Текст книги "Проектирование гражданских зданий"

Адигамова З. С., Лихненко Е. В.
Проектирование гражданских зданий

Раздел 1 Методические и инженерно-технические основы проектирования гражданских зданий

Глава 1 Методические основы конструирования зданий

Несмотря на то, что зарождение архитектуры относится ко времени первобытнообщинного строя, четкого определения, что такое архитектура не существует. Архитектура есть сложное и многостороннее явление. В переводе с древнегреческого слово «архитектор» означает «главный строитель».

Несколько приближенным определением архитектуры может быть следующее: архитектура, это система зданий и сооружений, формирующих пространственную среду для жизни и деятельности людей, а также само искусство создавать эти здания и сооружения в соответствии с законами красоты.

Архитектура тесно связана с искусством, так как здания и сооружения, будучи материальными, являются объектами, воздействующими на эмоции (чувства) человека.

Основным качеством любого архитектурного сооружения должна быть польза, прочность, красота. Эти положения объединяются обобщенным экономическим показателем. В современном понимании польза означает правильный выбор размеров и форм зданий или помещений, создание оптимальных условий для осуществления человеком соответствующих функциональных процессов. Прочность и устойчивость зависят от конструктивного построения зданий или сооружений, применяемых материалов и способности конструкций воспринимать силовые и несиловые воздействия.

Архитектурно-художественные требования относятся к внутренним пространствам зданий, равно как и к их внешнему виду. Особое значение имеет соразмерность частей (система пропорций) и соразмерность целого (зданий, сооружений) и их отдельных форм. Архитектурно-художественные качества любого сооружения определяются критериями красоты.

Непрерывно развивающийся процесс возникновения новых типов зданий и сооружений сопровождается развитием соответствующих областей строительной техники и, прежде всего, конструкций и стройматериалов, как основных средств воплощения всякого архитектурно-строительного замысла в натуре.

В общей взаимосвязанной системе поиска целесообразных конструктивных решений могут быть определены три основных уровня подсистем:

– на 1, высшем уровне в масштабе города, жилого района или микрорайона решается выбор основных типов зданий, их этажность, конструктивные системы, архитектурный облик;

– на 2, промежуточном уровне, определяются типы и конструкции зданий для конкретной площадки строительства, подчинённого общему замыслу;

– на 3 уровне выявляются функциональные связи отдельных элементов зданий между собой, оцениваются условия их работы, выбираются материалы, формы и размеры, конструкции проектируемого элемента.

В итоге весь процесс проектирования отдельных конструктивных элементов здания сводится к выявлению конкретных условий, в которых они находятся в составе здания, на основе оценки всех местных возможностей выбора их архитектурно – конструктивных решений, обеспечивающих высокую надёжность и экономичность элемента.

Градостроительство – комплекс мероприятий по планировке и благоустройству новых и существующих населенных мест. Это круг вопросов социально-экономических, санитарно-гигиенических, имеющих в своем составе инженерное и архитектурное содержание.

Социально-экономические требования предусматривают создание благоприятных условий жизни населения, а также рациональное использование городской территории.

Санитарно-гигиенические требования сводятся к обеспечению в населенных местах здоровых условий: нормального микроклимата, чистого воздушного бассейна и водных пространств, инсоляции помещений и проветривание территорий застройки.

К вопросам инженерной подготовки городских территорий относят инженерное оборудование и организацию городского транспорта и дорожной сети.

Архитектурно-художественное содержание предусматривает создание целостной объемно-пространственной композиции каждого населенного места с использованием и обогащением местного ландшафта.

Градостроительство решает следующие проблемы:

1. Размещение производительных сил и расселение населения.

2. Формирование городов на основе градообразующих факторов.

3. Размещение градостроительных объектов в процессе формирования районной планировки.

4. Формирование структурных единиц городов и поселков (районы, микрорайоны, кварталы и другие повторяющиеся структурные элементы).

5. Инженерная подготовка и защита территорий.

6. Инженерное оборудование городов и поселков.

7. Сеть автомобильных дорог и магистральных улиц.

8. Реконструкция и восстановление городов и поселков.

Общая композиционная идея формирования городов или поселков определяется генеральным планом.

Вопросы архитектуры и градостроительства тесно связаны и взаимодополняемы.

Глава 2 Виды зданий и предъявляемые к ним требования

Гражданские здания по назначению делятся на жилые и общественные. К жилым домам относят дома квартирного типа; общежития; гостиницы; дома-интернаты и др.

В число общественных входят здания, предназначенные для всех видов социальной и бытовой жизнедеятельности людей. К общественным зданиям, обслуживающим повседневные нужды людей относятся детские сады, ясли, школы, магазины, кафе, столовые, предприятия бытового обслуживания и т.д. К общественным зданиям эпизодического посещения относят театры и кинотеатры, музеи, крупные рестораны, стадионы, дворцы культуры и спорта.

По этажности различают гражданские здания:

– малоэтажные (до 2-х этажей);

– средней этажности (3-5 этажей);

– повышенной этажности (6-9 этажей);

– многоэтажные (10-25 этажей);

– высотные (более 25 этажей).

Здания классифицируются по основному материалу стен: каменные, бетонные, железобетонные, металлические, деревянные.

По способу возведения: из мелкоразмерных элементов; из крупноразмерных элементов; монолитные.

По огнестойкости здания подразделяются на пять степеней:

К I степени относят здания, несущие и ограждающие конструкции которых выполнены из камня, бетона или ж/бетона с применением листовых и плитных негорючих материалов.

В зданиях II степени допускается применять незащищенные стальные конструкции покрытий.

В зданиях III степени несущие и ограждающие конструкции выполняются из каменных, бетонных и ж/бетонных материалов с использованием трудногорючих материалов.

К IV степени огнестойкости относятся деревянные здания с защитой от воздействия огня и высоких температур (штукатурка, листовые или плитные негорючие материалы).

К конструкциям зданий Y степени не предъявляются требования по пределам огнестойкости и пределам распространения огня.

Здания классифицируются по долговечности, которая определяется сроком сохранения эксплуатационных качеств основных конструктивных элементов. Здания подразделяются на три степени долговечности: I степень -срок службы более 100 лет; II – в пределах 50-100 лет; III – менее 20 лет.

В зависимости от назначения и значимости здания делят на четыре класса капитальности. Каждому классу соответствует своя степень долговечности, огнестойкости, благоустроенности, качества отделки и степень оснащенности инженерными и санитарно-техническими системами. К первому классу относятся здания, удовлетворяющие повышенным требованиям; ко второму – средним, к третьему и четвертому – средним, пониженным и минимальным требованиям. Здания первого класса не ограничиваются по этажности; предельная этажность зданий второго класса – 9, третьего – 5, четвертого – 2.

В общем случае к конструктивному элементу здания предъявляются следующие требования:

– прочность и устойчивость, т.е. способность надёжно выдерживать действующие нагрузки и сопротивляться опрокидыванию или сдвигу;

– долговечность, определяемая сроком службы конструкции без потери эксплуатационных качеств, особенно при агрессивных воздействиях;

– огнестойкость, достигаемая приданием конструкции требуемого предела огнестойкости и предела распространения огня, что особенно важно в зданиях, в которых возможно скопление большого числа людей;

– архитектурная выразительность, т.е. придание элементу благоприятного внешнего облика, подчиняющегося общему художественному замыслу здания в целом;

– функциональная целесообразность, достигаемая приданием элементу необходимых изолирующих качеств и обеспечивающих тепловлажностный, акустический и светотехнический комфорт;

– удобство эксплуатации, определяемое возможностью доступа ко всем ответственным местам для системной уборки, осмотра и проведения профилактических работ;

– технологичность, обеспечивающая возможность осуществления строительства высокоиндустриальными методами, не зависящими от природно-климатических условий строительства;

– экономическая целесообразность, определяемая размером приведённых затрат.

Предъявляемые к зданиям эксплуатационные требования, требования долговечности и огнестойкости определяются СНиПами.

Любое здание как искусственно созданная среда оказывает этическое и эстетическое воздействие на человека. Организация внутреннего пространства должна соответствовать этическим требованиям общества. Внешний облик здания, его интерьеры должны формироваться по законам архитектурной композиции.

Принятые конструктивные решения отображаются на чертежах, что является завершающим этапом конструирования.

К силовым воздействиям относятся следующие виды нагрузок:

1. Постоянные нагрузки (вес частей зданий, давление грунтов).

2. Временные длительные нагрузки (вес перегородок, стационарного оборудования).

3. Кратковременные нагрузки (вес людей, мебели, снега, ветра).

4. Особые нагрузки (нагрузки от землетрясений и возможных аварий).

Возможны различные сочетания вышеперечисленных воздействий (они регулируются положениями СНиП «Нагрузки и воздействия»). К несиловым воздействиям относятся:

1. Воздействие влаги на строительные материалы и конструкции.

2. Воздействие лучистой энергии солнца (солнечная радиация).

3. Биологические воздействия (микроорганизмы, насекомые).

4. Химические воздействия.

Глава 3 Объёмно-планировочные решения зданий

Внутренний объём здания состоит из пространственных ячеек (помещений) различного назначения, расположенных в определённом порядке. Каждое такое помещение (жилая комната, кухня, лестничная клетка и т.д.) отличается от другого площадью, формой, а иногда и высотой.

Объёмно-планировочное решение – это система размещения помещений в здании. Пространственные ячейки называют объёмно-планировочными элементами. В жилых зданиях такими элементами будут: комнаты, кухни, лестничные клетки и другие помещения, образованные конструктивными элементами этого здания (стенами, перекрытиями и др.).

Этажи – помещения, расположенные между перекрытиями.

В зависимости от местоположения этажей различают: надземные – при расположении пола выше уровня грунта (тротуара), подвальные – при заглублении пола более чем наполовину высоты помещения ниже уровня грунта; полуподвальные (цокольные) – с заглублением пола (ниже грунта) менее чем на половину высоты помещения; мансардные – с помещениями, расположенными внутри чердака.

Таким образом, объёмно-планировочные элементы разделяют внутреннее пространство зданий на отдельные этажи и помещения.

Объёмно-планировочной структурой здания называется система объединения главных и вспомогательных помещений избранных размеров и формы в целостную единую композицию. По признакам расположения и взаимосвязи помещений различают несколько объёмно-планировочных систем зданий.

Анфиладная система предусматривает непосредственный переход из одного помещения в другое, через проемы в их стенах. Эта система позволяет создать здание очень компактной и экономичной структуры в связи с отсутствием или минимальным объёмом коммуникационных помещений. Все основные помещения в здании при анфиладной системе являются проходными, поэтому она применима лишь в зданиях экспозиционного характера – музеях, картинных галереях, выставочных павильонах и др.

Система с горизонтальными коммуникационными помещениями предусматривает связь между основными помещениями через коммуникационные – коридоры или галереи. Это позволяет главные помещения проектировать непроходными. Система планировки с горизонтальными коммуникационными помещениями широко применяется в проектировании гражданских зданий различного назначения – общежитий, гостиниц, школ, больниц, административных зданий и т.п.

Секционная система заключается в компоновке здания из одного или нескольких однохарактерных фрагментов (секций) с повторяющимися поэтажными планами, причем помещения всех этажей каждой секции связаны общими вертикальными коммуникациями – лестницей или лестницей и лифтами. Секционная система – основная в проектировании многоквартирных жилых домов средней и большой этажности.

Зальная система строится на подчинении относительно небольшого числа подсобных помещений главному зальному, которое определяет функциональное назначение здания в целом. Наиболее распространена зальная система в проектировании зрелищных, спортивных и торговых зданий – спортивный зал, крытый плавательный бассейн, кинотеатр, крытый рынок и др. Зальную систему применяют для зданий с одним или несколькими залами.

Атриумная система – с открытым или крытым двором, вокруг которого размещены основные помещения, связанные с ним непосредственно через открытые (галереи) или закрытые (боковые коридоры) коммуникационные помещения. Помимо традиционного использования в южном жилище она широко применяется в проектировании малоэтажных зданий с крупными залами – крытых рынках, музеях, выставках, а также в зданиях школ, многоэтажных гостиниц и административных зданиях. Преимущества системы при открытых дворах – тесная связь между необходимыми по технологической схеме открытыми и закрытыми пространствами.

Смешанная (комбинированная) система, включающая элементы различных систем, встречается преимущественно в многофункциональных зданиях.

Разработка объёмно-планировочного решения осуществляется на основе схемы функциональных процессов, происходящих в здании, при этом следует предусматривать наиболее удобные связи между помещениями и их минимальный объём.

Глава 4 Конструктивная структура зданий

Конструктивной структурой здания называют совокупность взаимосвязанных конструктивных элементов – фундаментов, стен, перекрытий, крыши и др., выполняющих в здании различные функции.

К конструктивным элементам зданий предъявляются следующие требования: прочность и устойчивость; функциональная целесообразность; долговечность и огнестойкость; архитектурная выразительность; удобство эксплуатации; технологичность; экономическая целесообразность.

Фундаменты – это часть зданий, расположенная ниже отметки дневной поверхности грунта. Их назначение – передача всех нагрузок от здания на основание.

Основными опорными элементами являются стены (наружные, внутренние), колонны, столбы, пилястры. Они несут нагрузки от вышерасположенных элементов, в том числе от перекрытий и элементов крыш.

Перекрытия представляют собой горизонтальные диски, разделяющие здания на этажи и обеспечивающие их пространственную жесткость.

Крыши являются ограждающими элементами зданий. Они предназначены для защиты зданий от снеговых и дождевых осадков, влажности наружного воздуха, солнечной радиации, химических примесей воздушной среды, активного и пассивного ветрового потока.

Лестницы, как средство вертикального сообщения между этажами, должны удовлетворять требованиям пропускной способности, пожарной безопасности, а также гарантировать малую утомляемость людей при подъеме.

Перегородки представляют собой внутренние вертикальные ограждения отдельных помещений в пределах зданий. Они подразделяются на межквартирные, межкомнатные, а также для санитарных узлов и кухонь.

Окна предназначены для освещения и инсоляции, а также для вентиляции и зрительной связи с внешней средой.

Двери обеспечивают связи между отдельными помещениями.

1 – фундаменты; 2 – отмостка; 3 – наружные стены; 4 – надподвальное перекрытие; 5 – внутрение стены; 6 – междуэтажные перекрытия; 7 – перегородка; 8 – чердачное перекрытие; 9 – чердак; 10 – крыша; 11 – двери; 12 – лестница; 13 – окна; 14 – крыльцо.

Рисунок 4.1—Поперечный разрез гражданского здания

Глава 5 Единая модульная система

Заводское изготовление конструкций и деталей может стать эффективным только при условии сведения к минимуму количества их типоразмеров, т.е. разнообразия видов и размеров каждого из них. При этом следует стремиться к сокращению типоразмеров элементов не только для одного вида здания, но и для зданий различного назначения.

Такое ограничение количества типоразмеров строительных деталей и приведение их в соответствие с основными параметрами зданий называется унификацией.

Благодаря такой взаимосвязи конструкции и детали приобретают очень важное свойство взаимозаменяемости, что дает возможность, не меняя проекта, заменять в случае необходимости одни конструкции другими. Это имеет особое значение при строительстве по одним и тем же проектам в районах, имеющих разную строительную базу, основанную на использовании местных строительных материалов.

Все элементы и объемно-планировочные параметры зданий унифицируются на основе единой модульной системы (ЕМС), обеспечивающей кратность всех размеров определенной единице измерения, называемой модулем.

В качестве основного модуля (М) принята величина 100 мм. Все размеры зданий, имеющие значение для унификации, должны быть кратны М. Для повышения степени унификации, устанавливаются производные модули: укрупненные и дробные. Укрупненным модулем называется величина основного модуля, увеличенная в целое число раз: 2М, ЗМ, 6М, 12М, 15М, 30М и 60М. Укрупненный модуль применяется для назначения размеров зданий по горизонтали и вертикали, а также размеров крупных конструкций и изделий.

Для назначения относительно малых размеров конструктивных элементов и деталей применяется дробный модуль. Он составляет часть основного модуля: 1/2М, 1/5М, 1/10М, 1/20М, 1/50М, и 1/100М.

На основании унификации параметров и элементов производится типизация зданий определенного назначения. Для них разрабатываются типовые проекты.

Стандарт в широком смысле слова «образец». Разрабатывается на все виды строительных материалов и конструкций, которые являются унифицированными на основе модуля и не допускает отклонений в габаритных и прочностных показателях. Это делает возможным поставку на различные объекты с различных заводов-изготовителей разнообразных деталей и конструкций.

Для точного определения и взаимного расположения вертикальных и горизонтальных элементов несущего остова зданий (стен, столбов, перекрытий) и помещений на чертежах и в строительстве применяют систему модульных разбивочных осей. Линии продольных осей, идущих по ширине здания (обычно параллельными линиями снизу вверх чертежа плана), принято обозначать (маркировать) заглавными буквами русского алфавита; линии поперечных осей, (идущих перпендикулярно длине здания) арабскими цифрами. Марки осей обозначают в кружках диаметром 6-12 мм. Разбивочные (модульные) оси проходят там, где должны быть по проекту капитальные стены, столбы, другие опоры, имеющие фундаменты.

Привязку конструктивных элементов к разбивочным осям и размеры элементов назначают с использованием следующих терминов:

– номинальный (модульный) размер – проектное расстояние между разбивочными осями; для конструктивного элемента (например, балки, плиты перекрытия) – условный размер, включающий соответствующие части швов и нормативных зазоров, необходимых при стыковании этих элементов;

– конструктивный размер – величина элемента, изделия, отличающаяся от номинального размера, как правило, на величину нормативного зазора между изделиями;

– натурный размер – фактический размер изделия. Он отличается от конструктивного на величину допуска, установленного для данного изделия (например, для кирпича ± 3-5 мм в зависимости от его сорта); фактическое расстояние между разбивочными осями построенного здания.