Теоретические основы архитектурно-конструктивного проектирования зданий

Раздел 1. Основы архитектурно-строительного проектирования.

Взаимосвязь функции, конструкции и формы в архитектуре.

материалы и техника конструктивных решений гражданских зданий.

Физико-технические основы проектирования.

Взаимосвязь функции, конструкции и формы в архитектуре.

Здания – это наземные строительные сооружения, имеющие внутреннее пространство, предназначенное для проживания, труда, отдыха, социально– культурного обслуживания населения, хранения материальных ценностей (жилые дома, производственные корпуса, клубы, больницы).

Наземные сооружения, не имеющие такого внутреннего пространства (мосты, эстакады), а также подземные и подводные сооружения (тоннели, плотины) называются инженерные сооружения или просто сооружения. Они выполняют чаще технические функции, предназначены для проведения производственных и непроизводственных процессов – станции метро, телевизионные и радио мачты, дымовые трубы, башни, монументы, обелиски.

Типы зданий и сооружений по функциональному назначению делятся на:

- гражданские – жилые и общественные;

- производственные – промышленные и сельскохозяйственные.

Гражданские здания обеспечивают бытовые потребности и общественную деятельность людей.

К жилым относятся здания, предназначенные для посто­янного проживания: квартирные дома, общежития, интернаты, гостиницы.

К обществен­ным относятся здания:

- учебно – воспитательных и научных учреждений – детские сады, ясли, школы, техникумы, вузы;

- зрелищные;

- ле­чебно – профилактические – санатории, дома отдыха;

- административные,

- коммуналь­ные.

Производственные здания предназначены для ведения производственной

деятельности. Такие здания обеспечивают ведение производственных процессов, защиту оборудования и работающих на произ­водстве людей от атмосферных воз­действий, комфортные условия работы.

К произ­водственным относятся:

- основные и вспомогательные здания промышлен­ных предприятий различного назначе­ния – ме­таллургии, машиностроения, химии,

- агроиндустриальных комплек­сов, сельскохозяйственных зданий.

Здания и сооружения – это искусственная среда. В природе нет помещений, необходимых человеку для жизни. Поэтому они создаются искусственно.

Здание представляет собой пространство, ограниченное строительными конструкциями. Оно предназначено:

- для кратковременного или длительного пребывания в нем людей,

- защиты их от воздействия природных факторов,

- осуществления процессов жизнедеятельности.

Это функция здания. Отвечает на вопрос «Для чего?» строится.

Но, возводя здание или сооружение, люди никогда не руководствовались только его пользой и целесообразностью. Тип здания определялся бытом, народными традициями, религиозными верованиями, идеологией общества.

Древнеримский архитектор Марк Витрувий Полион сформулировал триаду: «Польза, Прочность, Красота». Это значит, что любое архитектурное произведение имеет три группы качеств:

- функциональные – удобство, польза (Для чего?);

- конструктивные – прочность, экономичность (Как? Из чего?);

- эстетические – красота, художественный образ, выражающий содержание.

I. На начальных этапах развития человека его постройки имели чисто функциональную направленность: защита от холода, ветра, дождя, диких животных, зачастую, диких людей.

II. Позже, в эпоху бронзы (2-е тысячелетие до н.э.), к необходимости добави-

лись законы красоты. Постройки стали выражением образов.

Например, место общественных церемоний обозначалось сооружением из вертикально поставленных камней с изображением головы.

В Древнем Египте такие тяжелые сооружения из камней образно возвеличивают власть фараонов. Сами же дома египтян построены из легких строительных материалов: тростника, глины, кирпича из ила, так как климат Египта жаркий и сухой.

III. Объединение функции и красоты, конструкции и архитектуры составляет понятие «тектоника» (греч. аrchitectonike – строительное искусство).

1. Примером сочетания функции, конструкции и эстетики является ордер. В переводе с латинского «ордер» - порядок.

В архитектуре ордер – это сочетание конструкции и декора с определенным соотношением их размеров.

В основе ордера лежат конструкции – стойки и балки.

Например, в Древней Греции при строительстве религиозных

сооружений – храмов архитекторы использовали ордер, кото-

рый получил название греческий архитектурный ордер.

Основные элементы этого ордера:

- цокольная часть храма;

- колонны, которые состоят из базы, ствола и капители;

- перекрывающая часть, которая состоит из балки, фриза

(средняя западающая часть), карниза (верхняя выступающая

часть);

- фронтон треугольной формы, ограниченный сверху двумя

скатами крыши.

Цокольная часть – это основание здания.

Колонна – главная несущая часть. Она несет перекрывающую

конструкцию – балку, фриз, карниз, фронтон, крышу.

Рис. 1.1. Греческий дорический ордер

В начале стойки и балки делали из дерева, позже – из камня.

Промежутки между стойками и балками заполнялись глиняным кирпичом.

Форма колонны чаще всего повторяла растительный мотив – ствол колонны имел вид стебля, верхняя часть – капитель – вид цветка.

Между стойками и балками размещались скульптура и барельефы.

Позже в Афинах колонны были заменены человеческими фигурами.

2. Примером сочетания функции, конструкции и эстетики может быть обычная стена.

Изначально стена – это конструкция, которая выполняет функцию ограждения, деления пространства, восприятия нагрузок от собственного веса, веса перекрытий и крыши.

Конструктивно стена сначала сооружалась из бревен. Эстетика состояла в подборе качественных бревен и оформлении проемов окон и дверей резными наличниками и ставнями.

Верхняя часть стены – фронтон, на которую опирается крыша. Большие свесы крыши укрепляются конструктивными элементами – коньковым брусом, кобылками. Эти элементы декорируются: коньковый брус украшается резной головкой конька, под ней свешивается резная доска – «полотенце», кобылки имеют фигурную форму. Эти архитектурные детали собирают в одно целое бревенчатый сруб и кровлю.

Стена из камня тоже несет в себе функциональное, конструктивное и декоративное назначение:

- нижняя часть стены имеет большую толщину, т.к. это ее опора. Называется эта часть стены цоколь;

- для защиты стены от потоков дождя в верхней части стены выкладывается карниз.

Эти части выступают из плоскости стены, и уже сами по себе вносят динамику в однообразие плоскости. Профиль карниза может иметь разные формы. Плоскость стены между цоколем и карнизом служит полем для скульптурного рельефа и живописи.

Проемы окон и дверей в каменной стене имеют:

- перемычку, которая несет нагрузку от вышележащей стены;

- пояс – карниз, который защищает проем от дождевой воды, стекающей по стене. Это их функциональное назначение.

Декоративно эти элементы могут иметь разный профиль.

IV. Периодические сборища большого количества людей в одном месте – для решения каких-то общих вопросов или для молитвы, привели к необходимости в большом внутреннем свободном пространстве.

Для создания такого пространства использовались вертикальные конструкции – стены, колонны. А вместо плоского перекрытия для увеличения верхнего пространства стали строить арки и своды.

1 – крестовый;

2 – цилиндрический;

3 – монастырский;

4 – сомкнутый;

5 – стрельчатый;

6 – зеркальный;

7 – купольный;

8 – готический;

9 – парусный;

10 – византийский и.т.д.

Рис. 1.2. Типы сводов

Своды опираются непосредственно на стены и имеют в центре световой барабан.

Кроме этого арки и своды повышают акустику помещения – звук многократно отражается от поверхности перекрытия и создается эффект «микрофона».

Первоначально таким пространством обладали только культовые сооружения – церкви, соборы.

Таким образом, облик церкви обусловлен ее функциональными качествами:

- потребностью освещения этого пространства (световые фонари);

- обеспечением акустики для песнопений и чтения молитв;

- необходимостью зонирования внутреннего пространства (высокое перекрытие в средней части здания, низкое – в алтарной части и боковых частях).

Конструктивные качества здания церкви – прочность ее конструкций, надежность материалов. До наших дней сохранилось много культовых зданий из камня, кирпича, за редким исключением дерева.

Эстетические качества привлекают внимание к культовому сооружению: те-

матическая живопись, скульптура, фрески. Эти декоративные элементы зрительно

снижают массивность ограждающих конструкций.

Эстетика повлияла и на конструкцию культовых зданий. Они должны были выглядеть снаружи монументальными и высокими. Внутри здания такая высота была не нужна. Поэтому купол здания имел две части: внешнюю и внутреннюю:

- внутренний купол являлся несущей конструкцией, на которую опирался световой фонарь, и выполнялся из камня или кирпича,

- внешний купол делался в основном чисто декоративным, деревянным.

Барабан светового фонаря, кроме функции освещения, должен был сделать купол еще более высоким по отношению к внешнему пространству.

Позже большое внутреннее пространство имели уже не только культовые сооружения. Такое пространство стали создавать за счет объемных каркасных конструкций. Основа такого каркаса – стойки, балки, ригели. Промежутки между основными элементами каркаса заполняются камнем, кирпичом, деревянными элементами.

Элементы каркаса могли быть видимыми снаружи или находиться внутри здания. Пример видимого каркаса – готичес-

кое фахверковое строительство. Фах-

верки из дерева или камня не только

имеют функциональное назначение

каркаса, но и выразительны сами по

себе.

Применение каркаса дает возмож-

ность увеличить проемы окон и две-

рей, сделать витражи.

Рис 1.3. Фахверковый дом. Англия XV в.

V. Не всегда сочетание качеств функции, конструкции и формы носило гармо

ничный характер. Например, в эпоху капитализма появилось понятие эклектика.

Эклектика – это смешение форм различных стилей. Появление эклектики привело к нарушению связи между функцией, конструкцией и обликом архитектуры.

Фасады зданий в этот период отличались пестротой – наличие множества плохо сочетаемых между собой элементов не было обосновано функционально. Имела место перегрузка декором.

Например, в фасадах Большого Кремлевского дворца в Москве (1839-1849, К.Тон) соединены современные приемы архитектуры с деталями древнерусской и византийской архитектуры.

VI. Как реакция на эклектику в начале 90-х годов XIX в. в Европе возник новый стиль – модерн (фр. – современный). В этом стиле нет исторической преемственности, симметрии и классических форм. Использовались новые конструктивные и цветовые решения, новые материалы – бетон, сталь, керамика.

В стиле модерн, например, выполнен особняк Рябушинского (Тверской бульвар – Малая Бронная: сейчас музей М. Горького).

1.4. Особняк Рябушинского

(Москва. 1900-1902. Ф. Шехтель)

В этом здании жесткие плоские формы конструкций сочетаются с вычурными элементами входа, обрамления окон 1 этажа, декоративных решеток.

VII. В конце XIX в. в Чикаго американский архитектор Л.Салливен (1856-1924) применил идею стального каркаса в строительстве многоэтажных зданий. Ему принадлежат слова «форма следует функции», т.е. форма сооружения зависит от его назначения.

VIII. На смену модерну приходит «рациональная» архитектура.

Рационализм – от латинского «рацио» - разумный. Снова на сцену выходит конструктивизм с его стандартизацией, типизацией, массовым строительством. Появляется многоквартирное жилье и дома в виде секций.

В России рационализм был оправдан после Великой отечественной войны, когда средств не было, но нужно было восстанавливать разрушенные города. На первый план выдвигалась функция и конструкция зданий, а внешняя и внутренняя формы были упрощены.

Экономия горизонтальной площади и использование вертикального пространства привели к созданию новых технологий строительства – армирование бетона – железобетон, монолитный железобетон. Возникает серийность строительства.

На первый план выдвигается функционализм. Эстетический облик новых сооружений несколько поблек. Здания имели простую геометрическую форму, использовались простые архитектурные способы выразительности – цвет, фактура материала.

Французский архитектор Ле Корбюзье (1887-1965) формулирует пять основных принципов новой архитектуры:

- гибкая планировка, возможная внутри каркасной конструкции;

- свободное решение фасада, вынесенного перед каркасом;

- сплошные горизонтальные ленты окон;

- плоская крыша, которую можно использовать как сад;

- постановка здания на железобетонные столбы с отрывом от земли, чтобы проложить под зданием зеленую зону.

Элементы здания получают четко определенные функции:

- каркас – система жестко скрепленных стоек и ригелей – воспринимает нагрузку от всех сил, воздействующих на здание,

- плоские элементы – перегородки и ограждения – освобождены от нагрузки, защищают и расчленяют пространство.

В таких сооружениях сложилось два варианта композиции:

- каркас скрыт за ограждениями;

- каркас выведен наружу и является видимым (подобие фахверкового строительства).

Эстетика сводится к размещению на плоских поверхностях стен мозаики, живописи, барельефа. В качестве остекления используются сплошные витрины, витражи.

В многоэтажном каркасном строительстве плоскости стен (панелей) делят фасад на ячейки. Эти ячейки образуются горизонтальными и вертикальными швами. Создается модуль членений с ритмом и метром.

Такая ритмическая повторяемость элементов зданий напоминает орнамент. В этот орнамент могут быть включены окна, балконы, лоджии и декоративные элементы отделки поверхности наружных стен.

Рис. 1.5. Здание музея в Ташкенте

На фасаде здания музея в Ташкенте вертикальные полосы остекления чередуются с рельефными ажурными решетками.

Основа архитектуры стала состоять в серийности и индустриальности строительства. Но благодаря этим принципам появились новые виды покрытий – ведь огромные пространства с минимальным количеством опор каркаса надо было чем-то перекрывать? Появились:

- вантовые покрытия из гибких элементов – растяжек, систем стальных тросов; - складчатые конструкции, имеющие вид железобетонных складок (покрытие стадиона Лужники);

- цилиндрические оболочки из железобетона;

- поверхности двоякой кривизны - гиперболические параболоиды. Например,

здание велотрека в Крылатском (1980, Н. Воронина).

Рис. 1.6. Крытый велотрек а Крылатском.

Потребность в строительстве новых типов зданий – крупных корпусов фабрик, заводов, многоквартирных домов – привела к появлению новых строительных материалов и конструкций – чугун, прокатное железо, армоцемента.

За счет свойств этих материалов стало проще создать задуманную форму. Например, металл или монолитный бетон гораздо более гибкие материалы, чем камень или кирпич.

Пример, здание ГУМа (1889-1893, А. Померанцев) в Москве. Большие пролеты в этом здании перекрыты металлическими и железобетонными конструкциями, использованы мостики и внутренние переходы.

XIX. В середине ХХ в. в мире появляется новое веяние – пост-модернизм (его популяризаторы Ч. Дженкенс, Р. Стерн, Ч. Мур) – это сенсационные эффекты на основе неожиданных форм. Снова к жизни возвращается форма и эстетика.

При этом создание формы сооружения и его элементов основывается на:

- связи с окружающей средой (например, формы и линии изломаны и как бы воспроизводят ритмы живой природы, стилизованно – растительные орнаменты);

- использовании исторических элементов,

- поиске неконструктивных и нефункциональных элементов (от которых нет ни конструктивной, ни функциональной пользы, которые работают чисто в эстетическом плане): символика, эклектика, образы. Используется контрастное сопоставление материалов – например, металл – стекло; асимметрия.

XX. Удар по эстетической стороне архитектуры России был нанесен в 1955г., когда ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве». Последствием этого решения стали типовые дома, возведенные поточно-скоростным методом, дома из крупных блоков, в лучшем случае украшенные унифицированными элементами. Например, ажурными типовыми экранами - плита «паранджа».

До сих пор используются типовые проекты школ, детских садов, спортивных сооружений, кинотеатров, даже театров.

На смену камню приходит монолитный бетон. При этом лицевая поверхность стены становиться только имитацией кирпичной кладки с набором архитектурных деталей, например, имитирующих колонны, проемы.

РЕЗЮМЕ. Таким образом,

Функция влияет на:

- тип архитектурного сооружения,

- количество и состав помещений в нем, их расположение, группировку и размеры. Например, есть разница между жилым, общественным или промышленным зданием.

Конструкции зависят от свойств и качеств строительных материалов и изменяются с их развитием. Например, в классическом периоде древнегреческой архитектуры несущие конструкции зданий возводили из мраморных блоков. В императорском периоде (31 г. до н.э. - V в. н.э.) здания строили из обожженного кирпича в сочетании с бетоном. Такие материалы расширили композиционные возможности. Сейчас применяется индустриальная техника монолитных и сборных железобетонных конструкций, металл.

Эстетические качества здания – это решение его внешнего и внутреннего облика.

Облик здания создают общие и частные архитектурные формы.

Общие архитектурные формы – это внешние и внутренние объемы сооружения, силуэты, пропорции.

Частные архитектурные формы – это карнизы, балконы, наличники окон и дверей, элементы декора.

Особенность работы дизайнера состоит в том, что она включает в себя и технику и искусство. С одной стороны, проектирование ведется на основе инженерно-технических знаний. С другой стороны, - на основе творческого процесса, т.е. мыш-

ления образами и формами.

Практика доказывает, что наиболее плодотворные результаты достигались, когда форма развивалась на основе конструктивной и функциональной логики.

Здесь возможны варианты.

1. Архитектурная форма может близко совпадать с конструкцией и функцией – необходимостью (например, как остов растения открыт и видим). При этом художественная выразительность отличает форму от утилитарности, обыденности. В то же время целесообразность удерживает от излишнего усложнения.

2. Архитектурная форма отражает структуру конструкции и работу материала, но сама конструкция скрыта (например, костяк живой человеческой руки можно только угадывать). Декоративные детали обладают художественной правдивостью, это не выдуманный стиль.

материалы и техника конструктивных решений гражданских зданий.

Творческие замыслы и фантазии архитектора реализуются в материальной форме – в изделиях и конструкциях, которые выполнены из конкретных строительных материалов. От того, в каком материале выполнено здание – в дереве или камне, в металле или железобетоне, - зависят и архитектурный облик, и конструктивные решения этого здания.

1. Простейшие естественные строительные материалы без дополнительной технологической обработки применимы в постройках примитивной формы. Это было характерно для ранней стадии развития архитектуры.

2. На этапе родовых отношений у человека появляются специальные инструменты для строительства. Например, для простой обработки древесины.

Родовая зависимость диктует и новые конструктивные решения – люди создают однотипные постройки в пределах одного рода. Этим удовлетворяются элементарные потребности человека. Но уже появляются культовые сооружения – т.е. новые типы построек.

3. С развитием общины к постройкам жилого и культового назначения прибавляются оборонительные сооружения. Это уже требует дополнительной обработки простых материалов, усложнения технологии возведения построек (оборонительные сооружения имеют большую высоту).

4. Общественное расслоение приводит к появлению ремесла, а значит и новых видов производственных и инженерных построек. Они должны быть уже не только надежными, но и комфортными.

Это приводит:

- к созданию новых искусственных строительных материалов: керамического кирпича, черепицы, металла;

- к строительству инженерных сооружений.

5. Развитие государства усложняет разновидности построек. С целью удовлетворения всех потребностей возводятся жилые, культовые, общественные, производственные здания.

Требуются уже не только высокая надежность и комфорт, но и эстетические качества – форма сооружения, его художественная выразительность.

Наиболее распространены в качестве строительных материалов – сталь, железобетон, древесина, кирпич, камень.

Строительные материалы выбирают на основании расчетов строительных конструкций по СНиП:

- СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»;

- СНиП II-24-74 «Алюминиевые конструкции»;

- СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»;

- СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»;

- СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

Здание должно быть долговечным и экономичным.

От степени долговечности и экономичности здания зависит выбор строительных материалов.

В течение времени за определенными видами конструкций закрепились соответствующие материалы.

Например, никому не придет в голову перекрывать помещение досками – это ненадежно и недолговечно. Если перекрытие выполняется из дерева, то это не доски, а брус – элементы большего сечения. И укладывается он с определенным шагом. Только потом возможно выполнить покрытие из досок.

Сталь используется для строительства большепролетных и высотных зданий и сооружений (L >24 м, H>10 м), в промышленных цехах.

Это относительно легкий и высокопрочный материал. С его помощью можно создавать различные сложные формы.

В небольших зданиях сталь используется для создания легких конструкций и придания им архитектурной выразительности.

Сталь используется в виде:

- стальных прокатных профилей – уголки, двутавры, тавры, швеллеры;

- листов.

Перечень существующих прокатных профилей и листов приводится в сборниках, которые называются сортаментом. В сортаменте указана форма профиля, его геометрические характеристики, масса единицы длины. Длина профилей обычно унифицирована – 6, 9,12 м.

Стальные элементы соединяются между собой с помощью:

- сварки (сварные соединения), ПОКАЗАТЬ УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ

- болтов (болтовые соединения).

Алюминий – имеет легкий вес. Хорошо работает при низких температурах. Алюминиевые профили тоже унифицированы и описаны в сортаменте.

Они могут быть:

- прессованные в формах,

- гнутые,

- листовые.

Прессованные профили изготавливают путем нагрева алюминиевой заготовки и продавливания ее через форму с заданным сечением.

Гнутые профили получают путем выкраивания из готового листа и последующего сгиба.

Алюминиевые элементы соединяются между собой с помощью:

- холодной сварки (сварные соединения),

- болтов (болтовые соединения),

- винтов (винтовые соединения), винтов – саморезов.

Железобетон – это комплексный строительный материал. Состоит из арматуры и бетона.

Бетон – это смесь цемента, наполнителя (галька, щебень, песок, керамзит), воды, специализированных добавок (быстротвердеющих, морозоустойчивых, красителей).

Бетон бывает: тяжелый, мелкозернистый, легкий, ячеистый, специальный. Отличается плотностью и прочностью. Наиболее прочный – тяжелый бетон. Ячеистый бетон используют в качестве утеплителя. Он в своем составе имеет пустоты – поры, содержащие воздух.

Бетон имеет различные марки. Например, тяжелый бетон применяется для несущих конструкций и имеет марку В15, В20, В25, В30, В35. В зависимости от содержания цемента.

Арматура – это стальная проволока или стержень. Имеет определенные диаметры и длину. Характеристики арматуры описаны в сортаменте.

Конструкции из железобетона прочны, но много весят. Поэтому применяют полые конструкции, с пустотами внутри для уменьшения их веса.

Железобетон используется в монолитном домостроении, особенно высотном.

Некоторые конструкции возможны только из железобетона. Например, существует конструкция железобетонного моста через Берингов пролив длиной 32 км на двух опорах. Существует проект железобетонной башни высотой 2 км.

Кирпич – это несущий, теплоизоляционный и отделочный материал. Прост в использовании. Это штучный материал. Имеет размеры:

- 120 х 65 х 250 мм,

- 120 х 75 х 250 мм.

Укладывается на раствор – смесь цемента, песка и воды. Возможны различные добавки.

Кирпичи бывают:

- глиняные пластического прессования;

- глиняные полусухого прессования (зависит от степени обжига в печи);

- силикатные (с добавлением цемента).

Различают марки кирпича. Например, М200, М150, М125, М100. Марка харак-

теризует прочность кирпича.

Кирпич для несущих конструкций обязательно должен быть сплошного сечения. Для теплоизоляции и облицовки используется легкий пустотный кирпич. Силикатный кирпич не используют для кладки наружных стен, т.к. он не устойчив к влаге. Стены из силикатного кирпича нужно дополнительно облицовывать.

Область применения кирпича ограничена – это мало- и среднеэтажное строительство.

Древесина – проста в обработке, имеет высокие теплотехнические свойства, стойкость к химической агрессии, возможность склеивания. Высокая прочность при небольшом весе. В качестве несущих конструкций применяют сосну, ель, лиственницу, березу.

Лесоматериалы в строительстве бывают:

- круглые – бревна,

- пиленые – рейки, доски, бруски,

- клееные – фанера.

Имеющиеся профили из древесины и их геометрические размеры перечислены в сортаменте.

Обычно бревна имеют диаметр 140 – 240 мм, длину 4 – 6,5 м с градацией через 0,5 м. Пиленые материалы бывают шириной 6 – 250 мм, толщиной 16 – 250 мм, длиной 2 – 6,5 м.

Фанера бывает листовой, типовой толщины 8, 9, 10, 12 и 15 мм.

Древесина – природный материал, она может иметь дефекты – сучки, трещины¸ сколы. Поэтому древесину по качеству делят на три сорта. Наиболее качественна древесина первого сорта.

Из клееных конструкций можно сформировать сложное сечение и форму. Например, клееными деревянными арочными конструкциями возможно перекрывать пролеты до 100 м и более – какие-то зрелищные пространства. По сравнению с металлическими и железобетонными конструкциями они обладают меньшим весом.

Наиболее эффективны деревянные конструкции:

- при сооружении хранилищ для агрессивных материалов,

- фундаментов зданий, строящихся на воде (Голландия).

Деревянные элементы соединяются между собой:

- шипами, втулками, нагелями (НАРИСОВАТЬ);

- болтами, винтами, скобами,

- на клею.

Ткани в строительстве используются для создания мягких покрытий – оболочек. Это тентовые, надувные каркасные и бескаркасные оболочки.

Используются при строительстве промышленных зданий, складов, гаражей. Здесь требуются долговечные ткани, с водоотталкивающей пропиткой.

Физико-технические основы проектирования.

Проектирование любого архитектурного объекта должно быть целесообразным. Это значит, что в объекте должны быть увязаны функция, конструкция и эстетика (или форма).

Функционально в здании необходимо создать среду:

- для комфортного пребывания человека,

- для осуществления им разнообразных процессов – труда, отдыха, быта.

Эстетически объект должен быть:

- приятен глазу,

- выполнен по законам композиции,

- увязан с окружающей застройкой.

На основе функции и эстетики выбираются технические решения здания:

- конструктивные схемы объекта,

- строительные материалы,

- промышленные изделия.

Конструктивно объект должен быть:

- прочен, надежен,

- долговечен.

При проектировании зданий и сооружений обязателен учет природных и климатических особенностей района, где будет строиться объект.

Учитываются основные природные факторы:

- температура и влажность воздуха,

- инсоляция, солнечная радиация,

- ветер, осадки,

- снеговой покров, геофизические показатели.

При проектировании необходимо учитывать и экономические факторы. Зачастую полет архитектурной фантазии отрывается от реальности. И чтобы выполнить какую-либо воздушную конструкцию требуется расчет элементов такой конструкции. И получается, что для обеспечения надежности конструкции нужны прочные материалы, большие сечения элементов. Экономика требует, чтобы расход материалов, идущих на изготовление конструкций, был минимальным.

Физико – техническое проектирование начинается с определения степени ответственности здания. По степени значимости и ответственности все здания делятся на классы. Классы определены СНиП II-А.3-62 «Классифи­кация зданий и сооружений. Основные поло­жения проектирования».

Всего классов ответственности 4:

- I класс – крупные общественные здания (музеи, театры), правительственные учреждения, жилые дома высотой более 9 этажей, крупные электростанции и т.д.;

- II класс – школы, больницы, детские учреждения, административные здания, предприятия торговли и питания, жилые дома высотой 6…9 этажей, крупные производственные здания;

- III класс – жилые дома не более 5 этажей, небольшие общественные здания;

- IV класс – малоэтажные дома, небольшие производственные здания, где возможна быстрая эвакуация людей.

Здания относят к этим классам на основании:

• хозяйственного значения и мощности (вместимости) объекта;

• концентрации материальных ценностей и уникального оборудования, установленного в здании;

• капитальности;

• долговечности;

• огнестойкости;

• износу;

• по составу помещений, их площади и объему, качеству наруж­ной и внутренней отделки, функциональным процессам в этих помещениях.

Все показатели надежности, долговечности, прочности, устойчивости тоже зависят от класса ответственности здания.

Надежность – это способность зданий и сооружений безотказно выполнять заданные функции в течение всего периода эксплуатации.

Долговечность – это свойство зданий сохранять свои качества в течение установленного срока службы, в определенных условиях, при заданном режиме эксплуатации (климатические и другие условия) без разрушений, потери внешнего вида и формы.

По долговечности (сроку службы) все здания делятся на 4 степени:

- I степень — со сроком службы более 100 лет;

- II степень — 50 – 100 лет;

- III степень — 25 – 50 лет;

- IV степень — более 5 – 20 лет (временные зда­ния).

Долговечность здания зависит:

- от методов за­щиты элементов здания от разрушающих внешних воздействий – осадков, радиации, шумов, вибраций;

- от надежности его элементов – конструкций.

- от качества строительных материалов.

Прочность – это способность здания или сооружения сопротивляться действию нагрузки, не разрушаясь в течение заданного срока эксплуатации. Т.е. это неразрушаемость здания.

Нарушение прочности – это появление трещин, изломов, разрывов. Для обеспечения прочности здания нужно, чтобы его элементы имели достаточные размеры, которые определяются расчетом.

Устойчивость – это способность здания или сооружения сохранять свою первоначальную форму равновесия под действием нагрузки в течение всего срока службы. Потеря устойчивости – это необратимые искривления отдельных элементов конструкций, например, колонн, стоек ферм (пример: обрушение оболочки покрытия развлекательного комплекса в Москве в 2006 г.). Для предотвращения потери устойчивости производят расчет на устойчивость.

Таким образом, при разработке конструкций здания расчетами определяют форму, размеры и сечения конструктивных элементов.

Жесткость – это способность конструкции в целом и в отдельных ее частях упруго деформироваться в заданных пределах. Эти пределы устанавливаются на основе опыта строительства.

Т.е. конструкции здания не статичны. Они могут смещаться, но в допустимых пределах.

Например, под собственным весом, весом оборудования, людей плита перекрытия может прогибаться, но не более чем на 1/200 своего пролета. Если плита имеет длину 6 м, она может «провиснуть» на 3 см, не более (600: 200 = 3). Такое перекрытие считается жестким.

Например, здание повышенной этажности считается жестким, если его отклонение от вертикальной оси не выше 1/500 его высоты. Если здание имеет высоту 200 м, оно вполне законно может отклониться в сторону на 40 см (Останкинская телебашня при высоте 500 м может отклониться в сторону на 1 м).

Строительные материалы, из которых изготовлены конструкции здания, характеризуются показатели стойкости:

- морозостойкость;

- влагостойкость;

- биостойкость;

- стойкость против коррозии и т.д.

Морозостойкость – это максимальное число циклов замо­раживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии, при котором материал не получает никаких внешних разрушений, трещин, выкра­шиваний и теряет в прочности не более 25% против первоначального значения.

Влагостойкость –это способность материала сопротивляться разрушающему действию влаги, которая вызывает набухание, ко­робление, расслоение с последующим раст­рескиванием и потерей прочности материала. Материалы, не обладающие влагостойкостью, можно применять только во внутренних конструкциях сухих помещений и помещений с нормальной влажностью.

Для строительных материалов установле­ны 3 степени влагостойкости:

- Iсте­пень влагостойкостиимеют обожженный глиняный кирпич, природные камни, керамические блоки, неко­торые виды пластмасс, бетоны;

- IIстепень влагостойкостиимеют силикатный кирпич, глиняный кирпич полусухого прессования, пористая керамика, изделия из водостойкого бетона, пустотелые камни.

- III степень влагостойкости имеют изделия из не­обожженной глины, грунта, гипса, а также древесина и другие органические материалы.

Коррозионная стойкость – этоспособ­ность материала сопротивляться разрушению под действием воды, водяных паров, газов, химических веществ, содержащихся в окру­жающей среде. Материалы, не обладающие необходимой коррозиестойкостью, при­меняют в строительстве только с соответствующей защитой (пленками, окраской, цементной шту­катуркой).

Биостойкость – это способность материала сопротивляться разрушающему дей­ствию микроорганизмов – плесени, разных видов домовых грибков.

Если невозможно подобрать материалы с необходимой стойкостью, предусматривают меры защиты нестойкой конструкции – обмазки, покрытия химическими составами, пропитки, штукатурка и т.п.

Здания и сооружения, рассчитанные на существование в течение нескольких сотен лет — памятники, крупные уникальные здания и сооружения – строят из самых надежных и долговечных материалов.

Огнестойкость – это сопротивление воздействию огня. Чем больше предполагаемый срок службы здания и его конструкций, тем выше должна быть степень их огнестойкости. Степень огнестойкости устанавливается в зависимости от назначения здания, его этажности согласно СНиПам.

Огнестойкость здания и конструкций определяется пределом огнестойкости – это время в часах, в течение которого данная конструкция сопротивляется действию огня или высокой температуры до появления трещин, отверстий, через которые проникают продукты горения.

Максимальный пределогнестойкости допускает повреждения конструкций, но в определенных размерах.

Например, стены и перегородки из кирпича имеют предел огнестойкости:

- при толщине 6,5 см - 0,75 часа;

- при толщине 12 см – 2,5 часа;

- при толщине 25 см – 5,5 часов.

При проектировании здания учитываются природные факторы. На их основе создают микроклимат в помещениях:

- определенная температура и влажность воздуха,

- естественное и искусственное освещение,

- инсоляция,

- звукоизоляция и звукопоглощение.

Микроклимат помещения называют санитарно – гигиеническими условиями.

Например, для поддержания в здании необходимой постоянной комфортной

температуры воздуханужно правильно выбрать конструкцию наружных стен, покры­тий и заполнения световых проемов. Это может быть стена из однородного материала – кирпича, природного камня, или сложной конструкции – с приме­нением утепляющего материа­ла.

Минимальную необходимую толщину на­ружных стен определяют на основе

теплотехнического расчета по СНиП II-А.7-71 «Строитель­ная теплотехника. Нормы проектирования». При этом имеет значение:

- температура наружного воздуха в районе строительства;

- температура и влажность внутреннего воздуха помещений для зданий данного вида;

- допустимый перепад температуры внутреннего воздуха и температуры внутренней поверхности ограждения;

- теплопроводность материалов, из которых проектируется стена.

Влажность воздуха влияет на теплообмен человека. Например, при проектировании объекта в зоне жаркого климата с высокой влажностью воздуха учитывается необходимость интенсивного проветривания помещений. С этой целью помещения ориентируют в противоположные стороны для создания возможности сквозняка, а проемы в стенах делают от пола до потолка.

С учетом климатических условий выбирается остекление оконных проемов -одинарное, двойное или тройное. Например, при большом количестве холодных дней

в году эффективнее:

- сократить площадь остекления здания,

- использовать двойное или тройное остекление.

Разме­ры и расположение световых проемов определяют на основе расчета естественногоосвещения помещения с учетом нормативных требований к помеще­ниям данного назначения по СНиП. При небольшой продолжительности светового дня проектируется система искусственного освещения, максимально приближенная

к естественному.

Инсоляция (от лат. Insolo – выставляю на солнце) – это солнечное облучение. При проектировании необходимо:

- и обеспечить доступ света в помещения здания;

- и обеспечить защиту от его чрезмерного проникновения (перегрев, световой

дискомфорт, ослепление).

Это достигается техникой конструктивных решений здания:

- затенением фасадов зданий и территории застройки – навесы, козырьки, придомовое озеленение;

- затенением световых проемов - жалюзи;

- кондиционированием воздуха в помещении.

Условия необхо­димой инсоляции:

инсоляция помещений гражданских зданий обеспечивается такой их ориентацией и вза­имным расположением, чтобы в период с 22 марта по 22 сентября в районах южнее 58° северной широты и с 22 апреля по 22 авгу­ста в районах севернее 58° северной широты не менее 2,5...3 ч в сутки непрерывно облучались естественными солнечными лу­чами:

- комнаты однокомнатных квартир,

- 30 % комнат многоком­натных квартир,

- все жилые помещения в общежитиях и гостини­цах,

- нежилые помещения с пребыванием людей более 6 ч в сутки.

В южных районах страны должны приниматься меры по уменьше­нию инсоляции.

При проектировании учитывается направление ветра, повторяемость этих направлений, скорость движения ветра. В отношении городской застройки это необходимо для взаимного расположения промышленных предприятий и жилья, инфраструктуры (детские сады, школы располагают, как правило, в замкнутых дворах, защищенных от ветра).

В отношении зданий и сооружений учитывается величина ветровых нагрузок, особенно при проектировании зданий большой высоты (возможно отклонение от вертикальной оси), с большими плоскостями стен (возможна парусность). При этом имеет значение сопротивление воздухопроницанию стыков конструкций, оконных и дверных заполнений.

Осадки в виде дождей и снега учитываются при проектировании объектов по силе и продолжительности. Например, от этих показателей зависит форма крыши здания или сооружения – малое количество осадков на территории строительства в год – более плоская крыша, большое количество – высокие крыши с большим уклоном и системой водостоков.

В зданиях устраивают козырьки, навесы для защиты входов от осадков. Вес снегового покрова учитывается при расчете конструкций на прочность и устойчивость (пример: обрушение павильона крытого рынка в Москве в 2008 г. от снегового мешка).

Конструктивные решения перекрытий и перегородок проверяют на звукопровод­ность акустическим расчетом. Звукоизоляция достигается:

- уплотнением зазо­ров между конструктивными элементами. Это исключает возможность прохождения звуковых волн из одного по­мещения;

- при­менением конструкций перекрытий и перегородок с воздушными пустотами и укладкой слоев звукоизоляционных материа­лов.

Геофизические показатели учитываются при проектировании фундаментов и выборе объемно – планировочного решения здания. Это характеристики грунта в месте проектирования, глубина промерзания, просадка грунта, сейсмичность.

Таким образом, выявляется последовательность проектирования здания:

1. Устанавливается класс здания.

2. Устанавливается необходимая для такого здания степень огнестойкости и долговечности.

3. Подбираются строительные материалы заданной стойкости.

4. Выбирается конструктивная схема здания.