Конструктивные схемы зданий
Фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия – основные несущие элементы здания. Они образуют скелет здания – пространственную систему вертикальных и горизонтальных несущих элементов.
Скелет 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.1):
- с несущими продольными стенами;
- с несущими поперечными стенами;
- с неполным каркасом;
- с полным каркасом.
В зданиях с несущими продольными стенами, (рис. 1, а), последние устраивают из тяжелых материалов, которые имеют нужную прочность. Кроме того, внешние стены также должны удовлетворять теплозащитным требованиям. По такой конструктивной схеме строят кирпичные и крупноблочные здания.
Стойкость такой конструктивной схемы в поперечном направлении обеспечивается поперечными стенами, которые устраиваются специально. Такие поперечные стены не несут нагрузки от перекрытия, они возводятся лишь для ограждения лестничных клеток и в местах, где они нужны для придания стойкости внешним стенам. Применение отмеченной конструктивной схемы дает большие возможности для планировочных решений помещений или, другими словами, дает большую свободу в решении планировочных вопросов. Кроме того, при данной конструктивной схеме нужно меньшее число типоразмеров сборных изделий.
В зданиях с поперечными несущими стенами, (рис.1 б) обеспечивается большая твердость системы, но увеличивается общая длина несущих внутренних стен. Однако такое решение в ряде случаев является более рациональным, потому что при этом к конструкциям внешних продольных стен предъявляются только теплозащитные требования, и для их устройства можно применить легкие эффективные материалы.
Иногда применяется смешанный вариант, при котором опорами для перекрытий служат как продольные, так и поперечные стены.
Здания с неполным каркасом, (рис. 1 в, г) образуются, если вместо внутренних продольных и поперечных стен устраивается система столбов с горизонтальными балками (прогонами), на которые, в свою очередь, опираются перекрытия (скелет).
Здания с полным каркасом, (рис. 1 д), образуются, если вместо несущих внешних стен применяются столбы, которые вместе с внутренними столбами и балками (прогонами), образуют скелет здания. В этом случае внешние стены выполняют только ограждающие функции и могут сами нести или быть навесными. Самонесущие стены опираются на 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, связные и рамно-обвязочные.
В зданиях с рамным каркасом, (рис. 2 а), столбы и балки соединяются между собой твердыми узлами, образовывая поперечные и продольные рамы, которые воспринимают все действующие вертикальные и горизонтальные нагрузки.
В зданиях со связным каркасом, (рис. 2 б), узлы между столбами и балками нежесткие, поэтому для восприятия горизонтальных нагрузок необходимы дополнительные связи. Роль этих связей чаще всего выполняет перекрытия, которое образует, горизонтальные диафрагмы и передает горизонтальные нагрузки на твердые вертикальные диафрагмы (стены лестничных клеток, железобетонные перегородки, шахты лифтов и др.).
В зданиях с комбинированным типом каркаса — рамно-связным, в одном направлении ставят рамы, а в другом – связи.
В гражданском строительстве наибольшее распространение получили здания со связными каркасами.
Следует отметить, что применение каркасной конструктивной схемы наиболее выгодно для строительства крупнопанельных высотных жилых и общественных зданий. Материалом для конструкций каркаса является железобетон, сталь, а для малоэтажных зданий столбы нередко выкладывают из кирпича. Для деревянных зданий каркас также выполняют из дерева.
В последнее время большое распространение получило монолитное строительство, строительство зданий из объемных элементов (блок-коробка), в которых скелет здания образуется коробчатыми элементами заводского изготовления.