ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Краткий курс лекций
С.В. Стецкий, К.О. Ларионова, Е.В. Никонова
Содержание
Лекция 13 Деревянные конструкции
Лекция 14 Каменные и армокаменные конструкции
Лекция 15 Общие сведения о промышленных зданиях
Лекция 16 Общие сведения об инженерных сооружениях
Библиографический список
Введение
Материально-организованная среда в виде отдельных зданий, сооружений и их комплексов является объектом архитектурно-строительного проектирования, которое в значительной степени основывается на конструировании, т.е. на обеспечении архитектурных решений объектов соответствующими конструктивными решениями, отвечающим как функциональным, так и художественно-эстетическим замыслам проектировщиков.
Если рассматривать архитектуру как искусство проектирования и строительства, то ее можно представить как естественную комбинацию строительно-технической деятельности человека и его эстетически художественных запросов.
В частности, знаменитая «Триада Витрувия», которая определяет архитектуру как «пользу, прочность и красоту», подчеркивает неразрывную связь технической стороны Архитектуры (конструктивная прочность объекта) с ее художественной стороной (красота) на основе удовлетворения функциональных требований к объекту (польза).
Строительно-архитектурные конструкции могут занимать второстепенное положение в архитектуре здания, обеспечивая лишь его прочность, жесткость и устойчивость, а могут выступать и как главный фактор создания художественно-эстетического облика здания, что можно наблюдать в примерах классических ордеров Греческой и Римской архитектуры.
Классический ордер является наилучшим примером тектонической конструкции.
Тектоникой называется такая интерпретация конструкций, которая придает ей художественную выразительность с сохранением ее основных архитектурно-строительных признаков. Также тектонику можно определить как художественный образ, отражающий «работу» конструкции и ее материла под нагрузкой.
Целью данного курса является изучение приемов архитектурно-конструктивных решений зданий и сооружений для дальнейшего профессионального решения вопросов дизайна интерьеров помещений и внешнего облика зданий, а также создания эстетически -- качественной материально-организованной внешней среды.
Студент должен уметь:
разрабатывать конструктивные решения простейших зданий и сооружений; архитектурный строительный проектирование дизайн
правильно выбирать конструктивные материалы, обеспечивающие требуемые показатели надежности, экономичности и эффективности конструктивных решений, проектируемых объектов;
владеть современными методами архитектурного и конструктивного проектирования, а на их основе, в дальнейшем, и художественного проектирования (дизайна).
Часть 1. Архитектура гражданских зданий
Лекция 1 Общие понятия о зданиях
Архитектура -- это искусство проектирования и строительства зданий, сооружений и их комплексов, то есть искусство создания материально-организованной среды. Как область строительной деятельности человека, архитектура отражает уровень научно-технического развития общества, а как область искусства, архитектура в художественных образах отражает определенное идейное содержание.
Все здания классифицируются по:
функции (жилые, общественные, промышленные, сельскохозяйственные;
жилые и общественные здания образуют группу гражданских зданий); этажности (малоэтажные, средней этажности, многоэтажные, повышенной этажности, высотные);
по материалу стен (каменные и кирпичные, деревянные, бетонные и железобетонные и т.д.);
по огнестойкости (5 степеней по огнестойкости основных конструкций: 1 группа -- все конструкции несгораемые, 5 группа -- все сгopаемые);
по долговечности (сроку службы конструкции): 1 степень -- 100 лет, 2 степень -- 50 лет, 3 степень -- 20 лет, 4 степень -- не нормируется.
В зависимости от значимости и назначения, градостроительных требований и концентрации материальных ценностей, все здания и сооружения подразделяются на 4 класса:
1. класс -- здания и сооружения с повышенными требованиями (крупные или уникальные здания или сооружения);
2. класс -- здания и сооружения со средними требованиями (здания массового строительства);
3. класс -- здания и сооружения с пониженными требованиями (малоэтажные здания);
4. класс -- здания и сооружения с минимальными требованиями (временные здания и сооружения).
Кроме зданий существуют так называемые «сооружения» или «инженерные сооружения». К ним относятся: мосты, путепроводы, дымовые трубы, мачты, градирни, опоры ЛЭП, вышки, силосные башни, бункера и т.д.
Основными требованиями к зданиям являются: функциональная, техническая иэкономическая целесообразность, архитектурно-художественная выразительность, высокие эксплуатационные качества.
Основным направлением развития современного строительства является индустриализация. Индустриализация строительства основывается на комплексной механизации, унификации и типизации.
Унификация -- это отбор, анализ и приведение к единообразию объемно-планировочных и конструктивных элементов здания.
Типизация -- это отбор для многократного применения наиболее совершенных объемно-планировочных и конструктивных решений зданий.
Основой унификации является единая модульная система (ЕМС) с модулем М100 мм. Наряду с этим основным единым модулем существуют также дробные и укрупненные модули.
Объемно-планировочный элемент здания -- это часть объема здания с размерами, равными шагу и пролету несущих конструкций, а также высоте этажа.
В соответствии с ЕМС различают номинальные (модульные), конструктивные и фактические размеры (рис. 1).
Жилые здания классифицируются по: назначению: жилые дома, общежития, гостиницы и т.д.;
объемно-планировочной структуре: односекционные или башенные, многосекционные, коридорные, галерейные, блокированные, индивидуальные, с комбинированной структурой (рис. 2).
Общественные здания различают по: функциональному назначению, градостроительной роли, этажности, вместимости, конструктивному решению, а также делятся на специализированные и универсальные.
Специализированные общественные здания служат: для нужд образования, здравоохранения;
для отдыха, физкультуры и спорта;
для НИИ и проектно-конструкторских организаций; для зрелищных мероприятий;
для учреждений торговли и общественного питания; транспорта и т.д.
К универсальным общественным зданиям относятся зрелищно-спортивные здания и здания киноконцертных залов (так называемые «многофункциональные здания»).
Планировочные решения общественных зданий отражают различные функциональные процессы, происходящие в них. Существует несколько основных планировочных схем: коридорная, анфиладная, зальная и комбинированная (рис. 3).
В отличие от жилых зданий, общественные здания имеют ряд особенностей: разнообразие функций, сосредоточение большого количества людей, широкий диапазон требований к физико-техническим параметрам среды и т.д.
Особенностями проектирования общественных зданий являются: применение укрупненных конструктивно-планировочных модулей; особые требования к путям эвакуации, звуковому режиму, состоянию воздушной среды, освещенности, зрительному восприятию и видимости; а также требования к эстетике архитектурного решения.
Конструкции любого здания разрабатываются на основе принятой конструктивной системы.
Конструктивная система здания -- это совокупность взаимосвязанных несущих конструкций, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.
Несущие конструкции -- это взаимосвязанные вертикальные и горизонтальные элементы, воспринимающие нагрузки, действующие на здание и нагрузки, возникающие в здании.
Существуют следующие основные конструктивные системы: каркасная и стеновая. Кроме этого, имеется ряд менее используемых конструктивных систем: объемно-блочная, ствольная, оболочковая (рис. 4) и комбинированные системы, совмещающие в себе элементы вышеперечисленных систем (рис. 5).
Конструктивные схемы характеризуют каркасную и бескаркасную системы. Для каркасных систем характерны следующие схемы: с продольным, поперечным или продольно-поперечным (крестообразным) расположением ригелей и без ригелей (рис. 6). Для стеновых систем характерны следующие конструктивные схемы: с продольным, поперечным и продольно-поперечным (крестообразным) расположением несущих стен при большом и малом шаге (рис. 7).
Конструктивные системы и схемы здания определяет его остов, т.е. совокупность и взаиморасположение основных элементов здания, к которым относятся фундаменты, стены, столбы или колонны, конструкции перекрытий и покрытия.
Основные элементы здания (конструктивные элементы) подразделяются на несущие и ограждающие. Несущие конструкции воспринимают все нагрузки, возникающие в здании, а также внешние воздействия.
Ограждающие конструкции (как правило, наружные) воспринимают собственный вес и внешние воздействия. К прочим элементам здания относятся перегородки, лестницы, окна и двери.
Объемы всех зданий (кроме одноэтажных) горизонтальными плоскостями перекрытий делятся на этажи, которые по своему положению в здании и назначению подразделяются на:
подвал (подвальный этаж);
цоколь (цокольный или полуподвальный этаж);
надземные этажи, расположенные выше уровня земли -- первый этаж и типовые этажи;
чердак (чердачный неэксплуатируемый этаж);
мансарда (мансардный или чердачный эксплуатируемый этаж);
технический этаж, который может располагаться как в подвале, так и на чердаке или в одном из типовых этажей.
Лекция 2 Фундаменты
Основанием называется массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания или сооружения. Основания могут быть естественными или искусственными, т.е. такими, которые требуют искусственного упрочнения -- трамбования, цементизации, битуминизации и т.д.
Если естественное основание не удовлетворяет условиям эксплуатации, то его закрепляют, делая, таким образом, из естественного основания искусственное, либо заменяют.
Закрепление естественного грунта осуществляется путем нагнетания в грунт различных веществ в жидко-пластичном состоянии (цементного или цементно-песчаного раствора, силикатных растворов, битума и т.д.). Такое закрепление называется цементизацией, силикатизацией или битуминизацией. Такие составы химически или механически связывают частицы грунта.
Уплотнение грунта происходит также различными механическими методами: поверхностным трамбованием с предварительным замачиванием, глубинной вибрацией или свайным упрочнением. При замене грунта удаляется слабый слой и заменяется более прочным насыпным грунтом.
Требования к основаниям заключаются в требованиях к их несущей способности, устойчивости к грунтовым водам, неподвижности, неподверженности пучению и т.д.
Грунты, используемые для оснований, включают в себя: глинистые грунты, песчаные грунты, крупнообломочные и скальные грунты. Глубина заложения фундамента зависит от типа грунтов, нагрузок на фундамент, глубины промерзания грунта, наличия подвала, уровня грунтовых вод и т.д.
Фундамент служит для передачи нагрузок от здания на основание. Фундамент обычно состоит из вертикального элемента (стены или столба) с нижней уширенной частью, называемой подушкой. Материалом для фундамента служат кирпич, бетон, бут, бутобетон, железобетон, дерево и сталь.
Основные силовые и несиловые воздействия на фундамент следующие: вес здания, боковое давление грунта, сила пучения, вибрация, температура грунта, грунтовая влага, агрессивные воздействия, температура помещения, влажность воздуха в помещении, упругий отпор грунта (рис. 8).
Основные типы фундаментов:
столбчатые под несущие стены;
отдельно стоящие под колонны или столбы (изолированные) (рис. 9);
ленточные мелкого заложения; ленточные глубокого заложения (рис. 10); свайные (рис. 11);
сплошные (плитные) (рис. 12) и т.д.
Защита фундаментов от грунтовой влаги, грунтовых вод и атмосферных осадков осуществляется: отделкой цоколя, отмосткой, горизонтальной и вертикальной гидроизоляцией (тяжелый бетон, пережженный кирпич, мятая жирная глина, обмазочная и обклеечная гидроизоляция). Тяжелый бетон применяется в конструкции пола подвала, отделка цоколя осуществляется влагостойкими и влагонепроницаемыми материалами. Рулонная гидроизоляция закладывается горизонтально между цоколем и стеной. Обмазочная гидроизоляция (мятая глина или пережженный кирпич) защищает внешнюю сторону фундаментной стенки и т.д. (рис. 13).