Конструктивные схемы гражданских зданий кратко
Обновлено: 05.07.2024
Основой конструктивного решения зданий является выбор конструктивной и строительной системы, а затем — конструктивной схемы.
Конструктивная система — это совокупность взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных несущих элементов (конструкций) здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.
Строительная система — это комплексная характеристика конструктивного решения сооружения по материалу и технологии возведения основных несущих конструкций. Строительные системы бывают традиционные, монолитные и полносборные.
Конструктивная схема здания представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций. Ее выбирают на начальной стадии проектирования с учетом объемно-планировочных, конструктивных и технологических требований. Фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия соединяются между собой в пространстве, образуя несущий остов здания.
В зависимости от вида основных несущих элементов каркаса, здания имеют такие конструктивные типы: бескаркасный, каркасный, с неполным каркасом (рис. 1).
Рис. 1. Конструктивные типы общественных зданий: а — бескаркасный; б — каркасный; в — с неполным каркасом. 1 — несущие стены; 2 — междуэтажное перекрытия; 3 — колонны; 4 — ригель; 5 — самонесущие стены
Бескаркасные здания состоят из системы ячеек, образованных стенами и перекрытиями (рис. 1. а). Этот конструктивный тип зданий чаще всего распространен при строительстве жилых домов, школ и других общественных зданий.
В каркасных зданиях нагрузки от перекрытия принимаются каркасом (колонн, ригелей, пролетами, фермами). Каркасный тип здания представляет собой многоярусную пространственную систему, которая состоит из колонн и междуэтажных перекрытий (рис. 1. б). Поскольку несущими элементами в таких зданиях являются колонны, ригели и перекрытия, то стены выполняют в них ограждающую роль. Такой тип зданий чаще всего используют для зданий повышенной этажности, а также тогда, когда необходимо иметь помещение больших размеров, свободных от внутренних опор.
В зданиях с неполным каркасом (рис. 1. в) нагрузки от перекрытия принимается внутренним рядом колонн и внешними стенами. В этих зданиях внутренние стены заменяются внутренним каркасом, одним или несколькими рядами колонн, по которым укладываются ригели. На ригели опираются плиты перекрытия. Включение в несущий остов здания элементов внутреннего каркаса дает экономию стенового материала и увеличивает, при одинаковых размерах здания, ее полезную площадь.
Каждый конструктивный тип здания имеет несколько конструктивных схем, которые отличаются взаимным расположением несущих элементов.
Для бескаркасных типов зданий (рис. 2) характерны такие конструктивные схемы:
— с продольным расположением несущих стен (в этом случае на продольные стены опираются плиты перекрытия);
— с поперечным расположением несущих стен (когда на поперечные стены опираются плиты перекрытия);
— с опиранием плит на продольные и поперечные стены (по контуру).
Рис. 2. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольным расположением несущих стен; б — с поперечным расположением несущих стен; в — с поперечными и продольными несущими стенами. 1 — внешние и внутренние несущие стены; 2 — плиты междуэтажного перекрытия; 3 — внутренние поперечные несущие стены; 4 — торцевая несущая стена; 5 — продольные и поперечные несущие стены; 6 — плиты перекрытия, опираются по контуру
Здания каркасного типа (рис. 3) могут иметь схемы: с поперечным расположением ригелей, с продольным расположением ригелей, с перекрестным расположением ригелей, безригельные.
Рис. 3. Конструктивные схемы каркасных зданий: а — с поперечным расположением ригелей; б — с продольным расположением ригелей; в — с перекрестным расположением ригелей; г — безригельного. 1 — колонны; 2 — ригели; 3 — самонесущие стены; 4 — плиты межэтажного перекрытия; 5 — продольный ригель; 6 — между колонные плиты перекрытия
Здания с неполным каркасом (рис. 4.) могут иметь схемы: с продольным расположением ригелей, с поперечным расположением ригелей, безригельные.
Рис. 4. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольным расположением ригелей; б — с поперечным расположением ригелей; в — безригельная. 1 — внешние стены; 2 — колонны; 3 — междуэтажные плиты перекрытия; 4 — ригели; 5 — плиты перекрытия
По сравнению с конструктивным типом здания, конструктивные схемы дают глубокую характеристику особенностям несущего остова здания. Выбор конструктивной схемы влияет на объемно-планировочное решение здания и определяет тип его основных конструкций.
Основные конструктивные элементы гражданских зданий – это фундаменты, стены, перекрытия, отдельные опоры, крыши, лестницы, окна, двери и перегородки (рис.3.1).
Фундаменты являются подземной конструкцией, воспринимающей всю нагрузку от здания и передающей ее на грунт.
Стены по своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние и являются вертикальными ограждениями и одновременно выполняют несущие функции. В зависимости от этого они делятся на несущие и ненесущие. Несущими могут быть как наружные, так и внутренние стены. Ненесущие стены - это обычно перегородки. Они служат для деления в пределах этажа больших, ограниченных капитальными стенами помещений на более мелкие, причем для опирания перегородок не требуется устройство фундаментов.
Наружные стены, кроме того, могут быть самонесущими, которые опираются на фундаменты и несут нагрузку только от собственной массы, и навесными, которые являются только ограждениями и опираются в каждом этаже на другие элементы здания.
Отдельные опоры – это несущие вертикальные элементы (колонны, столбы, стойки), передающие нагрузку от перекрытий и других элементов здания на фундаменты. Перекрытия опираются на уложенные по колоннам специальные балки, называемые прогонами или ригелями, а иногда и непосредственно на колонны.
Рис.3.1 – Основные конструктивные элементы здания с кирпичными несущими стенами:
1 – подошва; 2 – подвальное перекрытие; 3 – фундаменты; 4 – потолок; 5 – нижнее перекрытие; 6 – подполье; 7 – перегородка; 8 – нагрузка от собственной массы, людей и оборудования; 9 – междуэтажное перекрытие; 10 – продольная внутренняя стена; 11 – стена; 12 – оконный проем; 13 – карниз; 14 – чердачное перекрытие; 15 – чердак; 16 – стропильная балка; 17 – кровля; 18 – дымовая труба; 19 – зонт; 20 – коньковый прогон; 21 – подкос; 22 – стойка; 23 – конек; 24 – слуховое окно; 25 – снег; 26 – карниз; 27 – мауэрлат; 28 – оконный переплет; 29 – дверное полотно; 30 – крыльцо; 31 – цоколь; 32 – подвал; 33 – грунтовая влага
Расположенные внутри здания отдельные опоры и балки образуют внутренний каркас здания.
Перекрытия представляют собой горизонтальные несущие конструкции, опирающиеся на несущие стены или столбы и воспринимающие передаваемые на них постоянные и временные нагрузки. Одновременно перекрытия, связывая между собой стены, значительно повышают их устойчивость и увеличивают пространственную жесткость здания в целом. В зависимости от месторасположения в здании перекрытия делятся на междуэтажные (разделяющие смежные этажи), чердачные (между верхним этажом и чердаком), подвальные (между первым этажом и подвалом) и нижние (между первым этажом и подпольем).
Крыша является конструктивным элементом, защищающим помещения и конструкции здания от атмосферных осадков. Она состоит из несущих элементов и ограждающей части. Крыша, совмещенная с перекрытием верхнего этажа, т.е. без технического этажа (или чердака), называется совмещенной крышей или покрытием. Хорошо выполненные плоские совмещенные крыши дешевле скатных как в строительстве, так и в эксплуатации. Кроме того, плоские крыши можно использовать в качестве площадок для отдыха и других целей.
Окна устраивают для освещения и проветривания помещений; они состоят из оконных проемов, рам или коробок и оконных переплетов.
В гражданских зданиях могут быть и другие конструктивные элементы (входные тамбуры, козырьки над дверьми, балконы, лоджии и др.).
Для обеспечения необходимых эксплуатационных и санитарно-гигиенических условий современное гражданское здание оборудуется санитарно-техническими и инженерными устройствами. К ним относятся отопление, горячее и холодное водоснабжение, вентиляция, канализация, мусороудаление, газификация, энергоснабжение, телефонизация и др. Оборудование ими зданий рассматривается в специальных курсах.
Конструктивные схемы зданий
Фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия – основные несущие элементы здания. Они образуют остов здания – пространственную систему вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
Остов определяет так называемую конструктивную схему здания. В зависимости от характера опирания горизонтальных несущих элементов (перекрытий) на вертикальные несущие элементы (стены, отдельные опоры и балки между ними) различают следующие конструктивные схемы гражданских зданий (рис.3.2): бескаркасные с несущими продольными стенами; с несущими поперечными стенами; с неполным каркасом; с полным каркасом.
Рис.3.2 – Конструктивные схемы зданий:
1 – внутренняя продольная стена; 2 – внутренние поперечные стены;
3 – панели перекрытий; 4 – столбы и прогоны; 5 – прогоны (или распорки);
6 – стойки каркаса; 7 – ненесущие наружные стены
В зданиях с несущими продольными стенами (рис.3.2, а) последние устраивают из тяжелых материалов, имеющих надлежащую прочность. Кроме того, наружные стены должны также удовлетворять теплозащитным требованиям. По такой конструктивной схеме строят кирпичные и крупноблочные дома.
Устойчивость такой конструктивной схемы в поперечном направлении обеспечивается специально устраиваемыми поперечными стенами, которые не несут нагрузки от перекрытия. Такие поперечные стены возводятся лишь для ограждения лестничных клеток и в местах, где они нужны для придания устойчивости наружным стенам. Применение указанной конструктивной схемы дает большие возможности для решения планировки помещений или, другими словами, имеется большая свобода в решении планировочных вопросов. Кроме того, при данной конструктивной схеме требуется меньшее число типоразмеров сборных изделий.
В зданиях с поперечными несущими стенами (рис.3.2, б) обеспечивается большая жесткость системы, однако увеличивается общая протяженность несущих внутренних стен. Тем не менее такое решение в ряде случаев является рациональным, так как при этом к конструкциям наружных продольных стен предъявляются только теплозащитные требования и для их устройства можно использовать легкие эффективные материалы.
Кроме того, иногда применяется смешанный вариант, при котором опорами для перекрытий служат как продольные, так и поперечные стены.
Если вместо внутренних продольных и поперечных стен устраивается система столбов с опирающимися на них горизонтальными балками (прогонами), на которые, в свою очередь, опираются перекрытия, то такая схема соответствует зданию с неполным каркасом (скелет) (рис.3.2, в, г).
Если же вместо несущих наружных стен применены столбы, образующие вместе с внутренними столбами и балками (прогонами) как бы скелет здания, то такая конструктивная схема определяет здания с полным каркасом (рис.3.2, д). В этом случае наружные стены выполняют только ограждающие функции и могут быть самонесущими или навесными. Самонесущие стены опираются на фундаменты или фундаментные балки и не воспринимают никаких нагрузок, кроме собственной массы. Навесные стены опираются на горизонтальные элементы на уровне каждого этажа.
По характеру работы каркасы бывают рамные, связевые и рамно-связевые. Столбы и балки рамного каркаса (рис.3.3, а) соединяются между собой жесткими узлами, образуя поперечные и продольные рамы, воспринимающие все действующие вертикальные и горизонтальные нагрузки. В зданиях со связевым каркасом (рис.3.3, б) узлы между столбами и балками нежесткие, поэтому для восприятия горизонтальных нагрузок необходимы дополнительные связи. Роль этих связей выполняют чаще всего перекрытия, образующие диафрагмы и передающие горизонтальные нагрузки на жесткие вертикальные диафрагмы (стены лестничных клеток, железобетонные перегородки, шахты лифтов и др.). В практике строительства находят применение здания с комбинированным типом каркаса, который называют рамно-связевым. В нем в одном направлении ставят рамы, а в другом - связи. В гражданском строительстве наибольшее распространение получили здания со связевыми каркасами.
Необходимо отметить, что применение каркасной конструктивной схемы наиболее выгодно для строительства крупнопанельных высотных жилых и общественных зданий.
Материалом для конструкций каркаса являются железобетон, сталь, а для малоэтажных зданий столбы нередко выкладывают из кирпича. Для деревянных зданий каркас также выполняют из дерева.
Рис.3.3. Схемы каркасов здания:
1 – элемент каркаса; 2 – жесткие узлы; 3 – горизонтальные диафрагмы; 4 – вертикальные поперечные и продольные диафрагмы
Широкое распространение получает монолитное строительство, строительство зданий из объемных элементов (блок-коробок), в которых остов здания образуется коробчатыми элементами заводского изготовления.
Контрольные вопросы
1. Какие основные конструктивные элементы здания?
2. Какие конструкции определяют конструктивную схему здания?
3. Основные преимущества конструктивной схемы с продольными несущими стенами.
4. Какие основные типы каркасов здания?
5. Какие виды стен по характеру работы применяют в каркасных зданиях?
Особенности пространственного расположения несущих элементов здания: стен, колонн и перекрытий определяют тот или иной конструктивный тип здания. Различают следующие конструктивные типы гражданских зданий.
Бескаркасные (с несущими стенами), образованные стенами и перекрытиями . Нагрузки от междуэтажных перекрытий воспринимаются наружными и внутренними стенами. Такой конструктивный тип широко применяют при возведении жилых домов, школ и других общественных зданий.
Каркасный , представляющий собой многоярусную пространственную систему из колонн и междуэтажных перекрытий. Несущей основой в таких зданиях служат колонны, ригели и перекрытия, а роль ограждающих элементов выполняют наружные стены. Такой конструктивный тип используют для возведения высотных зданий и там, где необходимы помещения значительных размеров, свободные от внутренних опор.
Неполный каркас, в котором наряду с внутренним рядом колон и нагрузку от междуэтажных перекрытий воспринимают наружные стены. В современных условиях такой конструктивный тип имеет ограниченное применение.
Детальное представление о типах зданий дает его конструктивная схема, характеризующая место-положение (в плане) несущих элементов здания.
Для бескаркасных типов зданий характерны следующие конструктивные схемы:
с продольным расположением несущих стен, на которые опираются междуэтажные перекрытия;
с поперечным расположением несущих стен, где наружные стены (кроме торцевых) — самонесущие, не воспринимающие нагрузки от перекрытий;
перекрестная — с опиранием плит перекрытия (по контуру) на продольные и поперечные стены.
Каркасному типу зданий присущи следующие схемы:
с поперечным расположением ригелей;
с продольным расположением ригелей.
Для обеспечения пространственной жесткости зданий требуются специальные меры.
В бескаркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается:
внутренними поперечными стенами и стенами лестничных клеток, связанными с продольными (наружными) стенами;
междуэтажными перекрытиями, связывающими стены между собой и расчленяющими их на отдельные ярусы по высоте.
В каркасных зданиях пространственная жесткость обеспечивается:
многоярусной рамой, образованной из колонн, ригелей и перекрытий и представляющей геометрически не¬изменяемую систему;
стенами жесткости, расположенными между колон-нами (на каждом этаже);
плитами-распорками, уложенными в междуэтажных перекрытиях (между колоннами);
стенами лестничных клеток и лифтовых шахт, связан пых с конструкциями каркаса;
надежным сопряжением элементов каркаса в стенах и узлах.
Этими конструктивными мерами обеспечивается устойчивость и пространственная жесткость бескаркасных п каркасных зданий.
Бескаркасные крупнопанельные здания строят в настоящее время высотой 5, 9, 12, 16 и даже 25 этажей. Пространственная жесткость и устойчивость таких зданий при действии на них ветровой нагрузки обеспечивается совместной работой соединенных друг с другом и с перекрытиями продольных и поперечных панельных стен.В зависимости от архитектурно – планировочных требований крупнопанельные здания могут выполняться по разнообразным конструктивным схемам.
Несущимимогут быть только продольные наружные и внутренние стены или только поперечные внутренние и торцовые. В таких зданиях панели перекрытий опираются по двум сторонам на продольные или на поперечные стены.
Несущими (могут быть одновременно все продольные и поперечные стены. В таких зданиях панели перекрытий опираются по контуру — по всем четырем сторонам.
Виды конструктивных схем каркасных зданий
Конструктивная система представляет собой взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые совместно обеспечивают его прочность, жесткость и устойчивость. По виду вертикальной несущей конструкции различают пять основных и семь комбинированных конструктивных систем, которые можно представить так:
Каркасная система с пространственным рамным каркасом применяется преимущественно в строительстве многоэтажных общественных зданий в 9 и более этажей.
Бескаркасная система самая распространённая в жилищном строительстве, ее используют в зданиях различных планировочных типов высотой от одного до 16 этажей и более.
Объемно-блочная система зданий в виде установленных друг на друга объемных блоков применяется для жилых домов высотой до 12 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях.
Ствольную систему применяют в зданиях высотой более 16 этажей.
Наиболее целесообразно применение ствольной системы для компактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и т.п.)
Оболочковая система присуща уникальным высотным зданиям жилого административного или многофункционального назначения.
Для бескаркасных типов зданий характерны следующие схемы: с продольным расположением несущих стен (на них опираются междуэтажные перекрытия); с поперечным расположением несущих стен (наружные стены, за исключением торцовых – самонесущие, на них не передаются нагрузки от перекрытий); перекрёстная – с опиранием плит перекрытия (по контуру, т.е. опирание на четыре стороны) на продольные и поперечные стены.
Для каркасного типа зданий используются следующие схемы: с продольным расположением ригелей; с поперечным расположением ригелей; с перекрёстным расположением ригелей; безригельные.
Выборконструктивной схемы влияет на объёмно-планировочное решение здания и определяет тип его основных конструкций.
Основные конструктивные системы гражданских зданий
Здания, выполняемые из заранее изготовленных крупноразмерных плоскостных элементов стен, перекрытий, покрытий и других элементов, называют крупнопанельными. Панели, производимые в заводских условиях, имеют повышенную готовность: в них вмонтированы окна, двери, отопительные приборы. Применение таких конструкций повышает производительность труда, сокращает сроки строительства.
Конструктивные элементы здания (фундаменты, стены, колонны и перекрытия), соединяясь между собой в пространстве, образуют несущий остов. По особенностям пространственного остова различают следующие конструктивные типы зданий: бескаркасный, каркасный и с неполным каркасом (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Конструктивные типы гражданских зданий: а— бескаркасный; б — каркасный; в — с неполным каркасом; 1 — несущие стены;2 — междуэтажные перекрытия; 3 — колонны; 4 — ригели; 5— самонесущие стены
Бескаркасные здания (с несущими стенами) представляют собой системы ячеек, образованных стенами и перекрытиями. Наружные и внутренние стены воспринимают нагрузки от междуэтажных перекрытий. Бескаркасный тип получил широкое распространение при возведении жилых домов, школ и других общественных зданий.
Для пятиэтажных крупнопанельных домов наибольшее применение нашли следующие основные конструктивные бескаркасные типы:
1) с несущими продольными стенами (а)
3) с несущими поперечными стенами и опиранием перекрытий на две или три стороны, с несущими редко расположенными стенами, с перекрытиями из предварительно напряженных многопустотных железобетонных настилов, с поперечными несущими стенами, работающими на изгиб как балки-стенки (в)
4) с несущими продольными наружными и внутренними стенами, поперечными диафрагмами жесткости и перекрытиями из железобетонных предварительно напряженных многопустотных настилов, опирающихся на две стороны.
Рис. 2.2. Конструктивные типы бескаркасных крупнопанельных зданий
Крупнопанельные жилые дома повышенной этажности сооружаются как бескаркасные здания с поперечными несущими стенами:
· с опиранием панели по контуру, с шагом поперечных стен 2,6 и 3,2 м и расстоянием между осями трех продольных стен здания по 5,75 м;
· с шагом 3,2 м и расстоянием между осями трех продольных стен 5,6 м;
· с шагом поперечных стен 2,7 и 3,3 м и расстоянием между осями трех продольных стен 6 м;
· с шагом 3,2 м и расстоянием между осями трех продольных стен 5 м;
· со взаимосмешанным шагом 3,0 и 3,3 м и расстоянием между осями трех продольных стен 5,7 и 4,8 м;
· с поперечным шагом 6 м и расстоянием между осями трех продольных стен 5 м;
· с шагом поперечных несущих стен 2,65 и 3,4 м и расстоянием между осями трех продольных стен 5,76 м;
· с продольными несущими стенами с двумя пролетами по 6 м каждый.
Пространственная жесткость в крупнопанельных зданиях достигаетается устройством:
§ многоярусной рамы, которая образована пространственным сочетанием колонн, ригелей, перекрытий и представляет собой геометрически неизменяемую систему;
§ стенок жесткости, устанавливаемых между колоннами (на каждом этаже);
§ плит-распорок, уложенных в междуэтажных перекрытиях (между колоннами);
§ стен лестничных клеток и лифтовых шахт, связанных с конструкциями каркаса;
Читайте также: