4.1. Основные конструктивные элементы зданий

Несмотря на большое разнообразие зданий по назначению, объемно-планировочным и конструктивным решениям, все они состоят из некоторого ограниченного числа взаимосвязанных частей или элементов, которые иногда называют архитектурно-конструктивными элементами.

Все конструктивные элементы здания можно разделить на несущие и ограждающие. Такое деление связано с назначением этих элементов, с условиями их работы в структуре здания при восприятии нагрузок и воздействий, которым они подвергаются в ходе строительства и в процессе эксплуатации.

Назначение несущих конструкций здания – воспринимать все виды нагрузок и воздействий силового характера, возникающих в здании, и передавать их через фундаменты на грунт. Такими конструкциями являются, например, фундаменты, стены.

Назначение ограждающих конструкций здания – изолировать пространство здания от внешней среды, разделять пространство на отдельные помещения и защищать их от всех видов воздействий несилового характера. Примерами таких конструкций могут служить перегородки, кровля, окна.

Ряд конструктивных элементов выполняют одновременно несущие и ограждающие функции, например, наружные и внутренние несущие стены одновременно могут являться вертикальными опорами для плит перекрытия и ограждающими конструкциями.

Основными элементами зданий (рис. 5–8) являются: фундаменты, стены, перегородки, перекрытия, крыши, покрытия, отдельные опоры, лестницы, балконы, окна, двери, фонари, подкрановые балки и др.

Фундаменты – подземные несущие элементы зданий, предназначенные для восприятия нагрузки от здания и передачи ее на основание.

Основаниями зданий служат грунты, находящиеся под нижней плоскостью фундаментов, называемой подошвой фундамента. Если нагрузка от здания передается через подошву фундамента на грунт, находящийся в состоянии его природного залегания, то такой грунт является естественным основанием. Грунты, предварительно уплотненные или укрепленные другими способами, принято называть искусственными основаниями.

Стены могут быть как ограждающими, так и совмещающими ограждающие и несущие функции.

Стены, на которые, кроме собственного веса, передаются нагрузки от других элементов зданий (перекрытий, крыш, покрытий, лестниц), называют несущими.

Стены, являющиеся только ограждениями помещений зданий от внешнего пространства и передающие собственный вес в пределах каждого этажа, опираясь на другие несущие конструкции здания, называют ненесущими. Такие же стены, навешиваемые на вертикальные конструкции каркаса здания, принято называть навесными. Если стены опираются на фундаменты или фундаментные балки и на них никакие нагрузки, кроме собственного веса, не действуют, то их называют самонесущими.

Стены, отделяющие помещения в зданиях от внешнего пространства и защищающие их от атмосферных воздействий, называются наружными, а отделяющие одни помещения внутри зданий от других – внутренними. Внутренние стены, выполненные из несгораемых материалов в соответствии с требованиями противопожарных норм как противопожарные преграды, называются брандмауэрными.

Перегородки являются ограждающими элементами и предназначаются для разделения внутреннего пространства зданий в пределах каждого этажа на отдельные помещения. В каждом этаже перегородки опираются на перекрытия и на них передают свой вес.

Перекрытия являются элементами зданий, совмещающими ограждающие и несущие функции. Перекрытия предназначаются для разделения зданий на этажи, ограничивая в каждом этаже помещения сверху и снизу. В этом заключается их ограждающая функция. Кроме собственного веса и постоянной нагрузки от веса перегородок, на перекрытия воздействуют полезные (временные) нагрузки от веса людей, мебели, оборудования и других предметов, расположенных непосредственно на перекрытиях. Воспринимая и передавая эти нагрузки другим несущим конструкциям здания, перекрытия выполняют несущие функции. Одновременно перекрытия, являясь горизонтальными диафрагмами (дисками), способствуют повышению пространственной жесткости здания в целом, т. е. неизменяемости его конструктивной схемы под воздействием различных нагрузок.

Перекрытия, разделяющие здания на смежные этажи, называют междуэтажными; отделяющие нижний этаж от грунта – нижними; отделяющие нижний этаж от подвала – надподвальными; отделяющие верхний этаж от чердака – чердачными.

Крыши – также элементы зданий, совмещающие ограждающие и несущие функции. Верхний водоизолирующий слой крыши называется кровлей.

Ограждающие функции крыши состоят в защите здания сверху от атмосферных осадков, солнечных лучей и ветра. Несущие функции крыши состоят в восприятии и передаче на другие несущие конструкции здания различных нагрузок (от людей, снега, воды, ветра, различных устройств на крышах и др.), которые могут воздействовать на крыши.

Если между крышей и чердачным перекрытием имеется неотапливаемое помещение, называемое чердаком, то крыша над таким зданием носит название чердачной. При пологих и плоских крышах, а также в промышленных зданиях часто чердаков не делают, а чердачное перекрытие совмещают в одну конструкцию с крышей, которая в этом случае на гражданских зданиях называется бесчердачной или совмещенной, а в промышленных зданиях – покрытием.

Отдельные опоры являются несущими элементами зданий. Они выполняются в виде колонн, столбов или пилонов и предназначаются для восприятия нагрузок от перекрытий, крыш, покрытий, мостовых кранов, стен и передачи этих нагрузок на фундаменты зданий.

Перекрытия и покрытия могут опираться непосредственно на колонны и столбы или через посредство опирающихся на них мощных балок (прогонов, ригелей) или ферм.

Колонны с такими балками и фермами составляют несущий каркас здания.

Рис. 2. Элементы жилого здания бескаркасной конструктивной схемы:

1 – наружная несущая стена из крупных блоков; 2 – внутренняя несущая продольная стена; 3 – междуэтажное перекрытие; 4 – надподвальное перекрытие; 5 – стена подвала; 6 – фундаментный блок; 7 – гидроизоляция стены подвала; 8 – пол подвала по грунту; 9 – цоколь; 10 – межкомнатная перегородка; 11 – лестничный марш; 12 – железобетонная плита совмещенной крыши; 13 – элемент сборного карниза; 14 – совмещенная крыша с рулонной кровлей; 15 – лестничная площадка

Рис. 3. Конструктивная схема жилого дома с неполным каркасом:

1 – блоки фундамента; 2 – блоки стен подвала; 3 – сборные железобетонные приямки; 4 – железобетонные колонны подвала; 5 – перекрытие над подвалом; 6 – железобетонные колонны первого этажа; 7 – перемычки над витринами; 8 – ригеля перекрытий над первым этажом; 9 – панели перекрытий; 10 – двухэтажные колонны сборного каркаса; 11 – стык колонн; 12 – ригель сборного каркаса; 13 – кирпичная стена; 14 – облицовка; 15 – перегородки; 16 – площадки лестницы; 17 – марши лестниц; 18 – перегородка из стеклоблоков; 19 – сантехнический блок; 20 – блок мусоропровода; 21 – вентиляционный блок; 22 – сборные деревянные стропила; 23 – щитовая обрешетка; 24 – утепление колонн в пределах этажа

Рис. 4. Конструкция каркасного жилого дома:

1 – панель стены без оконных проемов; 2 – панель простенка; 3 – панель стены с оконным проемом; 4 – угловая панель стены; 5–6 – вентиляционные и сантехнические блоки; 7 – панель перекрытия; 8 – панель перегородки; 9 – стойки каркаса; 10 – ригель каркаса; 11 – стык стойки; 12 – панель входа; 13 – панель лестничной клетки; 14 – лестничная площадка; 15 – лестничный марш; 16 – утеплитель

Лестницы относятся к несущим элементам зданий и предназначаются для сообщения между этажами и в отдельных случаях с чердаком и для выхода на крышу. В противопожарных целях лестницы в многоэтажных зданиях устраивают в отдельных помещениях, лестничных клетках, имеющих несгораемые ограждающие конструкции. В лестничных клетках в большинстве случаев располагают и лифты, которые также предназначаются для сообщения между этажами и для подъема грузов и людей на этажи.

Элементы лестниц – марши и площадки – воспринимают нагрузки от передвигающихся по ним людей и перемещаемых грузов и передают эти нагрузки на стены, ограждающие лестничную клетку, или на несущие элементы каркаса здания.

Балконы являются несущими элементами зданий, предназначаемыми для повышения эксплуатационных качеств жилья. Кроме того, балконы – один из элементов архитектурного оформления фасадов зданий.

Выразительным элементом архитектурного оформления фасадов являются также эркеры. Эркер представляет собой вынесенную из плоскости фасада здания часть жилой комнаты или другого помещения, огражденную с двух или трех сторон стенами, имеющими оконные проемы. Выполненные таким образом эркеры можно рассматривать в виде закрытого остекленного балкона.

Лоджии представляют собой балконы, размещенные в габаритах здания, занимая таким образом часть площади и объема помещения, которая могла бы быть отапливаемой. Помимо чисто архитектурного значения, лоджии находят рациональное применение в условиях жаркого климата и на южных фасадах зданий в местностях с умеренным климатом, предохраняя помещения от чрезмерного перегрева солнечными лучами.

В жилых и культурно-бытовых, преимущественно одноэтажных и малоэтажных зданиях часто устраивают пристройки облегченной конструкции – веранды.

Веранды делают остекленными со всех сторон, частично остекленными с наветренной стороны или открытыми, имеющими только крышу, пол и перила по периметру.

Окна являются ограждающими элементами зданий, предназначенными для освещения и проветривания помещений. Двери – также ограждающие элементы зданий, предназначенные для сообщения между смежными помещениями или между помещениями и наружным пространством.

В промышленных, сельскохозяйственных и некоторых гражданских зданиях для завоза в них и вывоза крупногабаритного оборудования, изделий, материалов и других грузов, кроме дверей, устраивают ворота.

В этих же зданиях для освещения помещений и их проветривания, если этого нельзя осуществить с помощью окон, в покрытиях устраивают световые и аэрационные фонари.

В ряде промышленных зданий для выполнения внутрицеховых транспортных операций применяют мостовые краны и кран-балки, которые передвигаются по крановым путям, уложенным на специальные балки, называемые подкрановыми балками. Подкрановые балки – несущие элементы, опирающиеся на консоли и специальные ветви колонн несущего каркаса здания. Кран-балки часто передвигаются по нижним полкам стальных двутавровых балок, подвешенных к несущим элементам (балкам, фермам и др.) покрытий или перекрытий зданий.

Кроме перечисленных выше элементов, в зданиях имеются еще козырьки над входами, входные площадки, приямки у окон подвалов, сходы в подвалы и др.

Для обеспечения необходимых гигиенических условий труда и быта и необходимого комфорта проживающих, работающих и находящихся в помещениях людей здания оборудуются санитарно-техническими, электротехническими, слаботочными и другими устройствами и бытовым оборудованием – отоплением, вентиляцией, водопроводом, горячим водоснабжением, канализацией, газоснабжением, плитами или печами для приготовления пищи, холодильниками, ваннами, душами, мусоропроводами, электрическим освещением, электропроводками для подключения бытовых электроприборов, радиофикацией, телевизионными антеннами с проводками от них, телефонизацией, встроенной мебелью, оборудованием кухонь, санитарных узлов и др.

Рис. 5. Элементы одноэтажного промышленного здания:

1 – фундаментный блок; 2 – фундаментная балка; 3 – колонна среднего ряда; 4 – колонна крайнего ряда; 5 – подкрановая балка; 6 – балка покрытия; 7 – плита покрытия, 8 – панель стены; 9 – оконный витраж; 10 – пол по грунту; 11 – утеплитель покрытий и рулонная кровля; 12 – воронка внутреннего водостока; 13 – парапет