Архитектура зданий и сооружений
Основные понятия о зданиях и требования к ним
В строительной практике различают понятия «здание» и «сооружение».
Сооружением называют все, что искусственно возведено человеком для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества.
Зданием называется наземное сооружение, имеющее внутреннее пространство, предназначенное и приспособленное для того или иного вида человеческой деятельности, связанной с работой, бытом или отдыхом (например, жилые дома, заводские корпуса, вокзалы и т.д.).
Таким образом, понятие сооружение включает в себя понятие здание.
Инженерными сооружениями называют сооружения, предназначенные для выполнения чисто технических задач. Например, мост, телевизионная мачта, тоннель, станция метро, дымоход, резервуар и т.д.
Структура зданий
В любом здании можно условно выделить три составных части взаимно связанных между собой элементов, которые дополняют и определяют друг друга:
- объемно планировочные элементы – большие объемные части (этаж, отдельные помещения, часть дома между основными стенами, которые расчленяют его и др.) на которые можно расчленить весь объем дома;
- конструктивные элементы – отдельные элементы (фундаменты, стены, перекрытия, крыша и др.), которые определяют структуру дома;
- строительные изделия и материалы – сравнительно мелкие детали, из которых состоят отдельные конструктивные элементы.
Внутреннее пространство зданий разделяется на отдельные помещения (жилая комната, кухня, аудитория, служебный кабинет, цех и др.). Помещения, расположенные на одном уровне, образуют этаж. Этажи разделяются перекрытиями.
При проектировании зданий, в зависимости от их назначения, определяются форма здания в плане, общие размеры, а также размеры отдельных помещений, этажность и другие характерные признаки.
Требования к зданиям
Любое здание должно отвечать следующим требованиям:
1) функциональной целесообразности — полностью соответствовать тому процессу, для которого оно предназначено (удобство проживания, труда, отдыха и т.д.);
2) технической целесообразности — надежно защищать людей от внешних воздействий (низких или высоких температур, осадков, ветра), быть прочным и устойчивым — выдерживать различные нагрузки, и долговечным — сохранять нормальные эксплуатационные качества во времени;
3) архитектурно-художественной выразительности — быть привлекательным по своему внешнему (экстерьеру) и внутреннему (интерьеру) виду, благоприятно влиять на психологическое состояние и сознание людей;
4) экономической целесообразности — предусматривать наиболее оптимальные для данного вида здания затраты труда, средств и времени на его возведение. При этом необходимо также наряду с единовременными затратами на строительство учитывать и расходы, связанные с эксплуатацией здания.
Функциональная или технологическая целесообразность
Функциональная или технологическая целесообразность здания является главной из перечисленных требований. Поскольку здание является материально-организованной средой для осуществления людьми самых разнообразных процессов труда, быта и отдыха, то его помещения должны наиболее полно отвечать тем процессам, на которые они рассчитаны. Следовательно, основным в здании или его отдельных помещениях является его функциональное назначение. Любое помещение должно обязательно соответствовать той или иной функции. При этом в нем должны быть созданы наиболее оптимальные условия для процесса, связанного с работой, бытом или отдыхом человека.
Все помещения в здании, соответствуют главным или подсобным функциям определенного технологического процесса. Между собой они связываются коммуникационными помещениями. К ним относятся коридоры, лестницы, вестибюли, фойе, кулуары и т.п. Главное назначение коммуникационных помещений — обеспечение передвижения людей между различными по назначению помещениями.
Качество внутренней среды помещения здания зависит от комплекса факторов таких, как:
- емкость пространства (организации деятельности человека и размещения необходимого оборудования);
- состояние воздушной среды (температура и влажность, воздухообмен в помещении);
- звуковой режим (обеспечение слышимости и защита от шумов, мешающих);
- световой режим (обеспечение достаточного освещения для осуществления процессов жизнедеятельности);
- светловой режим (видимость и зрительное восприятие в помещениях в дневное время);
- безопасность (эвакуация и удобство передвижения людей).
Следовательно, для того чтобы правильно запроектировать помещение, создать в нем оптимальную среду, для жизнедеятельности человека, необходимо учесть все требования, учитывающие факторы, влияющие на его качество. Эти требования зависят от назначения зданий и его помещений и устанавливаются Государственными строительными нормами (ГСН) — основными документами, регламентирующими эти требования при проектировании и строительстве зданий и сооружений в стране.
Техническая целесообразность
Техническая целесообразность здания определяется решением его конструкций, которые должны учитывать все внешние воздействия среды, воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами. Внешние воздействия подразделяют на силовые и несиловые нагрузки, (рис.1).
К силовым нагрузкам относятся:
- постоянные — нагрузки от собственной массы элементов дома;
- временные — нагрузки от массы оборудования, людей, снега, воздействия ветра;
- особые — сейсмические нагрузки, воздействия в результате аварии оборудования и т.д.
К несиловым нагрузкам относятся:
- температурные воздействия – нагрузки, вызывающие изменения линейных размеров конструкций;
- влияние атмосферной и почвенной влаги – нагрузки, вызывающие изменение свойств конструкций;
- движение воздуха – нагрузки, меняющие микроклимат в помещении;
- воздействие лучистой энергии солнца — нагрузки вызывающие изменение физико-технических свойств материалов конструкций;
- воздействие агрессивных химических примесей, содержащихся в воздухе – нагрузки, приводящие к разрушению конструкций;
- биологические воздействия, вызываемые микроорганизмами или насекомыми – нагрузки, приводящие к разрушению конструкций;
- воздействие шума от источников внутри или вне дома – нагрузки, нарушающие нормальный акустический режим в помещении.
С учетом указанных воздействий здание должно удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и долговечности.
Прочность — способность здания воспринимать влияние без разрушения и существенных остаточных деформаций.
Устойчивость (твердостью) — способность здания сохранять равновесие при внешних воздействиях.
Долговечность — прочность, устойчивость и сохранность как здания в целом, так и его элементов во времени.
По долговечности строительные нормы и правила разделяют здания на IV степени:
- I-срок службы более 100 лет;
- II-от 50 до 100 лет;
- III — от 20 до 50 лет;
- IV-от 5 до 20 лет.
Важным техническим требованием к зданиям является пожарная безопасность, означающая меры, которые уменьшают возможность возникновения пожара и, следовательно, загорание конструкций здания.
По требованиям пожарной безопасности, применяемые для строительства материалы и конструкции делятся, на:
- несгораемые,
- трудно сгораемые и
- сгораемые.
Конструкции здания характеризуются также пределом огнестойкости, т.е. сопротивлением влияния огня к потере прочности или устойчивости или образования сквозных трещин или повышения температуры на поверхности конструкции со стороны противоположной действию огня до 140° С, (в среднем).
По огнестойкости здания подразделяются на пять степеней в зависимости от уровня возгорания и предела огнестойкости конструкций.
- I, II и III степень огнестойкости — каменные дома;
- IV степень огнестойкости — деревянные оштукатуренные;
- V степень огнестойкости -деревянные неоштукатуренные дома.
Наибольшую огнестойкость имеют дома I степени, а наименьшую-V степени.
В зданиях I и II степеней огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки несгораемые.
В зданиях III степени огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки несгораемые.
В зданиях III степени огнестойкости стены и опоры несгораемые, а перекрытия и перегородки трудно сгораемые. Деревянные дома IV и V степеней огнестойкости по противопожарным требованиям должны быть не более двух этажей.
Архитектурно — художественные качества зданий
Архитектурно — художественные качества зданий определяются критериями красоты, при этом, здание должно быть удобным в функциональном отношении и качественным в техническом отношении.
Для достижения необходимых архитектурно художественных качеств здания используют средства построения выразительности композиционной формы, которая базируется на общих принципах композиционно художественного формообразования, таких как: рациональность, структурность, гибкость, органичность, тектоничность, гармоничность. Для достижения гармоничности используют такие средства композиции, как: образность, целостность, ритм, масштабность и др.
Экономическая целесообразность
Экономическая целесообразность в решении технических задач предполагает обеспечение прочности и устойчивости здания, его долговечности. При решении экономических требований должны быть обоснованы принятые размеры и форма помещений с учетом потребностей населения. При этом необходимо, чтобы стоимость 1 м2 площади или 1 мЗ объема здания не превышала установленного предела.
Снижение стоимости строительства здания может быть достигнуто рациональной планировкой без излишеств при установлении площадей и объемов помещений, а также внутренней и внешней отделки; выбором наиболее оптимальных конструкций с учетом вида здания и условий его эксплуатации; применением современных методов и приемов выполнения строительных работ с учетом достижений строительной науки и техники.