 6 – коридоры; 5 – кабинеты; 7 – рабочие комнаты
Если помещения соединяются друг с другом непосредственно через проемы в стенах или перегородках, то такой прием называется анфиладной системой планировки (рис. 5). Эта система, хотя и очень экономична, так как подсобная площадь в здании сокращается до минимума, имеет ограниченное применение из-за неудобств проходных помещений. Анфиладная система обычно применяется при проектировании музеев, выставочных залов и некоторых других видов зданий.
Зальная система планировки предусматривает одно большое (главное) помещение здания, как правило, определяющее его функциональное назначение (кинозал, спортивный зал и т. п.), вокруг которого группируются остальные необходимые помещения (рис. 6).
Многие здания имеют смешанную систему планировки (рис. 7), поскольку в здании объединяются помещения для различных функциональных процессов (главных и подсобных).
Как правило, требованиям удобства отвечает наиболее компактное размещение помещений с кратчайшими путями движения людей и средств транспорта, без взаимных их пересечений и встречного движения. Чем короче пути движения и, следовательно, меньше по площади коммуникационные помещения, тем меньше объем здания и ниже его стоимость.
Рис. 5. Анфиладная система планировки
1 – вестибюль; 2 – выставочные помещения; 3 – служебные помещения
Рис. 6. Зальная система планировки:
1 – вестибюль; 2 – фойе; 3 – зрительный зал; 4 – эстрада
Рис. 7. Смешанная система планировки:
1 – вспомогательные помещения;2-склад;3 – производственное помещение.
Помещения, связанные функциональным или технологическим процессом, должны располагаться возможно ближе друг к другу. Это условие особенно важно для производственных предприятий, где протяженность путей движения предметов производства влияет не только на объем здания, но и на стоимость продукции. Не менее важно для производственных и общественных зданий отсутствие пересечений людских потоков, а пересечение людских потоков с грузовыми вообще недопустимо как по технологическим условиям, так и по условиям безопасности.
Для правильного расположения помещений в здании целесообразно предварительно составить функциональную или технологическую схему. Она представляет собой условное графизическое изображение группировки помещений и связей между ними.
На рис. 8 приведена функциональная схема здания театра. Помещения его группируются, как правило, по однородным функциональным признакам. Например, артистические помещения группируются близ сцены, с которой должна быть обеспечена удобная связь; к зрительному залу примыкают фойе и кулуары, представляющие группу помещений с однородным функциональным процессом.
Рис. 8. Функциональная схема здания театра
Проектирование здания, т.е. компоновку помещений, удобно вести, пользуясь сеткой разбивочных осей. Размеры пролетов и шагов определяются, сообразуясь с размерами и желательными пропорциями помещений и размерами (по каталогу) типовых несущих конструкций перекрытий и покрытий. Затем, учитывая заданную площадь помещений, намечается их размещение.
Основная форма помещений в плане — прямоугольная, хотя возможны и другие, более сложные формы, о которых подробно говорится в соответствующих разделах курса. Компоновка помещений должна отвечать функциональным, техническим, архитектурно-художественным и экономическим требованиям.
Форма здания в плане обычно также прямоугольная. Здание может состоять и из нескольких связанных между собой прямоугольных частей (рис. 9,а). Возможны и другие сложные формы. Например, для общественных зданий с залами форма плана и здания в целом определяется особенностями функционального процесса (рис. 9,б).
Рис. 9. Формы зданий в плане
а – с прямоугольными частями; б – с частями сложных форм
Рис. 10. Общий вид здания круглой формы в плане
На рис. 10 показан фасад здания круглой формы в плане (цирк).
Объемное решение, являющееся основой архитектурной композиции здания, определяется его формой в плане, а также количеством этажей и формой покрытия.
Этажность здания зависит от его назначения, экономических соображений, градостроительных требований и природных данных строительной площадки. В том случае, когда функциональный процесс может осуществляться в любых зданиях, этажность выбирается на основании сопоставления вариантов сих технической, экономической и архитектурной оценкой.
Малая этажность зданий школ, детских садов-яслей обусловлена, например, стремлением приблизить детей к природе и избежать передвижения их по лестницам. Кинотеатры, магазины, музеи, вокзалы и т. п. целесообразно размещать в зданиях малой этажности, чтобы не затруднять людей хождением по лестницам, облегчить эвакуацию людей в случае пожара, не создавать больших нагрузок на перекрытия. Производственные цехи с тяжелым и громоздким оборудованием или установками, вызывающими динамические нагрузки, желательно располагать в одноэтажных зданиях.
Нередко этажность здания зависит от этажности соседних построек или утвержденной генеральным планом застройки данного района города для достижения его архитектурного единства.
На выбор этажности влияют местные условия: рельеф площадки, гидрогеологические характеристики грунтов. При рельефе с большими уклонами, а также при слабых грунтах целесообразно повышение этажности, чтобы уменьшить затраты на земляные работы и на устройство фундаментов.
Одноэтажные здания с большими размерами в плане в целях уменьшения объема земляных работ целесообразно располагать только на площадках с пологим рельефом.
При проектировании многоэтажного здания помещения обычно группируются с учетом предполагаемой этажности так, чтобы площади этажей были одинаковы.
Многие здания независимо от назначения имеют однотипные отдельные помещения и их группы — архитектурно-планировочные узлы (главный вход в здание, лестница, транспортные узлы, санитарно-технические узлы). Их планировочное решение и размещение в здании оказывает существенное влияние на компоновку плана здания в целом.
Каждое здание, как правило, имеет главный вход и обычно несколько второстепенных (служебных) входов. Через главный вход проходят основные массы людей, участвующих в функциональном процессе; второстепенные входы обычно обслуживают подсобные функциональные процессы, а также являются запасными эвакуационными выходами. Главный вход в здание должен быть хорошо виден при приближении к нему. Входная площадка обычно защищается навесом от атмосферных осадков. Для защиты от проникания холодного воздуха у наружных дверей устраиваются небольшие помещения — тамбуры (рис. 11).
Рис. 11. Функциональная схема (а) и пример планировки входного узла (б)
1 – вестибюль; 2 – гардероб; 3 – киоск; 4 – коридор; 5 – тамбуры; 6 – лифты
Далее располагается вестибюль и гардероб. Вестибюль — это коммуникационное помещение с распределительными функциями, откуда потоки людей направляются в коридоры, на лестницы, к подъемникам. Площадь гардероба и вестибюля зависит от количества пользующихся ими людей и может составлять 0,25 м2 на одного человека. При входном узле обычно располагаются некоторые помещения обслуживающего назначения (для охраны, киоски, санитарные узлы и т.п.).
Для сообщения между этажами здания устраиваются лестницы и подъемники периодического (лифты) или непрерывного (эскалаторы) действия. В зданиях с большими людскими потоками применяются эскалаторы, т. е. движущиеся лестницы, а вместо лестниц — пандусы, т. е. наклонные пологие поверхности без ступеней (рис. 12).
Рис. 12. Средства сообщения между этажами
а – лестница и лифт; б – пандус; в – эскалатор
1 и 6 – этажные и междуэтажные площадки;
2 и 3 – кабина лифта в плане и разрезе; 4 – шахта лифта;
5 – марши; 7 – ограждения (перила); 8 – люк; 9 – технический этаж;
10 – машинное отделение; 11 – наклонные плоскости (пандус); 12 – ступени эскалатора;
13 – междуэтажные перекрытия
Лестница, по которой направляется основной поток людей, считается главной и отличается от других лестниц большими размерами и меньшим уклоном. Остальные лестницы называются второстепенными и служебными (если связаны с подсобным функциональным процессом). Ширина маршей и лестничных площадок зависит от этажности, значимости лестницы и числа пользующихся лестницей. Минимальная ширина марша с — 0,9 м; максимальная — 2,2 м. Во всех случаях ширина площадки не должна быть меньше ширины марша. Уклон маршей (отношение вертикальной проекции марша к горизонтальной) зависит от количества этажей, значимости лестницы и принимается 1:2; 1:1,75; 1:1,5. Этим уклонам соответствуют и размеры ступеней: высота (подступенка) 15; 16,5; 17,3 см; ширина (проступи) 30, 29, 26 см.
На рис. 13 дано геометрическое построение лестницы. Высота этажа Н (от пола до пола) разбивается на части, равные высоте ступени а, т.е. Н = na м, где n — число подступенков. Если в пределах этажа два марша, то в каждом марше будет n/2-1 проступей, так как вместо одной проступи будет площадка. Длина марша равна в (n/2-1). Соответственно ширина лестничной клетки в частоте D = 2 c + d м, а длина В = в (n/2-1)+2 с м, где с — ширина марша, d — просвет между маршами.
Пологие марши следует делать в лестницах многоэтажных зданий и на главных лестницах; более крутые марши делаются в малоэтажных зданиях и второстепенных лестницах.
Для безопасности в случае пожара в многоэтажном здании должно быть не менее двух лестниц, заключенных в лестничные клетки, освещенные естественным светом и имеющие наружные выходы.
Наиболее распространенные и экономичные двухмаршевые лестницы (рис. 14,а). Однако могут быть и другие типы лестниц, например трехмаршевые (рис 14,б), в которых в пределах этажа размещаются три марша, многомаршевые с различным расположением маршей, двухмаршевые с перекрестными маршами (рис. 15), применяемые обычно в ничейное применение, так как неудобны для движения из-за разной ширины проступи.
Рис. 13. Геометрическое построение лестницы:
а – ступень; б – разрез; в – план лестницы; 1 – подступенок; 2– проступь; 3 – лестничная клетка; 4 – междуэтажная площадка; 5 – этажная площадка.
Рис.14. Схемы лестниц
а – двухмаршевая; б – трехмаршевая; в - винтовая
Рис. 15. Схема двухмаршевой лестницы с перекрестными маршами
Во всех зданиях, имеющих более 4—5 этажей, устраиваются лифты, как правило, располагаемые в пределах лестничной клетки или близ нее (см. рис. 11 и 12).
Расположение лестничных клеток и шахт лифтов влияет на планировку, поскольку они должны занимать одно и то же относительное положение в плане каждого этажа здания.
На планировку этажей влияет также положение санитарных узлов, кухонь и других помещений, которые всегда располагаются в этажах по одной вертикали друг над другом. Такое расположение значительно облегчает разводку в здании трубопроводов водоснабжения, газа и канализации. Кроме того, «мокрые» помещения (т.е. помещения, в которых возможна повышенная влажность воздуха и намокание конструкций) размещаются в здании компактно, чтобы не оказывать вредного влияния на другие помещения.
Вертикальные несущие конструкции (стены и колонны), так же как лестницы и шахты лифтов, должны пересекать все этажи, занимая одно и то же место в плане на каждом этаже. Только в отдельных случаях несущие стены и столбы верхних этажей могут опираться на горизонтальные несущие конструкции. Поэтому помещения с большими пролетами целесообразно располагать в верхних этажах или выносить их в одноэтажные части здания, чтобы не опирать на перекрытие боль пролета конструкции верхнего этажа (рис. 16).
Рис. 16. Схематические разрезы зданий с помещениями больших пролетов А
Таким образом, экономичное решение конструктивной схемы оказывает существенное влияние и на общее планировочное решение здания.
Однако ведущим фактором в проектировании здания, определяющим его объемно-планировочное решение, остается функциональный процесс. Новые функциональные процессы или изменения существующих процессов обусловливают появление новых объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.
На объемно-планировочное решение оказывают влияние и природные условия, в которых будет возводиться здание. Суровый климат предопределяет компактные объемы зданий с минимальной площадью наружных ограждений. В теплом климате, наоборот, целесообразны усложненные объемы здания, дающие больше тени, способствующие связи помещений здания с окружающей природой.
Контрольные вопросы:
4. Какой прием называется анфиладной системой планировки?
5. Какие факторы влияют на выбор этажности здания?
6. Назовите основные типы лестниц?
3. Приемы конструктивных решений зданий
Конструктивное решение здания, так же как и объемно-планировочное, должно быть функционально и технически целесообразным, экономичным в строительстве и эксплуатации. Кроме того, конструктивное решение должно отвечать всем многообразным требованиям прочности, устойчивости, долговечности, пожарной безопасности и благоустройства.
Конструктивное решение влияет на внешний вид здания, его интерьеры и, следовательно, является важнейшим фактором, определяющим архитектурную выразительность здания.
Конструктивные элементы, из которых состоит остов здания, размещаются в строго определенном порядке, образуя конструктивную систему, способную воспринимать все внешние силовые воздействия и передавать их на основание здания. Конструктивную систему не следует смешивать с конструктивной схемой здания, в которой может сочетаться несколько конструктивных систем разного вида.
Конструктивные системы различаются по форме, устройству и характеру работы, т.е. по способу распределения и передачи усилий, возникающих от внешних воздействий.
Простейшими конструктивными элементами и одновременно простейшими горизонтальной и вертикальной конструктивными системами являются балка и стойка (столб, колонна, рис. 17,а и г). Балка представляет собой прямой брус, опирающийся на две или большее количество опор. Балка, свободно лежащая на двух опорах и перекрывающая один пролет, называется разрезной; балка, перекрывающая несколько пролетов, т.е. лежащая на многих опорах, называется неразрезной многопролетной (рис. 17,е), заделанная в опору одним концом и свободная на другом — консолью. Балки, как правило, только воспринимают вертикальные нагрузки и передают их на опоры, а сами работают на изгиб. Стойка (рис. 17,г) также представляет собой прямой брус, имеющий прямоугольное, круглое или иной формы сечение, используемый в качестве вертикальной опоры. Стойка воспринимает вертикальную нагрузку и передает ее на фундамент, при этом в ней возникают сжимающие и часто изгибающие усилия.
Рис. 17. Элементы стоечно-балочных конструктивных систем
а – балка на двух опорах; б – плита (горизонтальная панель); в – плита, опирающаяся по контуру; г – стойка (колонна, столб); д – плита (вертикальная панель); е – рама с шарнирным опиранием ригеля; ж – рама с жесткими соединениями; з – каркас с элементами жесткости; и – коробчатая система;
1 – шарнирное сопряжение; 2 – жесткое сопряжение, элементы жесткости; 3 – рама; 4 – стена; 5 – связи; 6 – каркас с шарнирным сопряжением; 7 – перекрытие (горизонтальные связи)
Ряд балок или стоек, как бы расположенных вплотную друг к другу и жестко связанных между собой, образуют другие плоские конструктивные элементы (системы): плиту (рис. 17,б) и стену (рис. 17,д) (горизонтальная и вертикальная панели).
Комбинация стоек и балок образует стоечно-балочную конструктивную систему (рис. 17,е, ж, з), известную еще в глубокой древности. И в настоящее время эта система наиболее распространенная в строительстве. Стоечно-балочная система состоит из вертикальных элементов — стоек, столбов, колонн; и горизонтальных элементов — балок, прогонов (главных балок), называемых также ригелями; плит (панелей), уложенных на горизонтальные элементы. Она может быть плоскостной (все элементы системы расположены в одной плоскости) и пространственной. Деление конструктивных систем зданий на плоскостные и пространственные условно, поскольку конструктивные элементы здания всегда образуют пространственную систему. Однако для упрощения проектирования и расчета конструкция условно расчленяется на плоскостные системы или элементы. При этом влияние одной плоскостной системы на другую через конструктивные элементы, расположенные в перпендикулярном направлении (относительно плоскости), не учитывается или же учитывается приближенно.
Пространственная стоечно-балочная система — это, например, каркас здания. В каркасе горизонтальные и вертикальные элементы, соединенные между собой в поперечном и продольном направлениях, образуют конструкции, называемые рамами. Соединение элементов в раме может быть шарнирным и жестким. При шарнирном соединении балки и стойки изгибающие усилия, возникающие в балке, на стойку не передаются, так как она может повернуться (рис. 17,е). Жесткое соединение балки со стойкой позволяет передавать на стойку не только сжимающие, но и изгибающие усилия и поперечные силы (рис. 17,ж). Рамы могут быть одноярусными или многоярусными, однопролетными и многопролетными.
Каркас, состоящий из поперечных и продольных рам, должен обладать необходимой пространственной жесткостью, т. е. способностью в обоих направлениях сопротивляться образованию деформаций при действии внешних горизонтальных и вертикальных нагрузок. Каркасы из рам с жестким соединением элементов (стоек и ригелей) обладают необходимой пространственной жесткостью. При использовании шарнирных соединений в каркас вводятся специальные вертикальные элементы, называемые связями и придающие каркасу пространственную жесткость; эти связи могут быть в виде жесткой рамы (рис. 17,з) или диафрагмы (панели, стены), либо стержневых связей, исключающих геометрическую изменяемость системы при действии внешних сил. Роль горизонтальных связей выполняют перекрытия.
Комбинация горизонтальных и вертикальных плоских элементов образует коробчатую пространственную систему (рис. 17,и), состоящую из замкнутых объемов-коробок подобно конструктивной схеме современного крупнопанельного дома.
Сравнивая стоечно-балочную и коробчатую системы, можно сказать, что в первой усилия концентрируются в балках и стойках, a во второй — распределяются по всей площади сечения плоских элементов. Принцип концентрации усилий можно выгодно использовать, например, в высотных зданиях, где нагрузки достигают значительных величин и возникающие усилия целесообразно передать на конструкцию из высокопрочного материала, т.е. на стальные или железобетонные стойки каркаса, а не на стену из менее прочного материала, причем стену пришлось бы делать очень толстой. При каркасе же стену можно сделать навесной, из легкого материала толщиной, необходимой только для защиты от атмосферных влияний.
Вертикальные элементы стоечно-балочной системы в зависимости от материала (железобетон, металл, камень, дерево), назначения конструкции и ее решения бывают самых разнообразных форм. Наряду с простыми формами (прямоугольными, круглыми, овальными и т.п.; рис. 18,а – г) применяются стойки с капителями — грибовидные (рис. 18,к). Капитель здесь имеет не декоративное, а конструктивное значение, увеличивая площадь опирания и сокращая пролет горизонтальных элементов. Стойки, состоящие из двух вертикальных элементов, связанных между собой, называются двухветвевыми (рис. 18,д, е, и). Они, так же как и стойки с консолями (рис. 18,д, м), применяются для опирания горизонтальных элементов и конструкций, расположенных на разной высоте (например, для опирания подкрановых балок и покрытия в промышленных зданиях). Стойки, состоящие из системы вертикальных элементов, соединенных между собой короткими горизонтальными и наклонными элементами, называются сквозными или решетчатыми. К этому типу относятся и двухветвевые стойки.
Рис. 18. Виды горизонтальных элементов стоечно- балочной системы
а – балка; б – балка с полками; в – балка двутавровая г – ферма с криволинейным верхним поясомд, ж – полигональные фермы; е – фермы
Столь же разнообразны и горизонтальные элементы. Наряду со сплошными балками (рис. 19,а – в) применяются сквозные стержневые конструкции — фермы, состоящие из верхнего и нижнего поясов и решетки — вертикальных (стоек) и наклонных (раскосов) элементов. Фермы различаются по форме: сегментные (рис. 19,г), полигональные (рис. 19,з, ж), с параллельными поясами (рис. 19,е), а также по системе решетки и конструктивным признакам.
Влияние конструктивной системы на внешний вид здания можно проследить при сопоставлении несущих (кирпичных или панельных) стен с навесными стенами при стоечно-балочной системе.
Несущие стены могут быть сплошными, с проемами для окон и дверей, расчлененными различными архитектурно-конструктивными или декоративными элементами. На рис. 20,а — в показаны три разные по решению несущие стены. Из их сопоставления видно, что увеличение количества проемов приводит к концентрации усилий в простенках и делает стену зрительно легче, но во всех случаях сохраняется ее значение как несущей конструкции. Проемы и членения дают представление о планировочной и конструктивной структуре здания.
При стоечно-балочной системе конструкция стены меняется. Если вертикальные опоры представляют часть стены или в плоскости стены размещается стойка каркаса, то отчетливо видна конструктивная система стены (рис. 20,г), т.е. она расчленена на вертикальные и горизонтальные элементы.
Если стены навешены с внешней стороны каркаса и выполняют только ограждающие функции, возникают совершенно новые возможности ее архитектурного решения, как и здания в целом. В этом случае ширина простенков сведена к минимуму (рис. 20,д) и могут быть устроены непрерывные ленточные горизонтальные окна (если в здании имеются большие по протяженности помещения). Можно, наконец, отказаться от стены в обычном понимании, заменив ее сплошным остеклением (рис. 20,е).
Рис. 20. Виды стен
а – несущая стена без проема; б – то же, с небольшим количеством проемов; в – панельная стена с проемами; г – несущая стена с усиленными простенками; д – стена с навесными панелями; е – остекленная стена
Конструктивная система влияет и на интерьер помещения. На рис. 21,а, б показаны интерьеры зданий с несущими стенами и перекрытиями из панелей и со стоечно-балочной системой. Последняя в архитектурном отношении делает интерьер сложнее, расчленяя плоскость потолка балками. Перекрытие с выступающими из плоскости балками называется ребристым. Балки могут быть расположены в двух направлениях, образуя балочную клетку из главных и второстепенных балок.
В отличие от систем с несущими стенами, стоечно-балочные системы
позволяют широко раскрыть внутреннее пространство сооружения, создать большие площади, на которых удобно размещать любые производственные процессы, поскольку промежуточные опоры в виде стоек незначительно стесняют пространство. На рис. 21,в показан интерьер промышленного здания с использованием стоечно-балочной системы (железобетонные двухветвевые стойки, железобетонные сегментные фермы и стальные подкрановые балки в продольном направлении).
Рис. 21. Интерьеры помещений в зданиях
а – с несущими стенами; б, в – со стоечно-балочной системой
Плоские конструктивные системы
(арки, своды, оболочки)
Кроме рассмотренных имеется большая группа плоских и пространственных конструктивных систем, криволинейных по форме. Простейшая криволинейная плоская система — арка (рис. 22,а) — брус, имеющий в продольном направлении криволинейное очертание (окружности, параболы и т.п.). В отличие от балки, арка передает на опоры не только вертикальные силы, но и горизонтальные, так называемый распор. При этом в самой арке возникают сжимающие и только при определенных условиях изгибающие усилия. Поэтому арками можно перекрывать значительно большие пролеты, чем балками. Распор может быть погашен путем устройства затяжки — элемента, затягивающего пяты арки и работающего на растяжение.
Цилиндрический свод (рис. 22,б) отличается от арки большей шириной и представляет пространственную конструкцию, имеющую кривизну в одном направлении. В цилиндрическом своде образующей линией является прямая, описывающая криволинейную поверхность по дуге арки (линейчатую поверхность). Линейчатая поверхность криволинейных конструкций удобна в строительном деле, так как позволяет применять прямолинейные конструктивные элементы. Пересечение двух поверхностей цилиндрических сводов с одинаковой стрелой подъема образует крестовый свод, состоящий из четырех равнов