Физико технические основы проектирования зданий кратко

Обновлено: 03.07.2024

Это обеспечение температурно-влажностного режима, оптимальных параметров воздушной среды, создание светового и акустического комфорта, инсоляции, солнцезащиты и звукоизоляции помещений. Это такие факторы, которые непосредственно ощущаются человеком. Существуют и такие физические факторы, которые ощущаются человеком только в процессе длительного пребывания в помещении. Эти факторы, как правило, малоисследованы. К ним относятся проникновение электромагнитного излучения через конструкции, остаточная минимальная радиоактивность строительных материалов, геопатогенные зоны на территории и в помещениях, проникновение радона из грунта в помещения. Из этих факторов только последний учитывается нормами СНиП.

Значимость физических факторов различна. Но достаточно несоблюдения хотя бы одного из них (например, звукоизоляции), чтобы комфортное состояние среды превратилось в дискомфортное. Поэтому комфорт внутренней среды определяется как совокупность оптимальных уровней всех се характеристик, не вызывающих чрезмерного напряжения регуляторных механизмов организма человека.

Методы строительной климатологии включают метеорологические наблюдения на метеостанциях, актинометрических станциях, фиксирующих данные о солнечной радиации, и геофизических станциях, где кроме меторологических и актинометрических наблюдений ведутся сейсмологические записи колебаний земной коры. Кроме того, используются расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые параметры. Например, наблюдения солнечной радиации с помощью световых эквивалентов можно пересчитать в данные об освещенности.

Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий, следующие:

1) температура наружного воздуха;

2) влажность наружного воздуха;

3) ветер, его направление и скорость;

4) солнечная радиация;

5) дневной и годовой ход естественной освещенности и яркости неба;

6) облачность и вероятность пасмурного, ясного и полуясного неба;

7) статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса;

8) глубина промерзания грунтов.

Эти сведения собраны в СНиП 23-01-99 "Строительная климатология", а также в различных климатических справочниках.

Температура и влажность воздуха – параметры, в наибольшей степени характеризующие климат местности. Для основных городов России эти параметры представлены в СНиП "Строительная климатология". Для характеристики погоды наибольшее значение имеет средняя температура в течение рабочего дня:

где – средняя амплитуда колебаний температуры в течение суток для данного месяца (рис. 15.2). К сожалению, в СНиП "Строительная климатология" эта величина не приводится. Поэтому при климатическом анализе надо пользоваться хорошим климатическим справочником СНиП П-А.6-72.

В отношении воздействия на человека характерны следующие виды погоды:

• холодная ; требуется отопление;

• прохладная ; при этой температуре, как правило, держат закрытыми окна и не пользуются длительно балконами и открытыми лоджиями;

• теплая ; позволяет длительно использовать открытые помещения;

• жаркая ; вызывает необходимость ограничения перегрева помещений и использование искусственного охлаждения воздуха.

Кроме того, для многих районов целесообразно выделение очень холодной (

Понятие среды в помещениях зданий.

Здание - это совокупность помещений, представляющих собой ограниченный объем, в пределах которого протекает жизнедеятельность человека. Процесс жизнедеятельности сопровождается взаимодействием человека с окружающей его средой помещения.
Правильная организация помещений и здания в целом открывает возможность обеспечения в них безопасных и эффективных условий пребывания человека.Внутренняя среда помещения, проявляющаяся в большом числе факторов воздействия на человека, называется микроклиматом помещения.
Среди факторов внутренней среды выделим комплекс микроклиматических условий, оказывающих наиболее ощутимое физиологическое воздействие на человека. К ним относят тепловые условия в помещении и состав внутреннего воздуха.
Человек познает мир частично через ощущения, частично сознанием. При этом непосредственно поступающая информация об окружающей среде соотносится в мозгу с информацией, накопленной в памяти на базе предыдущего опыта. Это обстоятельство свидетельствует об индивидуальности восприятия человеком внутреннего микроклимата помещения. Окружающая среда, которая не содержит раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих физической и умственной работе, а также отдыху, называется комфортной.

Приведенное определение распространяется также на тепловые условия и состав воздуха помещения. Тепловые условия в настоящее время принято оценивать температурой воздуха, радиационной температурой помещения, относительной влажностью и подвижностью воздуха.
Состав воздуха характеризуется концентрацией углекислоты, концентрацией вредных газов, паров, пыли. Восприятие воздуха характеризуется также озоно-ионным составом и запахами.
Перечисленные параметры являются исходными при проектировании зданий и систем обеспечения микроклимата и нормируются. При этом определение нормативных параметров исходит из стремления к достижению оптимальных значений, т; е. таких, при которых как можно меньшее число людей (обычно 15-30%) было бы ими недовольно.
Использование оптимальных параметров микроклимата не во всех зданиях бывает целесообразным и экономически оправданным. Поэтому в отечественных нормах широко используется понятие допустимых параметров, представляющих собой разумные граничные значения, при которых не наблюдается отрицательного воздействия на организм человека.

Критерии комфортности среды, замкнутой стенами здания, делят на три группы: гигиены, удобства, (функциональности) и безопасности. Гигиенические требования направлены на обеспечение в помещениях наиболее благоприятного для человека микроклимата. Показателями климатической среды являются тепловлажностный режим, чистота воздуха, зрительный и звуковой комфорт.

Параметры среды подбирают с учетом функционального состояния людей, рассматривая условия необходимые для отдыха, работы и т.д.

Микроклимат помещений трактуют как тепловлажностный режим и чистота воздуха помещений, а микроклиматические условия выбирают, исходя из таких физиологических показателей теплового состояния человека, как температура тела и кожи на туловище и конечностях, влагопотери испарением при воздействии перегрева и теплоощущения.

Чистота воздушной среды подразумевает такое загрязнение, при котором содержание примесей не превышает нормативных пределов. В воздухе содержатся много газообразных веществ вредных для человека. Это антропотоксины – продукты жизнедеятельности человека в помещениях (дыхания, разложения пота, горения и испарения, табачного дыма и запахов еды). Кроме того в помещениях концентрируется и так называемые фоновые вещества, присутствующие в атмосфере города, продукты сгорания горючего в двигателях автомашин и котельных предприятий, выделения отходов производств и пр. Очистки воздуха способствует воздухообмен с наружной средой. Его краткость устанавливают исходя из количества находящихся в помещения людей. Эффективность воздухообмена помещений зависит от аэрации застройки.

Звуковой комфорт как физическое явление представляет собой, центростремительное волновое движение упругой среды, физиологический процесс является ощущением, возникающее при воздействии звуковых волн на органы слуха и организм в целом. Органы слуха человека способны воспринимать звуки от 16 до 20 000 Гц и оценивать не абсолютное значение изменения частоты, а относительное.

Увеличение частоты вдвое вызывает ощущение повышения тока на величину называемую октавой. Октава это полоса частот, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней. В практике спектр воспринимаемых человеком звуков делят на 8 октав.

Звуковое давление (р) представляют как разность между мгновенным полным давлением в момент прохождения звука и средним в среде при отсутствии звукового поля. Звуковое давление выражают в Паскалях. Нижний предел p, за которым человеческое ухо не может ощущать а верхний, который воспринимается как болевое ощущение, - болевым порогом. С физиологической точки зрения звуковые волны делят на полезные звуки и шум. Шум вызывает раздражающее действие на организм.

Предельный уровень звукового давления, длительное воздействие которого не приводит к преждевременным повреждениям органов слуха, равен 80; 90 дБ. Шумовой комфорт необходим человеку для нормальной деятельности нервной системы.

В практике шумы делят по интенсивности на три группы.

Во время сна и пассивного отдыха относят шумы от звукового порога до 40 дБ.

Во время работы происходит частичная адаптация организма и ухо способно воспринимать уровень шумов от 40 до 80 дБ. В эту группу причислена основная масса звуковых сигналов окружающей среды: шум инженерного оборудования зданий, работа радиоаппаратуры, громкий разговор.

Источниками шума могут быть разные электро и радиотехнические устройства. Сочетания звуков и их частоты проявляется в широком секторе звукового давления.

Особо нежелателен в общественных и особенно в жилых помещениях шум с уровнем звукового давления от 90 дБ до порога болевого ощущения. Такой шум вызывает не только быстрое утомление, нервозность, но и может привести к трудноизлечимым заболеваниям.

В целях шумозащиты зданий применяются следующие приемы.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ

Типология – это взаимоотношения между различными типами каких-либо явлений или предметов, представленные в виде научной системы, и изучение таких взаимоотношений. Типология используется для сравнения признаков, связей, функций и отношений. Логическими формами, используемыми в типологии, являются тип (образец), классификация (установление связи между классами объектов) и таксономия (соподчиненность).

Архитектурная типология зданий систематизирует основные принципы формирования типов зданий с учетом их основных характеристик и особенностей. Архитектурная типология определяет перечень зданий и их классификацию, устанавливает параметры норм проектирования, состава, размера и функциональной связи помещений.

Наиболее общими являются классификации зданий по следующим отличительным признакам: по функциональному назначению, по этажности и материалу стен или основных несущих конструкций. Кроме этого существует еще целый ряд классификационных признаков: здания различаются но степени ответственности (капитальности), по степени огнестойкости, по способу возведения, по объемно-планировочному решению и т.д.

Функциональное назначение. По назначению (функции) здания, как уже сказано в предыдущем разделе, подразделяются на жилые, общественные, промышленные и сельскохозяйственные. В данной лекции здания хозяйственного назначения (сельскохозяйственные) не рассматриваются. Жилые и общественные здания совместно называются также гражданскими зданиями (рис. III.1).

Рис. III.1. Классификация зданий по функции:

а – жилое здание (общежитие): б – общественное здание (цирк); в – комплекс промышленных зданий авторемонтного завода

Этажность. По этажности любые здания подразделяются на малоэтажные, среднеэтажные, многоэтажные, повышенной этажности и сверхвысокие ("высотные" здания или "небоскребы") (рис. III.2).

Рис. III.2. Классификация зданий по этажности:

а – малоэтажное здание; б – здание средней этажности; в – многоэтажное здание; г – здание повышенной этажности; д – высотное здание (небоскреб)

Материал. По материалу стен (а в более широком смысле – по материалу основных несущих конструкций) здания классифицируются на деревянные, каменные (включая кирпичные), железобетонные, металлические и из комбинации вышеперечисленных материалов (рис. III.3).

Рис. Ш.3. Классификация зданий по материалу:

а – деревянный жилой дом (фахверковые дома: деревянный каркас и кирпичное заполнение стен); 6 – каменное здание банка; в – здание аэропорта из монолитного железобетона; г –выставочное здание с несущими металлоконструкциями ("Хрустальный дворец" в Лондоне); д – строительство здания с железобетонными навесными панельными стенами

В практике шумы делят по интенсивности на три группы.

Во время сна и пассивного отдыха относят шумы от звукового порога до 40 дБ.

В целях шумозащиты зданий применяются следующие приемы.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЗДАНИЙ

Рис. III.1. Классификация зданий по функции:

Рис. III.2. Классификация зданий по этажности:

Рис. Ш.3. Классификация зданий по материалу:

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

5.1. Микроклимат помещений и строительная теплотехника.

5.2. Инсоляция и искусственное освещение.

5.3. Архитектурно-строительная акустика.

В современном строительстве и архитектуре все более возрастает значение строительной физики, связанное с ростом требований к качественным показателям архитектурно-строительного проектирования населенных мест, отдельных зданий и их комплексов. Изучение воздействия холода, солнечной радиации, ветра, атмосферных осадков и других факторов на ограждения, а также физических процессов, происходящих в ограждениях и в окружающей их среде, составляет предмет строительной физики. Следовательно, задачей строительной физики является изучение физических явлений, возникающих в процессе строительства и эксплуатации зданий, и устанавливающих требуемые физические качества различных строительных материалов и конструкций, применяемых при проектировании и строительстве зданий.

Строительная физика является прикладной частью физической науки и включает в себя строительную тепло- и светотехнику, строительную и архитектурную акустику.

5.1. Микроклимат помещений и строительная теплотехника. При разработке схем и проектов районной планировки, проектов планировки и застройки населенных мест и составлении проектов жилых и общественных зданий используют основные климатические и геофизические показатели: температура и влажность наружного воздуха, повторяемость и скорость ветра, солнечная радиация, световой климат и другие характеристики и параметры, составленные на основании данных многолетних наблюдений в различных пунктах страны. При наблюдениях учитываются суточные и сезонные изменения указанных факторов.

Особое значение при проектировании зданий и помещений придается снижению потерь тепла в зимний период и поступления тепла в летний период года, для чего следует предусматривать: объемно-планировочные решения с учетом обеспечения наименьшей площади ограждений; солнцезащиту световых проемов с учетом теплопропускания солнцезащитными устройствами; площадь световых проемов с учетом нормированного значения коэффициента естественной освещенности – КЕО. Архитектурно-строительная климатология органически связана с задачами формирования в помещениях зданий необходимого микроклимата, отвечающего требованиям теплового комфорта. Качество микроклимата должно удовлетворять как функционально-технологическим, так и санитарно-гигиеническим требованиям. Современные наружные ограждения конструкции зданий должны обладать свойствами, способными поддерживать необходимый микроклимат внутри помещений при одновременном обеспечении требуемого температурно-влажностного режима внутри самих ограждений.

Исключительно важная роль в современной строительной физике отводится строительной теплотехнике. В условиях научно-технического прогресса в строительстве и архитектуре значение теплотехники растет благодаря преимущественному применению унифицированных сборных крупноразмерных элементов зданий заводского изготовления, обладающих малой материалоемкостью.

Благодаря пониманию законов теплотехники и прохождения физических процессов в ограждающих конструкциях, связанных с воздействием окружающей среды, архитектор и проектировщик должны научиться правильному выбору наилучших материалов и конструкций зданий для определенных климатических условий.

5.2. Инсоляция и искусственное освещение. Солнечные лучи, достигая земной поверхности, оказывают световое, биологическое и тепловое воздействие на человека. Это облучение земли и расположенных на ней зданий и сооружений прямым солнечным светом называют инсоляцией. Лучи солнца существенно влияют на среду обитания человека, оказывают большое воздействие на микроклимат, степень освещенности и гигиенические качества помещений и имеют важное значение для повышения выразительности архитектурной композиции и формирования облика здания. Как показывает практика эксплуатации зданий, световое действие прямых солнечных лучей во многих случаях является нежелательным, вызывает резкую контрастность освещенности и перегрев помещений. Все это должно учитываться архитектором при проектировании.

Одна из важнейших предпосылок создания полноценного жилища – учет климатических условий места строительства. Согласно СНиПу, территория нашей страны по климатическим признакам разбита на четыре климатических района: I – холодный, II – умеренный, III – теплый, IV – жаркий. Каждый из четырех основных климатических районов делится, в свою очередь, на подрайоны. Первый район включает пять подрайонов: 1А, 1Б, 1В, 1Г, 1Д; второй – четыре: ПА, ПБ, ПВ, ПГ; третий – три: III А, 1ПБ, П1В; четвертый – четыре: IV А, ГУБ, ГУВ, 1УГ. Деление климатических районов на подрайоны дает возможность более точно учитывать особенности климата района строительства.

Комфортность жилища определяется также и инсоляцией. Естественное освещение помещений квартиры зависит от строительно-климатического района, наружной освещенности, количества прямых и отраженных солнечных лучей, попадающих в помещение, конфигурации здания и т. д. Поэтому на севере, где мало солнечных лучей, целесообразно строить дома простой прямоугольной формы, на юге, наоборот, объемы зданий могут быть сложнее, с большими выступами, глубокими лоджиями и другими элементами, затеняющими основные помещения.

Одним из основных требований к инсоляции зданий является проникновение солнца в помещения в любое время года. На величину инсоляции оказывает влияние не только ориентация зданий по сторонам света, но и многие другие архитектурно-планировочные факторы, например, размеры и формы окон, наличие балконов, карнизов, лоджий, веранд и т. д., а также окружающая застройка, затеняющие окна.

Искусственное освещение. Для освещения помещений общественных и жилых зданий, как правило, следует применять люминесцентные лампы, при невозможности их применения, а также для обеспечения архитектурно-художественных требований возможно применение ламп накаливания. Установлено, что наиболее привычным и относительно лучшим для человека является естественное освещение, следовательно, при выборе систем и способов искусственного освещения в интерьере следует стремиться к созданию световой обстановки, всемерно приближающейся к природной.

При проектировании освещения интерьеров решаются три важные задачи:

1) функциональная – обеспечение уровня освещенности для конкретных условий зрительной работы в помещении;

2) архитектурная – создание художественной выразительности интерьера;

3) экономическая – определение оптимального варианта решения при учете функциональных и архитектурных требований к освещению.

Важным направлением использования искусственного освещения является световая архитектура города, в которой искусственный свет используется для повышения архитектурной выразительности города и отдельных зданий в вечернее время.

5.3. Архитектурно-строительная акустика. Наряду с физико-техническими особенностями помещений и требованиями, предъявляемыми к их ограждающим конструкциям, изложенными выше, большое значение имеет также и акустический режим, определяющий качество воспринимаемого слушателями звука в помещении (лектории, оперном или драматическом театре, концертном зале или кинотеатре).

При проектировании аудиторий, залов собраний, концертных залов, а также залов оперных и драматических театров, кинотеатров необходимо создавать такие условия передачи звука, которые обеспечивали бы наилучшую слышимость музыки или речи. Слышимость в помещениях большой вместимости зависит от мощности и размещения источников звука, от объема и формы помещения, очертания и факторов ограждающих конструкций, определяющих поглощение и рассеяние звуковой энергии при отражении ими падающих звуковых волн.

Перечисленные факторы относятся, в основном, к числу таких, которые связаны с архитектурным решением зала. Поэтому науку, излагающую приемы и правила разработки оптимальных условий слышимости в помещениях массового пользования, называют архитектурной акустикой.

Одним из важнейших показателей, характеризующих акустические качества помещений, является реверберация, т. е. наличие отзвука или остаточного звучания в помещении после прекращения основного звука. Это явление происходит вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхностей стен, потолка и др.

Шум является частным проявлением физического явления, называемого звуком. Звук – волнообразные колебательные движения, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Основные физические параметры звука – скорость и частота колебаний. В воздухе звук распространяется со скоростью 340 м/с в виде продольных волн (колебания воздушных частиц совпадают с направлением распространения звука). Звук оценивается величинами частоты колебаний, длины волны, интенсивности или силы звука. Частота колебаний в секунду изменяется в герцах (Гц). Частоты колебаний от 20 до 20000 Гц вызывают у человека звуковые ощущения. Колебания с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, более 20000 Гц – ультразвуком. Длина волны измеряется отношением скорости звука к частоте колебаний.

Шумовые воздействия имеют различные характер и происхождение. Соответственно в проектной практике предусматривают различные меры по снижению интенсивности их воздействия на организм человека.

В соответствие с расположением источника шума защита от его воздействия различна. При расположении источника шума в помещении – звукопоглощение, при проникающем шуме – звукоизоляция.

тия , застройка и т . п .), защищенности от ветра , затененности и т . д . образуют свой микро климат .

ная радиация , температура и влажность воздуха , ветер , количество осадков и снежный покров . Значения

ными свойствами : регулиру ет обмен веществ в организме человека , укрепляет имму нную систему , об -