/
Author: Пономарёв В.А.
Tags: общественные, коммерческие и промышленные здания гражданская архитектура в целом архитектура архитектурное конструирование
ISBN: 978-5-9647-0138-5
Year: 2008
Text
Ж СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
^“АРХИТЕКТУРА”
В.А. Пономарёв
АРХИТЕКТУРНОЕ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
Москва_____________
Издательство «Архитектура-С»
ПОНОМАРЁВ Владимир Андреевич
Профессор заведующий кафедрой «Конструкции зда-
ний и сооружений» Уральской государственной архитек-
турно-художественной академии, кандидат архитектуры.
Родился в 1948 году в Свердловской области. Окон-
чил факультет «Архитектура жилых и общественных зда-
ний» Свердловского архитектурного института (1979 г.),
аспирантуру Московского архитектурного института
(1986 г.), докторантуру Уральской архитектурно-художе-
ственной академии (2004 г).
С 1979 года на педагогической работе. Является ав-
тором более 60 научных и учебно-методических публика-
ций. Занимается проблемами взаимосвязи конструкций и
архитектурной формы, совершенствования архитектурно-
го образования.
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
«АРХИТЕКТУРА»
Редакционная коллегия:
Кудрявцев А.П. (главный редактор)
Степанов А.В. (заместитель главного редактора)
Дуров В.В. (ответственный секретарь)
Ефимов А.В.
Лежава И.Г.
Климов Э.М.
Мамлеев О.Р.
Некрасов А.Б.
Подольский В.И.
Санкина Л.Л.
Швидковский Д.О.
Шубин А.Л.
Щенков А.С.
В.А. Пономарёв
АРХИТЕКТУРНОЕ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
Допущено УМО по образованию в области архитектуры
в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся
по направлению «Архитектура»
Москва • Издательство «Архитектура-С» • 2008
библиотека
ББК 85.11
УДК 725
П 56
Пономарёв В.А.
п 56 Архитектурное конструирование / Пономарёв В.А.: Учебник для вузов. — М.:
«Архитектура-С», 2008. — 736 с., илл.
ISBN 978-5-9647-0138-5
В предлагаемом учебнике рассмотрены принципы, приемы и средства конст-
руирования гражданских и промышленных зданий, методы обеспечения эксплуа-
тационных и эстетических качеств конструкций подобных объектов
Отражены современная практика проектирования и строительства, уделено
внимание применению новых конструкционных и отделочных материалов.
Учебник содержит большое количество иллюстраций архитектурно-конструк
тивных решений, чертежи узлов, схемы, таблицы.
Для студентов, аспирантов и преподавателей архитектурных специальностей
вузов.
ISBN 97В-5-9647-0138-5 ББК 85.11
© Издательство «Архитектура-С», 2008
© Пономарёв В.А , 2008
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное издание предназначено для сту-
дентов высших учебных заведений, обучающихся по спе-
циальности «Архитектура».
В профессиональной подготовке специалистов архи-
тектурного проектирования учебный курс «Архитектур-
ное конструирование» принадлежит к числу фундамен-
тальных общепрофессиональных дисциплин. Его изуче-
ние способствует пониманию закономерностей образо-
вания материально-конструктивной основы архитектур-
ных форм. Курс нацелен на решение задач, связанных с
развитием конструкторского мышления студентов, фор-
мированием у них архитектурно-конструктивных знаний и
умений, необходимых как для профессиональной дея-
тельности, так и для повышения общей компетентности в
архитектурно-строительной области.
Будущему архитектору важно усвоить методологию
подхода к применению достижений архитектурно-строи-
тельной науки и практики, принципы единства материа-
ла, конструкции и формы, способы создания формы (тех-
нологии) и их гармонии. Архитектор в своей деятельнос-
ти должен использовать новейшие технические достиже-
ния, рационально применяя их в творческом процессе со-
здания современных зданий.
Изучая конструкции гражданских и промышленных
зданий, в качестве предмета курса рассматривается
конструирование зданий (архитектурное конструиро-
вание) как закономерный процесс образования матери-
ально-конструктивной основы архитектурных форм.
Содержание учебника построено в соответствии с го-
сударственным образовательным стандартом высшего
профессионального образования.
Курс «Архитектурное конструирование» самым тес-
ным образом связан со специальной дисциплиной «Архи-
тектурное проектирование» на всех курсах обучения.
Цель курса - профессиональная системообразующая
подготовка студентов по конструированию зданий при це-
лесообразном единстве строительно-технических, архи-
тектурно-художественных и экономических факторов.
Освоение содержания курса определяется следую-
щими задачами:
• выпускник должен понимать: роль архитектора
в организации пространственных форм средствами мате-
риальных структур - конструкций; тектоническую роль и
эстетические возможности конструкций в архитектурном
формообразовании; логику образования конструктивных
форм, взаимосвязь материально-пространственной
структуры здания с его архитектурной формой; законо-
мерности силовой работы конструкций в различных ма-
териалах и общие принципы расчетов конструкций; целе-
сообразность использования серийных сборных конст-
руктивных элементов, конструкций местной строительной
базы, индустриальных методов строительства;
• выпускник должен знать: основы модульной ко-
ординации, унификации, стандартизации и типизации в
строительстве; строительные изделия, конструктивные и
объем но-планировочные элементы зданий, предъявляе-
мые к ним требования; конструктивные и строительные
системы зданий; принципы и приемы конструирования
как отдельных несущих и ограждающих элементов, так и
всего здания в целом; принципы, приемы и средства тек-
тонической гармонизации, обеспечения прочности, жест-
кости и устойчивости конструкций и зданий;
• выпускник обязан уметь: обоснованно выбирать
конструктивную и строительную системы здания, рацио-
нально сочетая конструктивное решение с художествен-
ной выразительностью формы; определять приблизи-
тельные габариты и сечения конструкций; конструировать
несущие и ограждающие элементы; грамотно выполнять
архитектурно-строительные чертежи.
Главная особенность предлагаемого учебника и его
отличие от аналогичных изданий заключается в объеди-
нении разделов «Архитектурные конструкции» и «Инже-
нерные конструкции», обусловленном целью обеспечения
качества системных знаний студентов.
Материальная основа любого здания - конструктив-
ная система той или иной степени сложности, и для ее
изучения необходим системный подход, т. е., во-первых,
рассмотрение вопросов «архитектурных» и «инженер-
ных», а во-вторых, принятие системы как закономерной
совокупности элементов.
Другой важной особенностью учебника является вы-
деление тектонического аспекта.
Рассматривать материальную форму в архитектуре
(в контексте содержания дисциплины) необходимо в
единстве ее конструктивных и композиционных аспек-
тов, с позиций рациональной конструктивно-композици-
онной организации. Своеобразным мостиком между по-
нятиями «конструкция» и «композиция» является «текто-
ника». Несущие конструкции, визуально воспринимаемые
в интерьере здания и (или) на фасаде, являются «фоку-
сом» отражения тектоники. Тектоника выражает искрен-
ность формы в отношении конструкции и материала, ком-
позиционные приемы формообразования, характер кон-
структивных связей и действующих нагрузок, взаимо-
связь несущего и несомого, «сборность» или «монолит-
ность», «тяжесть» или «легкость», организованность фор-
мы. а также прочность, жесткость и устойчивость. Учет
этих понятий позволяет целенаправленно формировать у
студентов культуру архитектурного конструирования, что
требует комплексного, системного подхода к изучению
конструкций, а не раздельно «архитектурных» и «инженер-
ных» проблем. Аспект тектонического формообразования
присутствует в содержании книги на всех уровнях - от оп-
ределения общих принципов на начальной стадии (основы
конструирования) до анализа конкретных решений при
дальнейшем рассмотрении конструкций. В плане методо-
логии - это стержень, соединяющий конструктивную фор-
му с архитектурной, позволяющий понять будущему спе-
циалисту логику архитектурного формообразования.
Современный этап создания архитектурных форм не-
мыслим вне условий и методов их реализации. Архитек-
турный замысел становится реальностью только если он
осуществлен средствами материала и строительной тех-
ники, которые являются элементами структуры здания,
оказывая влияние на его форму и качества. Поэтому в по-
исках гармонии архитектурных форм должно активно ис-
пользоваться все богатство формообразующих средств,
которыми обладает современная строительная техника.
6
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Дисциплина «Архитектурное конструирование»
изучается студентами в течение шести семестров на II-
IV курсах обучения. Кроме лекций и практических заня-
тий предусматривается выполнение курсовых проектов
(работ) в рамках комплексного архитектурного проекти-
рования или по индивидуальным заданиям в соответ-
ствии с учебными планами.
При изучении дисциплины студентам необходимо
уяснить ее центральное место в овладении профессио-
нальными знаниями и навыками по проектированию
зданий. Важно усвоить основы подхода к применению
достижений архитектурно-строительной науки и практи-
ки - принципы единства материала, конструкции, фор-
мы, способа создания формы и их гармонии.
Основой овладения содержанием курса являются
дисциплины: «Начертательная геометрия и черчение»,
«Архитектурное материаловедение», «Теоретическая ме-
ханика», «Физика».
Учебник состоит из шести разделов, в которых изла-
гаются научно-методические основы курса.
Раздел I «Основы архитектурного конструирования»
предваряет изучение конкретных видов конструкций и
представляет собой вводную базовую часть содержания
дисциплины, рассматривая сущностные начала констру-
ирования зданий: типологические, нормативные и орга-
низационно-методические, физико-технические, инже-
нерные и тектонические.
В разделе II излагается материал о подземных частях
зданий.
Конструирование элементов зданий с разделением
по типологическим признакам рассматривается в разде-
лах III — VI.
При изучении курса «Архитектурное конструиро-
вание» студентам полезно вести альбомы, в которых
по мере обучения необходимо систематизировано со-
бирать материал по конструкциям зданий: фасады,
планы, разрезы, узлы, краткие характеристики конст-
рукций. Систематизация может проводиться по разным
признакам: по назначению зданий (жилые, обществен-
ные, промышленные), по этажности, по конструктив-
ным системам, по основному материалу конструкций.
Используя материалы учебника, полезно самостоя-
тельно (в рамках дисциплины «Архитектурное проек-
тирование») разрабатывать эскизы объемно-планиро-
вочных решений зданий с вариантами конструктивной
основы.
ВВЕДЕНИЕ
Чтобы уяснить сущность строительных материалов и
конструкций, необходимо представить историю их развития,
основные этапы архитектурно-технического применения.
Историю строительства можно разделить на два пе-
риода: первый (ранний), когда методы строительства
были главным образом эмпирическими, и второй, когда
строительная техника в возрастающей степени стала ба-
зироваться на научной основе (с XIX в.).
На людей Древнего мира, как и на современников,
большое впечатление производили физические размеры
сооружений. Вот семь чудес света, перечень которых был
составлен в I в. до н.э. и позднее цитировался гречески-
ми и римскими авторами:
1) пирамиды Египта;
2) висячие сады Семирамиды в Вавилоне;
3) храм Артемиды (Дианы) Эфесской в Малой Азии;
4) статуя Зевса в Олимпии;
5) гробница царя Мавзола (Мавзолей) в Малой Азии;
6) Колосс Родосский (статуя Гелиоса в Родосе);
7) маяк (Фарос) в Александрии.
Все эти «чудеса» поражали, в основном, объемом ис-
пользованных материалов. Строительство велось по
строгому строительному Уставу. Одна из надписей, выре-
занная на колонне и сохранившаяся до наших дней, гла-
сит: «Если строитель построил дом для человека, и рабо-
та его не крепка, и дом, построенный им, обвалился и
убил владельца, то строитель сей должен быть казнен».
Требования уставов были направлены прежде всего на
обеспечение надежности сооружений, а не на экономию
материалов. В те времена отсутствовали методы опреде-
ления размеров конструкций, и отношение пролета к вы-
соте сечения конструкции было малым вплоть до XII в. н.э.
В античную эпоху, когда уровень развития строи-
тельной техники был низок, для строительства исполь-
зовались материалы в их природном состоянии. При-
родный камень - широко распространенный материал -
благодаря своей долговечности, прочности и декоратив-
ности имел преимущества перед другими природными
материалами (деревом и глиной). Особенности камня -
хорошая работа на сжатие и слабое сопротивление из-
гибу - предопределили области его применения: конст-
рукции отдельных опор (столбов), стен, арочно-сводча-
тые конструкции. Камень монументальных зданий стал
материалом, который в государствах с деспотической
формой правления лучше всего выразил идеи величия и
вечности.
В Древнем Египте (XXX-XI вв. до н.э.) основным ма-
териалом для построек в массовом строительстве слу-
жил кирпич-сырец, в монументальном - горные породы
камня (известняк, песчаник, базальт, гранит и др.). Кир-
пич изготавливался с помощью деревянных форм из
смеси глины, ила, мелкой гальки и рубленой соломы.
Кладка обработанных камней осуществлялась на ра-
створе из смеси извести, песка и глины. Применялась
также кладка «насухо», т.е. без раствора. Основными
конструкциями каменных монументальных сооружений
Египта (в основном, храмов) были стена и стоечно-ба-
лочная система, в которой мощные опоры несут массив-
ную балку-блок с опиранием на нее каменных плит пе-
рекрытий. Для погребальных сооружений характерен
сплошной массив кладки.
Дерево применялось в конструкциях перекрытий,
крыш и для опор галерей. Использовались стволы пальм,
связки из тростника и камыша.
ВВЕДЕНИЕ
7
Расцвет производства керамического кирпича начал-
ся в Двуречье - долине рек Тигра и Евфрата. Территория
Вавилонии была лишена и дерева, и камня. Тем ценнее
как строительный материал оказалась глина. Несмотря на
трудности изготовления обожженного кирпича, связан-
ные с нехваткой топлива, он стал играть значительную
роль в архитектуре Вавилонии. Раскопки подтверждают
существование знаменитой Вавилонской башни высотой
90 м, облицованной снаружи голубовато-лиловым глазу-
рованным кирпичом. На огромную башню были израсхо-
дованы не менее 40 млн кирпичей.
В Вавилоне строили дома в три и даже в четыре эта-
жа с террасами. Легендарные «висячие сады» - не что
иное, как засаженные растениями террасы царского
дворца, которые греки считали вторым чудом света. Сады
возводились уступами в несколько ярусов, массивные
перекрытия из двух рядов кирпичной кладки поддержи-
вались мощными кирпичными сводами на колоннах.
В V в. до н.э. Афины стали центром греческой науки и
архитектуры. Греки заложили основы геометрии, механи-
ки, статики, что явилось впоследствии основой развития
инженерии.
Конструкции общественных зданий и жилья в Греции
оставались сравнительно примитивными: стена и стоеч-
но-балочная система.
Массовым материалом для стен был кирпич-сырец, а
обожженный кирпич имел ограниченное применение.
Широко применялось дерево. В стоечно-балочных конст-
рукциях, наряду с деревянными балками, использовались
доски в виде настилов, прокладок, облицовок. Кладка
стен и колонн зданий из камня проводилась без раство-
ра — «насухо». Швы тщательно подгонялись, возможно, с
притиркой песком. Колонны складывались из цилиндри-
ческих блоков-барабанов и скреплялись между собой
дюбелями из твердых пород дерева, железа или бронзы,
предохранявшими их от смещения.
Вершиной развития архитектуры Древней Греции
стал Парфенон - самый большой храм того времени: его
размеры в плане - 30,8x69,5 м, а высота сорока шест
мраморных колонн - 10,4 м при диаметре в нижней части
1,9 м. Парфенон сочетает в себе тонкую проработку де-
талей, торжественную форму и монументальный покой.
Развитые греками в VI—IV вв. до н.э. дорический,
ионический и коринфский ордера*, несмотря на свои кон-
структивные ограничения, оказывали большое воздей-
ствие на архитектурное проектирование вплоть до XX в.
Эпоха античного Рима (IV в. до н.э. - V в. н.з.) вне-
сла вклад в архитектуру огромными масштабами и тех-
ническим совершенствованием строительства. С того
времени до нас дошел трактат архитектора-инженера
Марка Витрувия, жившего в I в. до н.э., «Десять книг об
архитектуре». Этот труд - энциклопедия знаний по ар-
хитектуре, понимаемой как синтез трех качеств: проч-
ность, польза и красота.
В императорском Риме высокий технический уровень
имело строительство из бетона. Пески вулканического
происхождения, обладающие цементирующим свой-
ством, при смешивании с известью позволяли получать
раствор, напоминающий современное цементное вяжу-
щее. В качестве заполнителя использовались дробленая
керамика или кирпич, природный камень или бут от раз-
* В переводе с латинского языка «ордер» - «порядок»,
«строй».
рушенных строений. Постоянная опалубка выполнялась
из сплошной каменной кладки. Прочность бетонных со-
оружений после отвердевания бетонной массы не вызы-
вала сомнений. Конструкции отличались массивностью:
толщина стен иногда достигала нескольких метров.
Значительным вкладом римлян стало дальнейшее
развитие свода и купола. Они усовершенствовали их до
степени, не превзойденной до середины XIX в. Как пра-
вило, применялись истинные своды, что снижало массу
сооружения, но требовало устройства кружал, необходи-
мость которых отпадала при возведении сводов с навес-
ной кладкой (ложных сводов).
Римские своды и купола были полуциркульными. По-
лусферическую форму римляне вполне естественно на-
делили наилучшими прочностными качествами. Среди
таких форм первенствует бетонный купол Пантеона** в
Риме (ок. 125 н.э.) - наиболее совершенный образец хра-
ма с перекрытым внутренним пространством при диамет-
ре 45 м.
Металл - один из наиболее старых искусственных
материалов. В 5-4-м тысячелетиях до н.э. человек начал
выплавку меди, олова и свинца из руд, а с 3-го тысячеле-
тия до н.э. стала применяться бронза. Металлургия же-
леза появилась в Египте, Месопотамии, Индии, а к концу
2-го тысячелетия до н.э. она проникла в Древнюю Гре-
цию, Закавказье, Малую Азию, позднее - в Китай. Крич-
ное и сварочное железо из-за своей мягкости и трудоем-
кости производства не могло получить применения в не-
сущих конструкциях. На протяжении столетий железо
применялось только для отдельных деталей в виде шты-
рей, скоб, закрепов и т.п.
В Западной Европе сохранилось небольшое количе-
ство средневековых деревянных сооружений. Формы де-
ревянных конструкций мало изменялись в период между
XI и XVII вв. Основные типы соединений - шип, врубка,
«ласточкин хвост». Обычным было применение шпонок из
твердых пород дерева, так как железные гвозди, изготов-
лявшиеся вручную, обходились дорого, ржавели и были
непрочными. В местах стыкования элементов деревян-
ные конструкции заметно ослаблялись, поскольку при
соединении вполдерева требовалось уменьшать сечение
конструктивных элементов.
В Европе дерево использовалось для каркаса стен -
т.н. фахверк. В качестве заполнения каркаса применялись
кирпич, плетенка из древесных прутьев с обмазкой глиной,
саман (глина с соломой) со слоем штукатурки и побелки.
В русской средневековой архитектуре деревянные
конструкции имели огромное значение. Дерево как стро-
ительный материал было широко доступно в связи с лес-
ными богатствами Руси. Популярности дерева способ-
ствовала легкость его обработки, малая теплопровод-
ность, быстрота возведения построек, несмотря на то,
что они страдали от гнили и были пожароопасными. Из
дерева на Руси строились не только жилые дома для на-
рода, но и богатые дворцы князей и бояр, культовые зда-
ния, оборонительные сооружения.
В эпоху феодализма (средние века) строительство
велось, в основном, из дерева и камня и базировалось на
мастерстве ремесленников. Применялись механизмы,
заменяющие ручной труд человека.
Конструктивной основой русского деревянного зда-
ния являлась рубленая с помощью топора «клеть», состо-
** пантеон (греч.) - место, посвященное всем богам.
на. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
8__________________
явшая чаще всего из сосновых бревен-венцов, уложенных
друг на друга горизонтально с прокладкой из мха и свя-
занных по углам врубками. Наибольшее распространение
имели врубки с остатком - «в обло» и врубки углов без
остатка - «в лапу».
Широкое применение имели шатровые покрытия
над квадратными или восьмигранными в плане объема-
ми. Конструкция их была чаще всего рубленой с посте-
пенным уменьшением к верху длины венцов, а с XVII в.
встречается и стропильная конструкция, иногда в соче-
тании с рубленой. Шатры покрывали досками или мел-
коразмерными элементами кровли. Применение шатра
в венчании храмов привело к созданию великолепных
произведений архитектуры. Высоким достижением де-
ревянной строительной техники является многоглавая
церковь Преображения в Кижах (1714).
Вершиной зодчества из природного камня стала го-
тическая архитектура храмов Европы {XII—XVI вв.). Камень
применялся и для создания конструкции, и для декора.
Вертикальная направленность соборов готики - не толь-
ко устремленная к Небу символика, но и требование стро-
ительной техники.
В готике был найден ответ на конструктивные задачи,
решения которых искали в течение столетий. Это выклад-
ка крестового свода из камня и обеспечение его устойчи-
вости. Стимулом решения этих задач была необходи-
мость экономии материалов и рабочей силы при возве-
дении соборов больших размеров. Целью архитекторов
готики было облегчение массы здания. В теле свода вы-
делили каркас. Основными элементами готического кар-
каса являются арочные ребра сводов - нервюры, верти-
кальные опоры сводов, вынесенные наружу контрфорсы
и наклонные элементы в виде полуарок, соединяющие
опоры сводов с контрфорсами, - аркбутаны. Очертание
готического нервюрного свода стрельчатое.
В противовес монолитности древнеримских и романс-
ких построек готическая конструкция в большей степени
уподобляется современным уравновешенным простран-
ственным каркасам. Заполнение каркаса стало легким, рас-
пор уменьшился за счет облегчения массы свода. Стена
несла только собственную тяжесть и стала более легкой, так
как перестала помогать устойчивости свода, что позволило
увеличить проемы и осветить интерьер. Тело стены стали
заменять каменной решеткой, ячейки которой стеклили.
Стеклянные витражи готических соборов - это не толь-
ко произведения искусства, но и решение серьезной ин-
женерной задачи. Средневековое стекло имело множество
недостатков - было просвечивающим, но не прозрачным,
содержало воздушные пузырьки. Стекла малых размеров
собирались в более крупные элементы с помощью свин-
цовых полосок, а иногда в еще более крупные панели в
железных рамках. Такие композиции из стекла и металла
крепились к каменным импостам и перемычкам оконных
проемов. В начале XVI в. стекло стало обычным строитель-
ным материалом в домах жителей среднего сословия.
В средние века начали использовать железо в каче-
стве затяжек для восприятия распора каменных сводов.
С XVI в. применение железа для наслонных стропил (Ар-
хангельский собор, 1505—1508) и для каркасов куполов
(колокольня «Иван Великий» в Москве, 1600) перестало
быть редкостью.
Еще в начале XIII в. привлек к себе внимание более
твердый, чем железо, металл - чугун, получаемый при
производстве железа. Из чугуна стали отливать различ-
ные изделия, а спустя пять веков - строительные конст-
рукции в виде столбов и балок. В 1725 г. при строитель-
стве башни Невьянского завода на Урале были примене-
ны чугунные балки с усилением понизу железными поло-
сами — тем самым была учтена высокая прочность чугу-
на на сжатие, а железа — на растяжение. Как в России,
так и за рубежом применялись отлитые из чугуна фермы,
пояса которых соединялись между собой кольцами.
В конце XVIII в. было положено начало промышленно-
му производству малоуглеродистого пудлингового желе-
за - прообраза современной стали. Активизировалось
внедрение металла в строительство в виде железных и
чугунных конструкций, элементы которых соединяли куз-
нечным способом и редко — на болтах.
Началом архитектурного освоения металла можно
считать строительство чугунных мостов из арочных кон-
струкций пролетами 30-70 м, напоминавших формы ка-
менных мостов. Обычно элементы арок коробчатого се-
чения длиной до 3 м скрепляли болтами.
В 1801 г. в Сэлфорде (Англия) было построено семи-
этажное здание фабрики с внутренним каркасом из чугун-
ных стоек и балок, впервые объединенных в одну систе-
му. Подобный каркас широко применялся в промышлен-
ных зданиях вплоть до XX в.
В гражданском строительстве вершиной искусства в
области применения чугуна считается Хрустальный дво-
рец на Всемирной выставке в Лондоне в 1851 г. Гранди-
озное сооружение длиной 563 м и шириной 124 м нагляд-
но продемонстрировало архитектурные возможности ме-
талла. Все колонны дворца (свыше 3000) и балки были
выполнены из чугуна. Для перекрытий были применены
железные фермы с перекрестной решеткой. Сборно-раз-
борное здание со сплошным остеклением было построе-
но всего за 6 месяцев, а в 1853 г. демонтировано, пере-
везено е пригород Лондона и снова там собрано.
В 1936 г. в результате пожара дворец обрушился,
превратившись в груду расплавленного металла и стек-
ла. Таким образом был продемонстрирован основной не-
достаток металлических конструкций - их низкая огне-
стойкость.
В готическую эпоху преобразуется и конструкция
крыш. В романской архитектуре стропильная система,
поддерживающая кровлю, часто опиралась на свод, до-
полнительно нагружая его. Готические строители отошли
от этой конструкции, создав деревянную стропильную
ферму, опирающуюся на стены.
Первой конструкцией, целиком выполненной из же-
леза, было покрытие в виде шпренгельных ферм проле-
том 6,5 м жилого дома во Франции (1785). В Петербурге
в 1811 г. по проекту А. Воронихина был сооружен купол
Казанского собора диаметром 17,7 м, образованный дву-
мя рядами ребер из полосового железа, опирающийся
внизу на общее опорное кольцо. Соединения были осу-
ществлены на болтах или клиньях.
Параллельно с решением задачи увеличения вы-
плавки железа велись поиски способов его обработки.
В Англии (1769) появились первые станы для проката
тонкого листового, а впоследствии круглого, квадратно-
го и полосового железа. Позднее стали производить
прокат уголкового, таврового и зетового железа (Англия,
1820), рельсов (Англия, 1832), двутавров и швеллеров
(Франция, 1849).
Распространение в строительстве металлических
конструкций определило формообразование в архитекту-
ВВЕДЕНИЕ
9
ре, особенно в новых типах зданий - вокзалов, универма-
гов. Определились характерные конструктивные, компо-
зиционные и эстетические достоинства металла. Однако
подлинное утверждение металла в архитектуре связано с
развитием стальных конструкций. Быстрому распростра-
нению в строительстве металлоконструкций способство-
вало открытие промышленных способов получения стали:
бессемеровского (1855), мартеновского (1865), томасов-
ского (1878), электрометаллургического (1900). Более
прочная промышленная сталь полностью вытесняет из
строительства низкокачественные железо и чугун, а куз-
нечный способ соединения элементов конструкций заме-
няется клепкой. Важную роль в процессе освоения стро-
ительной стали сыграли успехи в развитии строительной
механики и методов расчета конструкций.
Использование высокопрочных сталей при рацио-
нальных геометрических формах решетчатых конструк-
ций и научных методах их расчета способствовало быст-
рому увеличению длины пролетов строящихся мостов, В
США в 1874 г. был сооружен арочный мост пролетом
157 м. Консольно-балочный Фортский мост (Англия), по-
строенный в 1890 г., имел наибольший пролет 521 м.
Крупной демонстрацией развития стержневых решет-
чатых высотных сооружений явилось строительство в
1889 г. Г. Эйфелем 300-метровой башни для Всемирной
выставки в Париже. Автор использовал для конструкции
башни схему шатровой мостовой опоры с четырьмя на-
клонными опорными пилонами. Для покрытий прямоуголь-
ных в плане зданий начинают использоваться решетчатые
стальные рамы и арки. На той же парижской Всемирной
выставке в покрытии «Галереи машин» использовались
трехшарнирные арки пролетом 110,6 м и высотой 45 м.
Спаренные решетчатые арки расставлены с шагом более
20 м и соединены между собой решетчатыми прогонами
Большие остекленные плоскости, единство внутрен-
ней и внешней форм, впечатляющая выразительность от-
крытых металлических конструкции ознаменовали собой
рождение новой архитектуры металла, для признания и
становления которой понадобились еще многие годы.
Выдающийся русский инженер В. Шухов в 1896 г. по-
лучил привилегию на сетчатую конструкцию башни в фор-
ме однополостного гиперболоида вращения. Простран-
ственный каркас башни образован склепанными между
собой прямыми стержнями, соединенными по высоте го-
ризонтальными кольцами. Первая такая башня была по-
строена в Нижнем Новгороде, а впоследствии шуховские
башни использовались при строительстве водонапорных
башен, морских маяков, опор линий электропередач, вы-
шек военных кораблей.
В 1824 г. при строительстве моста через Рону (Фран-
ция) М. Сегюин впервые применил металлические кана-
ты. Эта идея была развита в США Дж. Реб л ингом. После
строительства нескольких висячих мостов им был запро-
ектирован и построен в 1883 г. крупнейший Бруклинский
мост в Нью-Йорке с двухъярусной проезжей частью.
Центральный 485-метровый пролет моста, поднятого на
40 м над уровнем воды, подвешен на четырех мощных
канатах, каждый из которых сплетен из 5296 проволок
диаметром 4 мм, а сами канаты закреплены на мощных
каменных пилонах.
В европейских странах и, особенно, в США активизи-
руется строительство многоэтажных зданий со стальным
каркасом. В Нью-Йорке и Чикаго появляются районы не-
боскребов. Металлический каркас обеспечивал макси-
мальную типизацию элементов конструкций и высокие
темпы строительства. Так, монтаж каркаса Эмпайр-
Стейт-Билдинг высотой 400 м (102 этажа) занял всего
6 месяцев, а все строительство здания завершено за
19 месяцев. В 1919—1922 гг. под руководством В. Шухо-
ва была построена башня радио-станции на Шаболовке в
Москве. Она имела высоту 160 м при диаметре основа-
ния 42 м и состояла из шести ярусов. Все ярусы монти-
ровались на земле, внутри башни, телескопически выд-
вигались в проектное положение и закреплялись болта-
ми на верхнем кольце ранее установленного яруса.
В середине XX в. заклепочные соединения стальных
конструкций начинают вытесняться электросваркой. За-
слуга в развитии и совершенствовании электросварки
принадлежит академику Е. Патону. Созданный им в 1940 г.
метод автоматической сварки, впервые внедренный в
Советском Союзе, стал во всем мире основным способом
соединения элементов металлических конструкций.
С середины XX в. развиваются новые системы - кон-
струкции с использованием гибких растянутых элемен-
тов. В 1937 г. было возведено висячее покрытие в виде
усеченного конуса, подвешенного в основании к опорно-
му кольцу диаметром 30 м (павильон Франции на выстав-
ке в Загребе). В 1952 г. по проекту М. Новицкого и Ф. Се-
веруда в США в г. Роули была сооружена арена, перекры-
тая растянутой тросовой сеткой. Позднее конструкции с
растянутыми криволинейными поверхностями привлекли
внимание архитекторов и инженеров и стали одним из
популярных направлений формообразования в совре-
менной архитектуре.
Возрождение бетона, а точнее, вторичное его откры-
тие, относится к концу XVIII в. К тому времени в Европе
возникает социальный заказ на гидравлическое вяжущее
и на бетон как на необходимые материалы для гидротех-
нического, дорожного и промышленного строительства
(для устройства фундаментов). Заказ реализуется рядом
технических изобретений. Первый патент на гидравли-
ческое вяжущее - романцемент (продукт обжига природ-
ных мергелей) - был получен в 1796 г. Дж. Паркером (Ан-
глия). Портландцемент (обжиг смеси известняка и глины)
был создан в 1824 г. англичанином Дж. Аспдином и в
1825 г. в России Е. Челиевым.
Россия в конце XIX - начале XX в. занимала одно из
ведущих мест в научном изучении бетона и его практи-
ческом применении. Исследования бетона учеными спо-
собствовали его широкому использованию в качестве
конструкционного материала, состав и свойства которо-
го заранее рассчитываются и проектируются. Были улуч-
шены положительные качества бетона: высокая проч-
ность на сжатие, способность увеличивать прочность со
временем и др. Вместе с тем бетон обнаружил немало
отрицательных свойств: он плохо работал на изгиб и рас-
тяжение, давал усадку, обладал деформацией при дли-
тельном воздействии нагрузки (ползучесть). Эти недо-
статки, еще и по сей день не до конца изученные, ограни-
чивали возможности применения бетона в некоторых кон-
струкциях.
Проблема уменьшения собственной массы бетонных
изделий и увеличения их теплотехнических качеств была
решена еще в начале XX в. за счет использования легких
заполнителей - шлаков, керамзита, аглоперита, перлита
и др. Эффективность бетонных стеновых блоков для стен
зданий была обусловлена заводским изготовлением бло-
ков с заданными габаритами и свойствами, возможно-
10
В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
стью использования местного сырья, применением ма-
лой монтажной механизации, сокращением сроков стро-
ительства зданий.
Идея армирования бетона родилась из наблюдения
за отдельными клетками или частями организмов живот-
ного и растительного мира, выполняющими различные
функции. Неудивительно, что идея армирования бетона
пришла в голову почти одновременно нескольким изоб-
ретателям. Решая утилитарные задачи (увеличение проч-
ности, огнестойкости, водонепроницаемости и др.), изоб-
ретатели в разных странах опытным путем пришли к со-
зданию нового конструкционного материала - железобе-
тона. Среди них были французы Ж. Ламбо, Ф. Куанье,
Ж. Монье, англичанин В. Уилкинсон, американцы Т Хайэт,
В. Уард, русский Д. Жаринцев. В короткие сроки было вы-
дано множество патентов. Внедрение железобетона шло
быстрыми темпами.
В начале XX в. серьезный вклад в теоретическое осво-
ение железобетона внесли ученые России. Они изучили
сущность совместной работы бетона и арматуры, опреде-
лили характер деформаций, дали приближенные методы
расчета, создали первые нормы и технические условия.
Параллельно с этим был сделан ряд изобретений,
которые имели важное значение для архитектуры: стоеч-
но-балочная каркасная система инженера Ф. Эннебика
(1892), безбалочные конструкции перекрытий А. Лолейта
(1907), буронабивные сваи А. Страуса (1901), сборные
железобетонные элементы (С. Рудницкий и Н. Пятницкий,
1910), каркасно-панельные системы зданий в США
(1907-1912) и др. Эти изобретения впоследствии способ-
ствовали внедрению в практику строительства всего раз-
нообразия конструкций из железобетона.
Древесина, несмотря на свои положительные каче-
ства, стала терять свою значимость в архитектурной
практике, превращаясь во «второсортный» материал с
применением там, где невозможно использование других
материалов- В некоторой степени этому способствовало
совершенствование металлических и железобетонных
конструкций, их вовлечение в сферу индустриального
строительного производства. Существовало даже мне-
ние, что деревянные конструкции не отвечают требовани-
ям индустриального строительства.
С развитием науки и техники к середине XX столетия
это необоснованное предположение было опровергнуто
появлением клееных деревянных конструкций. Техноло-
гия из! оговления таких конструкций позволяет организо-
вать их массовый выпуск индустриальным методом в ме-
ханизированных цехах. Развитию клееных конструкций
способствовали достижения химической отрасли, произ-
водящей высококачественные клеи и средства защиты
древесины, которая, соединенная в крупноразмерные
элементы синтетическими клеями в условиях высокоме-
ханизированной заводской базы, далв принципиально
новый по качеству конструкционный материал, сохранив
при этом все свойственные древесине положительные
качества.
Значительную роль в развитии форм деревянных кле-
еных конструкций сыграли Всемирные выставки в Брюс-
селе (1958) и Монреале (1967), где были продемонстри-
рованы на примере множества павильонов оригинальные
архитектурно-конструктивные решения.
Анализируя процесс развития строительных конст-
рукций в их историческом срезе, можно убедиться, что
они становились все менее массивными, мвнее материа-
лоемкими, увеличивались пролеты, изменялись типы
форм, способы соединений и защиты. Современное раз-
витие конструкций - это постоянное совершенствование
строительных материалов и методов конструирования.
Суть этого совершенствования заключается в изменении
соотношения прочности и плотности (увеличение удель-
ной прочности) материалов: минимум затрат материала
при максимуме конструктивного эффекта. Утвердился
принцип дифференцирования конструкций зданий на не-
сущие и ограждающие, где первые образуют «скелет», а
вторые — «одежду» зданий.
Важно понимать, что какими бы рациональными не
были конструкции (конструктивные элементы) с техничес-
кой точки зрения, в руках архитектора они представляют
собой «сырой материал», который может и должен быть
преобразован. Для современной практики характерно
рассмотрение конструкций как объектов эстетического
освоения и включение их в качестве содержательных эле-
ментов архитектурных форм.
В архитектуре термины «материал», «элемент», «кон-
струкция» иногда трудно разграничить - они взаимосвя-
заны, хотя и различимы. В этой книге мы называем мате-
риалами то, из чего сделаны конструктивные элементы;
элементами - составные части конструкции; конструкци-
ями - состав и взаимное расположение элементов с их
надежными сопряжениями.
Отбор фактического материала для учебника основан
на общих критериях профессиональных решений, которые
выявились главным образом в последние десятилетия.
Кроме отечественного опыта широко использованы ре-
зультаты зарубежной проектной и строительной практики.
Поскольку учебник предназначен для изучения основ-
ных научно-теоретических положений дисциплины и не
может подменять собой справочник или пособие по про-
ектированию, в нем содержится минимум данных рецеп-
турного характера.
Термины и определения соответствуют нормативным
документам в строительстве.
Раздел I
ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗДАНИЯХ И КОНСТРУКЦИЯХ
1.1. Классификация зданий
1 .1.1. Понятия о зданиях и сооружениях
Все, что искусственно возведено (сооружено) чело-
веком для удовлетворения материальных и духовных по-
требностей общества и людей, принято называть соору-
жениями. В архитектурно-строительной практике следу-
ет различать понятия «здание» и «сооружение», которые
связаны с предметной стороной пространственных форм
и определяются через отношения этих форм к организа-
ции в них (ими) процессов.
Здание - наземная система строительных конструк-
ций, образующих внутреннее пространство, предназна-
ченное для различных процессов с непосредственным
участием человека (жилой дом, производственный кор-
пус, театр, вокзал и т.п.).
Сооружение - наземная, надземная или подземная
система строительных конструкций, служащая прежде
всего массой для сугубо технических процессов (мост,
радиомачта, телебашня, промышленная этажерка, тон-
нель и т.п.).
В настоящем курсе рассматриваются вопросы конст-
руирования только зданий.
1 .1.2. Классификация зданий
По назначению здания подразделяются на группы:
гражданские и промышленные.
Гражданские здания предназначаются для прожива-
ния и обеспечения бытовых, общественных и культурных
потребностей людей. Промышленные - для обеспечения
требуемых эксплуатационных режимов и создания опти-
мальных условий трудовой деятельности людей.
Гражданские здания, в свою очередь, подразделяют
на жилые и общественные.
К жилым домам относятся: дома квартирного
типа, предназначенные для постоянного жительства; об-
щежития -для временного проживания людей; гостини-
цы, турбазы, спальные корпуса санаториев, пансионатов,
домов отдыха - для кратковременного проживания;
дома-интернаты - для проживания детей отдельно от
родителей или инвалидов и престарелых.
Для жилых домов характерны фасады с наличием
большого количества окон, балконов, лоджий, эркеров, т е.
элементов, связанных с функциональным решением жили-
ща. Небольшие размеры жилых помещений предопреде-
ляют мелкоячеистую структуру объемно-планировочного
решения и довольно простые конструкции зданий.
К общественным относятся следующие группы
зданий:
• здания для образования, воспитания и подготов-
ки кадров;
• здания для научно-исследовательских учрежде-
ний, проектных и общественных организаций и управления;
• здания для здравоохранения и отдыха;
• здания физкультурно-оздоровительные и
спортивные;
• здания культурно-просветительных и зрелищных
учреждений,
• здания для предприятий торговли, обществен-
ного питания и бытового обслуживания;
• здания для транспорта, предназначенные для
непосредственного обслуживания населения;
• здания для коммунального хозяйства (кроме
производственных, складских и транспортных);
• многофункциональные здания, включающие по-
мещения различного назначения.
Группы общественных зданий подразделяются на
подгруппы. Например, здания для коммунального хозяй-
ства включают: здания для гражданских обрядов, похо-
ронные бюро; жилищно-эксплуатационные; здания гости-
ничных предприятий, мотелей и кемпингов; обществен-
ные уборные; бани и банно-оздоровительные комплексы.
Всего насчитывается около 900 видов и разновид-
ностей общественных зданий. В свою очередь виды
подразделяются на типы, номенклатура которых состав-
ляет более 3-х тысяч единиц.
В общественных зданиях сравнительно небольшие
компа it! uoMeiatoicw с помещениями, предназначенными
для большого количества людей - аудиториями, выста-
вочными. торговыми, зрительными и другими залами.
Эти помещения требуют применения достаточно сложных
конструкций и должны отвечать повышенным архитектур-
ным требованиям организации пространства.
Промышленные здания, независимо от отрасли
промышленности, разделяют на четыре основные
группы: производственные, энергетические, здания
транспортно-складского хозяйства, вспомогательные ад-
министративно-бытовые здания.
К производственным относятся здания для разме-
щения промышленных и сельскохозяйственных произ-
водств, обеспечения необходимых условий для труда лю-
дей и эксплуатации технологического оборудования.
Производственные здания по назначению разделяют на
виды соответственно отраслям производства. Это могут
быть металлургические, химические, машиностроитель-
ные, приборостроительные, деревообрабатывающие, до-
12
В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
мостроительные корпуса заводов; целлюлозно-бумаж-
ные, текстильные, швейные, обувные, кондитерские, хле-
бопекарные корпуса фабрик и цехов.
К энергетическим зданиям относятся: теплоэлект-
роцентрали (ТЭЦ), котельные, трансформаторные и элек-
трические подстанции, компрессорные станции и др.
Здания транспортно-складского хозяйства вклю-
чают: гаражи, склады готовой продукции и сырья, пожар-
ные депо и т.п.
Во вспомогательных административно-бытовых
зданиях промышленных предприятий размещают поме-
щения санитарно-бытового, медицинского, культурно-
спортивного, коммунально-бытового, административно-
технического, торгового обслуживания, а также обще-
ственного питания, профессионального обучения, обще-
ственных организаций.
Гражданские здания по количеству этажей услов-
но делят на малоэтажные (1-3 этажа); средней этаж-
ности (4-9 этажей; многоэтажные (10-16 этажей); по-
вышенной этажности (17-25 этажей); высотные (более
25 этажей).
При определении этажности здания в число этажей
включаются все надземные этажи, в том числе техничес-
кий, мансардный и цокольный, если верх его перекрытия
находится выше планировочной отметки земли не менее,
чем на 2 м.
Представленное деление зданий по количеству эта-
жей обусловлено, в основном, различием нормативных
требований по пожарной безопасности и инженерно-тех-
ническому оснащению зданий.
Здания малой и средней этажности применяются
преимущественно в селах и небольших городах. Много-
этажные здания - в массовой застройке городских жилых
массивов, повышенной этажности и высотные - в круп-
ных городах.
Промышленные здания делят на одноэтажные;
двухэтажные; многоэтажные (3 этажа и более).
Одноэтажные здания возводятся для производств с
тяжелым и крупногабаритным оборудованием, с горизон-
тальными технологическими процессами. Двухэтажные
здания с увеличенной сеткой колонн в верхнем этаже по
сравнению с нижним предназначены для производств,
где технически и экономически целесообразно располо-
жение технологических процессов в двух уровнях, что по-
зволяет размещать на первом этаже вспомогательные
помещения (кузнечно-прессовые и литейные цехи, кра-
сильно-отделочные цехи текстильных производств и др.).
В многоэтажных зданиях располагают производства с
вертикальными технологическими процессами (напри-
мер, дозировочные или смесительные отделения) или
производства с небольшими по массе и габаритами обо-
рудованием и продукцией (приборостроение, электрон-
ная, швейная, обувная, пищевая и другие отрасли про-
мышленности).
По способу возведения здания разделяют на:
• здания из мелкоразмерных элементов (кир-
пичей, камней, блоков и т.п., которые можно перемещать
вручную или при помощи средств малой механизации.
Возведение таких зданий является неиндустриальным;
• здания из крупноразмерных элементов (па-
нелей, плит, объемных блоков и т.п.), для монтажа кото-
рых применяют мощные подъемные механизмы. Это ин-
дустриальные полносборные здания, монтируемые из
конструкций заводского изготовления;
• здания монолитнобетонные (из монолитного и
сборно-монолитного бетона и железобетона). Этот спо-
соб относится к индустриальному возведению зданий с
применением различных опалубок многократного ис-
пользования, арматурных каркасов заводского изготов-
ления, механизированной подачи и укладки бетона.
По материалу основных конструкций (или матери-
алу стен) здания подразделяют на каменные, бетонные и
железобетонные, металлические, деревянные, а также
из текстильных материалов (для пневмоконструкций).
Каменные жилые, общественные и промышленные
здания из кирпича или камней возводят как малоэтажны-
ми, так и многоэтажными (до 14 этажей).
Основным материалом массового гражданского и
промышленного строительства в настоящее время явля-
ются бетон и железобетон, имеющие высокие показа-
тели долговечности, прочности, огнестойкости и индуст-
риальное™.
Металл (преимущественно сталь, реже алюминий)
применяется главным образом для несущих конструкций
большепролетных покрытий и каркасов зданий.
Дерево как строительный материал обладает рядом
преимуществ (доступностью, малой энергоемкостью, ес-
тественной красотой, простотой изготовления конструк-
ций и др.), но имввт и существенные недостатки (горю-
честь, подверженность разрушающим воздействиям), что
ограничивает сферу его применения малоэтажным строи-
тельством жилья и возведением покрытий зальных зданий.
Текстильные материалы из синтетических волокон
с воздухонепроницаемыми покрытиями применяются в
современной практике (преимущественно зарубежной)
для воздухоопорных покрытий в виде оболочек.
Часто конструкции одного здания выполняют из раз-
ных материалов, например, камня и древесины, бетона и
древесины, бетона и металла и т.п.
По эксплуатационным характеристикам здания
разделяют на две группы;
- отапливаемые - здания, требующие поддержания
температурно-влажностного режима, регламентируемого
строительными нормами;
- неотапливаемые - здания, которые не требуют
поддержания положительных температур воздуха внутри
себя (склады, гаражи и др.), и здания с избыточным тех-
нологическим тепловыделением - «горячие цехи».
По степени распространения все здания подразде-
ляют на здания массового строительства (жилые, об-
щественные, производственные), строящиеся в большом
количестве и часто во многом повторяющие друг друга;
уникальные здания, имеющие важное народнохозяй-
ственное и (или) социальное значение (крытые спортив-
ные залы с трибунами, здания театров, цирков, крытых
рынков, учебных заведений, музеев, вокзалов и т.п ).
Для учета ответственности зданий, характеризуе-
мой экономическими, социальными и экологическими
последствиями их отказов, устанавливаются три уровня:
I - повышенный, II - нормальный, III - пониженный.
Повышенный уровень ответственности следует
принимать для зданий, отказы которых могут привести к
тяжелым экономическим, социальным и экологическим
последствиям (производственные здания пролетами
100 м и более, уникальные гражданские здания - крытые
спортивные здания с трибунами, здания театров, киноте-
атров, цирков, крытых рынков, учебных заведений, боль-
ниц, музеев, государственных архивов и т.д.).
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
13
Нормальный уровень ответственности следует
принимать для зданий массового строительства (жилые,
общественные, производственные здания).
Пониженный уровень ответственности следует
принимать для сооружений сезонного или вспомогатель-
ного назначения (теплицы, летние павильоны, небольшие
склады и подобные сооружения).
Отнесение объекта к конкретному уровню ответ-
ственности производится генеральным проектировщи-
ком по согласованию с заказчиком.
Согласно СНиП 2I-0I-97 «Пожарная безопасность зда-
ний и сооружений» определяется пожарно-техническая
классификация зданий:
• по огнестойкости (степени I, II, III, IV, V);
• по конструктивной пожарной опасности (классы
СО, С1.С2, СЗ);
• по функциональной пожарной опасности (классы
Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4, Ф5).
Здания и помещения по взрывопожарной и пожарной
опасности определяются в соответствии с НПБ 105-95.
Подробно пожарно-техническая классификация зда-
ний представлена в Главе 4. Классификация зданий по
конструктивным признакам приведена в соответствую-
щих главах учебника.
1.2. Структурные части зданий
Этаж - часть здания между верхом перекрытия или
пола по грунту и верхом расположенного над ним пере-
крытия. В зависимости от назначения и расположения
этажи имеют определенное название (рис. 1.1)-
Подвальный этаж (или подвал) - этаж при отметке
пола помещений ниже планировочной отметки земли бо-
лее чем наполовину высоты помещений.
Цокольный этаж (или полуподвал) - этаж при от-
метке пола помещений ниже планировочной отметки
земли на высоту не более половины высоты помещений.
Надземный этаж - этаж (первый, второй и т.д.) при
отметке пола помещений не ниже планировочной отмет-
ки земли.
Мансардный этаж (или мансарда) - этаж, фасад
которого полностью или частично образован поверхно-
стью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши,
при этом линия пересечения плоскости крыши и фасада
должна быть на высоте не более 1.5 м от уровня пола
мансардного этажа.
Чердак - пространство между поверхностью покры-
тия (крыши), наружными стенами и перекрытием верхне-
го этажа.
Технический этаж - этаж для размещения инженер-
ного оборудования и прокладки коммуникаций; может
быть расположен в нижней (техническое подполье), верх-
ней (технический чердак) или в средней части здания.
Здание состоит из взаимосвязанных частей, имею-
щих определенное назначение, которые подразделяются
на четыре основные группы: объемно-планировочные
элементы, строительные конструкции, архитектурно-кон-
структивные элементы, строительные изделия.
1.2.1. Объемно-планировочные элементы
Объемно-планировочные элементы - крупные ча-
сти, из которых состоит объем здания: помещения, эта-
жи, лестнично-лифтовой узел, чердак, мансарда, веран-
да и т.п. Эти элементы образуют объемно-планировочную
структуру здания, определяющую его архитектурные ка-
чества.
Помещение - пространство внутри здания, имею-
щее определенное функциональное назначение и ограни-
ченное со всех сторон строительными конструкциями.
Помещения по функции разделяют на группы:
• основные - соответствуют основным функциям
здания (жилые комнаты жилых домов, классы и кабинеты
школ, аудитории учебных заведений, торговые залы ма-
газинов и т.п.);
• вспомогательные - для обеспечения основных
функций здания (фойе, кулуары, конференц-залы, архи-
вы, подсобные помещения магазинов и т.п.);
• обслуживающие - повышающие комфорт и са-
нитарно-гигиенические условия, но не имеющие прямого
отношения к основной функции здания (вестибюли, хол-
лы, бары, уборные и т.п.);
• коммуникационные - для связей внутри здания
(коридоры, галереи, лестнично-лифтовые узлы);
• технические (иногда этажи) - предусматрива-
ются для размещения инженерно-технического оборудо-
вания (машинные помещения лифтов, камеры мусоро-
сборные, вентиляционные и кондиционирования и т.п.).
Рис. 1.1, Расположение объёмно-планировочных элементов
(этажей) в зданиях:
а - малоэтажное здание; б - многоэтажное здание; 1 - надзем-
ные этажи; 2 - подвал или техническое подполье; 3 - цокольный
этаж или полуподвал; 4 - мансарда; 5 - технический этаж; 6 -
чердак или технический чердак
14
В.А Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Лестнично-лифтовой узел - пространство, пред-
назначенное для размещении вертикальных коммуника-
ций - лестничной клетки и лифтов.
Лифтовой холл - помещение перед входами в лифты.
Веранда - застекленное неотапливаемое помеще-
ние, пристроенное к зданию или встроенное в него.
Для технико-экономической оценки проектных реше-
ний применяются объемно-планировочные показате-
ли зданий, правила подсчета которых приводятся в При-
ложении 1.
1.2.2. Строительные конструкции
Строительная конструкция - часть здания, выполня-
ющая определенные несущие, ограждающие и (или) эсте-
тические функции, состоящая из элементов, взаимно свя-
занных в процессе выполнения строительных работ. Стро-
ительными конструкциями зданий являются: фундаменты,
стены, каркасы, перекрытия, крыши, покрытия, лестницы,
перегородки, светопропускающие ограждения (окна, вит-
ражи, фонари) двери и ворота и др. (рис. 1.2; 1.3).
Поскольку строительные конструкции составляют
конструктивную структуру (систему) здания, их еще назы-
вают конструктивными элементами здания.
Фундамент - нижний подземный конструктивный
элемент здания, который воспринимает на себя всю на-
Рис. 1.2. Строительные конструкции малоэтажного жилого дома
(чертеж плана):
1 - входная лестница; 2 - пандус; 3 - ворота автостоянки; 4 - на-
ружная деревянная стена: 5 - внутренняя деревянная стена; 6 -
внутриквартирная лестница; 7 - опора (колонна); 8 - ограждение
террасы; 9 - светопропускающее ограждение эркера; 10 - стена
эркера; 11 - внутренняя дверь; 12 - окно; 13 - входная дверь;
14 - наружная опора
грузку от здания и действующих на него сил (ветер, снег
и др.) и передает эту нагрузку на основание (грунт).
Стена (наружная, внутренняя) - вертикальное ограж-
дение, защищающее помещение от воздействия внешней
среды и отделяющее одно помещение от другого Час*с
стены служат для передачи нагрузки от перекрытий г
крыш на фундаменты.
Каркас - стержневой остов здания, воспринимаю-
щий нагрузки и обеспечивающий надежность и устойчи-
вость здания.
Перекрытие - горизонтальный конструктивный эле-
мент, разделяющий здание на этажи и передающий на-
грузки на стены или отдельные опоры.
Крыша - верхняя, завершающая часть здания, защи-
щающая его от атмосферных осадков и других внешних
воздействий. Крыша состоит из водонепроницаемой обо-
лочки - кровли и поддерживающих ее конструкций -
стропил или плит.
Покрытие - крыша без чердака, совмещающая пере-
крытие верхнего этажа с кровлей, или верхняя ограждаю-
щая часть одноэтажного здания.
Рис 1.3. Строительные конструкции многоэтажного здания гос-
тиницы (чертеж разреза):
1 - фундамент; 2 - открытая внутренняя лестница; 3 - пол по
грунту; 4 - цокольное перекрытие; 5 - междуэтажное перекры-
тие; 6 - эксплуатируемое покрытие; 7 - колонна; 8 - балка кон-
сольная, 9 - перегородка 10 - дверной проем в стене; 11 - на-
ружная стена, 12 - стена лоджии; 13 - перекрытие лоджии: 14 -
шахта лифта, 15 - крыша; 16 - лестничная клетка
-аздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
15
Лестница - наклонные ступенчатые и горизонтальные
элементы, предназначенные для сообщения между этажа-
ми, Внутренняя лестница, огражденная со всех сторон не-
сгораемыми стенами, называется лестничной клеткой.
Перегородка - внутренний вертикальный элемент,
отделяющий одно помещение от другого.
Светопропускающие ограждения (окна, витражи,
фонари) - элементы, предназначенные для защиты от
воздействия внешней среды, для освещения и проветри-
вания помещений, а также для визуальной связи с наруж-
ным пространством.
Двери и ворота - подвижные ограждения, обеспечи-
вающие связь между помещениями, вход в здание и вы-
ход из него.
Совокупность основных конструктивных элементов
(строительных конструкций) - вертикальных {стены, от-
дельные опоры), горизонтальных (перекрытия, покрытия)
и фундаментов - составляет единую пространственную
конструктивную систему - несущий остов здания Пред-
назначение несущего остова - восприятие всех силовых
воздействий на здание (вес самих конструкций, оборудо-
вания, мебели, людей, снега, ветра и др.) и обеспечение
прочности, жесткости и устойчивости здания.
1.2.3. Архитектурно-конструктивные элементы
В строительных конструкциях выделяют элементы,
которые в значительной степени определяют эстетиче-
ские качества архитектурных форм.
Архитектурно-конструктивный элемент - часть
строительной конструкции и (или) объем но-планировочно-
го элемента здания, выполняющая определенные функ-
циональные и эстетические задачи. Преимущественно
это части стен или крыш (покрытий) зданий.
К архитектурно-конструктивным элементам относят-
ся: балконы, лоджии, эркеры, консольные свесы, а также
люкарны, фонари, парапеты, пилястры, фронтоны, налич-
ники, сандрики, перемычки, козырьки и др. элементы.
Балкон - выступающая из плоскости фасада ограж-
денная площадка, служащая для отдыха в летнее время.
Лоджия - перекрытое и огражденное в плане с трех
сторон помещение, открытое во внешнее пространство,
служащее для отдыха и солнцезащиты.
Эркер - выходящая из плоскости фасада часть поме-
щения, частично или полностью остекленная, улучшаю-
щая его освещенность и инсоляцию.
Консольный свес - часть объема здания на высоту
одного или нескольких этажей, выступающая из плоско-
сти стены.
Цоколь - нижняя часть стены от уровня земли до
уровня пола.
Карниз - выступающее профилированное венчание
стены, защищающее ее от стока воды с крыши.
Люкарна - выступающий из плоскости скатной крыши
объем с вертикальным светопропускающим ограждением.
Фонарь световой - остекленная часть покрытия для
освещения лестничной клетки или внутреннего дворика.
Парапет - невысокая стенка, служащая ограждени-
ем крыши, террасы.
Пилястра — обычно прямоугольный в плане выступ
стены или столба, устраиваемый для усиления стены в
местах опирания перекрытий или покрытий.
Фронтон - верхняя часть стены с фасада в виде тре-
угольника, обрамленная по трем сторонам карнизом.
Наличник - обрамление оконного или дверного
проема.
Сандрик - небольшой карниз над дверью или окном.
1.2.4. Строительные изделия
Строительное изделие - первичный составной эле-
мент (часть, деталь) строительной конструкции, изготов-
ляемый вне места его установки — как правило, в завод-
ских условиях.
Строительные конструкции состоят из тех или иных
строительных изделий, например:
• фундаменты - из плит-подушек, блоков, пане-
лей, свай;
• стены - из кирпичей, камней, панелей, брусьев;
• каркасы - из колонн (стоек), балок (ригелей),
связей;
• перекрытия - из балок, прогонов, плит;
• крыши - из панелей, плит, ферм, наклонных
балок, черепиц;
• покрытия - из балок, ферм, рам, арок, плит;
• лестницы - из ступеней, косоуров, маршей,
плит-площадок;
• окна - из оконных блоков, стеклопакетов.
Вид строительных изделий, их формы, материал,
способы соединений (сопряжений), положение относи-
тельно друг друга - всв это определяет суть строитель-
ной конструкции.
1.3. Требования к зданиям
Любое здание, независимо от его назначения, долж-
но соответствовать следующим основным требованиям:
• функциональным (функционально-технологи-
ческая целесообразность);
• техническим (целесообразность технических
решений);
• эстетическим (архитектурно-художественная
выразительность);
• экономическим (экономическая целесообраз-
ность).
1.3.1. Функционально-технологические требования
Функционально-технологические требования за-
ключаются в соответствии здания своему назначению -
функции {технологии) для создания наилучших условий
для быта или труда людей, для их учебы, отдыха, лечения
и др. процессов, для которых здание предназначено.
Функциональные качества зданий, обеспечивающие
их нормальную эксплуатацию, определяются:
• организацией внутреннего пространства;
• параметрами микроклимата в помещениях;
• световым режимом;
• звуковым режимом;
• условиями видимости и зрительного восприятия;
• санитарно-техническим и инженерным оборудо-
ванием.
Организация внутреннего пространства в зданиях
предполагает:
• определение (назначение) количества различ-
ных помещений и их групп;
• выбор геометричеких параметров помещений;
16
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
• взаиморасположение и функциональное зониро-
вание помещений с обеспечением горизонтальными и
вертикальными коммуникациями (коридорами, лестница-
ми, лифтами, эскалаторами);
• размещение технологического и подъемно-транс-
портного оборудования в производственных зданиях;
• целесообразную организацию рабочих мест и
создание удобных условий труда;
• учет условий и психофизиологических законо-
мерностей эстетического воздействия внутреннего про-
странства на людей.
Организация внутреннего пространства зданий осно-
вывается на комплексном учете разносторонних факто-
ров: социальных, градостроительных, природно-климати-
ческих, физико-технических, инженерных, эстетических,
экономических.
Микроклимат помещения - это состояние внутрен-
ней среды помещения, оказывающее воздействие на че-
ловека, характеризуемое показателями температуры воз-
духа и ограждающих конструкций, влажностью и подвиж-
ностью воздуха, а также содержанием в воздухе химиче-
ских и механических примесей.
Оптимальные параметры микроклимата - сочета-
ние значений его показателей, которые при длительном
и систематическом воздействии на человека обеспечива-
ют нормальное тепловое состояние организма и ощуще-
ние комфорта людей, находящихся в помещении.
Оптимальные и допустимые показатели микроклима-
та помещений жилых, общественных, административных
и бытовых зданий регламентируются ГОСТ 30494-96 в
зависимости от назначения помещений и периода года.
Они обеспечиваются совокупностью мероприятий градо-
строительного, объемно-планировочного, инженерно-
технического и конструктивного характера. Так, чтобы
оптимизировать теплопотери зданий зимой и хладопоте-
ри — летом, необходимо запроектировать наружные ог-
раждающие конструкции в соответствии с основными
требованиями СНиП «Тепловая защита зданий».
Удаление из производственных помещений вредных
газов и аэрозолей, избыточного тепла и влаги достигается
с помощью аэрации - организованного управляемого ес-
тественного воздухообмена через аэрационные фонари.
Создание оптимального светового режима в здани-
ях предполагает решение следующих задач:
• выбор системы освещения - естественного (бо-
кового, верхнего, комбинированного), совмещенного (ес-
тественного с искусственным) или искусственного;
• обеспечение нормируемых значений освещен-
ности помещений в зависимости от их назначения и ха-
рактеристик зрительной работы;
• обеспечение требуемого спектрального состава
источников света, влияющих на зрительное восприятие
цветных объектов.
Эти задачи решаются назначением оптимальных раз-
меров и пропорций светопроемов (окон, витражей, фона-
рей), их ориентацией по сторонам света; техническими
устройствами на светопроемах; выбором источников све-
та для искусственного освещения.
Звуковой (акустический) режим в помещениях
зданий предполагает:
• обеспечение нормативной звукоизолирующей
способности ограждающих конструкций;
• ограничение шумового воздействия на людей от
производственных источников шума (станки, оборудова-
ние, агрегаты, машины), превышающего допустимый
уровень, мешающего технологическому процессу и утом-
ляющего работающих;
• создание комфортного акустического климата в
зальных помещениях театров, кинотеатров, цирков и др.,
обеспечивающего естественность, ясность и выразитель-
ность звучания музыки, пения и речи.
Требование акустического комфорта зальных поме-
щений оказывает значительное влияние на выбор их
объемно-планировочных и конструктивных решений -
размеров, форм, отделочных материалов.
Условия видимости и зрительного восприятия в
зрелищных зальных помещениях основаны на следую-
щих положениях (по В. Савченко*):
• зрелища (объекты наблюдения) должны нахо-
диться в поле зрения, размеры которого обусловлены
физиологическими свойствами глаза человека;
• размеры поля зрения (зоны действия) обуслав-
ливают наименьшее оптимальное расстояние до зрителя:
• наибольшая удаленность зрителя обусловлена
размером критического для зрелища объекта наблюдения;
• для создания равноценных условий всем зрите-
лям необходимо их равное удаление от трех точек зоны,
в которой происходит действие (двух крайних и одной
центральной).
Обеспечить функционально-технологические требова-
ния к зданиям только строительными средствами невоз-
можно. Поэтому современные здания оснащаются сани-
тарно-техническим и инженерным оборудованием:
• санитарно-техническими системами отопления,
вентиляции, кондиционирования воздуха, холодного и
горячего водоснабжения, водоотведения, газоснабжения,
электроснабжени я;
• информационными системами (радио, телефон,
телевидение, Интернет, факс, электронная почта и др.);
• системами транспорта (лифты, подъемники,
пневмопроводы, эскалаторы и др.);
• системами пыле- и мусороудаления;
• оборудованием, связанным со спецификой здания
(холодильное, сценическое, подъемно-транспортное, уста-
новки улавливания производственных вредностей и др.);
• системами безопасности зданий (охранная и
тревожная сигнализация, пожарная сигнализация, конт-
роль доступа, поисковая и досмотровая техника, инже-
нерная защита, телевизионное внутреннее и наружное
наблюдение и т.п.).
Современные требования к уровню комфорта и безо-
пасности жизнедеятельности людей предопределяют
проектирование «интеллектуальных» зданий, в которых
управление их эксплуатацией автоматизировано и осу-
ществляется с минимальным участием человека.
1.3.2. Технические требования
В настоящем учебном курсе прежде всего уделяется
внимание обеспечению технических требований, которые
заключаются в том, что здания должны быть надежными,
жесткими, устойчивыми, долговечными и пожаробе-
зопасными.
Надежность здания - свойство строительного
' См.. Савченко В.В. Многоцелевые зрелищные и спортив-
ные залы. — Киев, 1990
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
Библио! ска КТЧТХЛ
IHMIIIIIIIIIIIM
0000060554
объекта выполнять заданные функции в течение требуе-
мого промежутка времени.
Основным свойством, определяющим надежность
строительных конструкций, зданий и сооружений в це-
лом, является безотказность их работы - способность
сохранять заданные эксплуатационные качества в тече-
ние определенного срока службы.
Строительные конструкции и грунтовые основания
здания должны быть запроектированы таким образом, что-
бы они обладали достаточной надежностью при возведе-
нии и эксплуатации с учетом, при необходимости, особых
воздействий (землятресение, наводнение, пожар, взрыв}.
Строительные конструкции и основания рассчитыва-
ют по методу предельных состояний, основные положе-
ния которого направлены на обеспечение безотказной
работы конструкций и оснований - надежности зданий.
Жесткость здания - способность несущего остова
здания сопротивляться деформациям или. что по сути
одно и то же, способность сохранять геометрическую не-
изменяемость формы.
Жесткость зданий со стеновым несущим остовом
обеспечивается, как правило, жесткостью самих стен, по-
этажно сопряженных с жесткими дисками перекрытий.
Жесткость каркасных зданий (из стержневых верти-
кальных и горизонтальных элементов) обеспечивается
принципиально двумя способами: введением в систему
каркаса дополнительных стержневых, плоских или объем-
Рис. 1.4. Способы обеспечения жесткости каркасов:
а - изменяемая стержневая система; б - неизменяемая система
со стержневыми связями (связями жесткости); в - неизменяемая
система с плоскими или объемно-пространственными связями
(диафрагмами или ядрами жесткости); г - неизменяемая систе-
ма с жесткими рамными узлами;
1 - раскосая связь; 2 - крестовая связь; 3 - полураскосая связь;
4 - подкосы; 5 - диафрагма или ядро жесткости; 6 - жесткие
рамные узлы
но-пространственных элементов (соответственно, связей,
диафрагм или ядер жесткости) либо с помощью жестких
рамных узлов соединения элементов каркаса (рис. 1.4).
Устойчивость - способность здания противостоять
усилиям, стремящимся вывести его из исходного состоя-
ния статического или динамического равновесия, - со-
противление опрокидыванию. "
Потеря устойчивости зданием может произойти в ре-
зультате неравномерной осадки фундаментов и (или) при
действии динамических (ветровых и сейсмических) на-
грузок.
Устойчивость обеспечивается целесообразным взаим-
ным сочетанием и расположением элементов конструкций
зданий в соответствии с величиной и направлением внеш-
них усилий. Условие устойчивости здания при больших
ветровых (горизонтальных) нагрузках - равнодействующая
вертикальных нагрузок и давления ветра, которая должна
проходить через подошву фундамента (рис. 1.5 а).
Устойчивость высотных зданий зависит от формы их
объема. Высокое протяженное здание с узким корпусом
(здание-пластина) - самая неэффективная форма с пози-
ций устойчивости, так как имеет большое сопротивление
ветровой нагрузке (парусность) и узкую опорную часть.
Рис. 1.5. Принципы обеспечения устойчивости зданий:
а - здание устойчивое; б - здание подвержено опрокидыванию
(неустойчивое); е - здание от опрокидывания защемлено е ос-
новании; г - придание зданию большей устойчивости изменени-
ем формы плана: д - то же, сужением кверху
БИБЛИОТЕКА
ФГОУ ВПО ГСХА
18
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Для повышения устойчивости рекомендуется приме-
нять эффективные формы зданий (рис. 1.5 г, д), что до-
стигается:
• развитием формы плана здания;
• сужением объема здания кверху (террасность,
пирамидальность, конусность);
• обтекаемостью формы (цилиндрические и близ-
кие к ним формы).
Особой проблемой является задача обеспечения ус-
тойчивости очень высоких зданий, когда требуется обес-
печить восприятие у основания здания очень больших
изгибающих моментов, возникающих от действия гори-
зонтальных ветровых нагрузок. Обычно эта задача реша-
ется надежной анкеровкой здания через фундамент в
грунт основания. Тогда здание работает как вертикальный
консольный стержень, воспринимающий большие гори-
зонтальные нагрузки. Примером может служить здание
бизнес-центра высотой 450 м в г. Куала-Лумпур (Малай-
зия) - до недавнего времени самого высокого небоскре-
ба в мире. Для устройства фундамента был вырыт котло-
ван глубиной 20 м и площадью 57 тыс. м2. Четыреста бе-
тонных опор, уходящих в грунт на глубину 150 м и объе-
диненных мощной плитой сверху, образовали фундамент
анкерного типа для двухбашенного здания.
Долговечность - способность здания и его элемен-
тов сохранять во времени заданные качества в опреде-
ленных условиях при установленном режиме эксплуата-
ции без разрушения и деформаций.
Установлены следующие степени долговечности
зданий:
I степень - срок службы не менее 100 лет;
II степень - срок службы не менее 50 лет;
ill степень - срок службы не менее 20 лет.
Требуемая степень долговечности зданий и их конст-
рукций обеспечивается:
• выбором строительных материалов, имеющих
соответствующую огнестойкость, морозостойкость, вла-
гостойкость, биостойкость, коррозионную стойкость;
• применением конструктивных решений, исклю-
чающих или снижающих разрушающее воздействие на
конструкции;
• специальной защитой элементов конструкций,
выполняемых из недостаточно стойких материалов.
Пожарная безопасность - комплекс организацион-
ных мероприятий и технических средств, направленных
на предотвращение пожара и ущерба от него.
Предотвращение пожара должно достигаться пре-
дотвращением образования горючей среды и (или) обра-
зования в горючей среде источников зажигания следую-
щими способами:
• максимально возможным применением негорю-
чих или трудногорючих веществ и материалов;
* максимально возможным по условиям техноло-
гии ограничением массы и (или) объема горючих ве-
ществ;
• изоляцией горючей среды (применением изоли-
рованных отсеков, камер, кабин и т.п.);
• поддержанием безопасной концентрации среды;
• установкой пожароопасного оборудования в
изолированных помещениях: применением машин, обо-
рудования, устройств, при эксплуатации которых не об-
разуются источники зажигания.
Противопожарная защита должна достигаться сле-
дующими способами или их комбинацией:
• применением средств пожаротушения и пожар-
ной техники;
• применением автоматических установок пожар-
ной сигнализации и пожаротушения;
• применением основных строительных конструк-
ций и материалов с нормированными показателями по-
жарной опасности;
• применением пропитки конструкций антипире-
нами и нанесением ца поверхности конструкций огнеза-
щитных красок (составов);
• устройствами, обеспечивающими ограничение
распространения гржара;
• организацией с помощью технических средств
своевременного оповещения и эвакуации людей;
• применением средств коллективной и индивиду-
альной защиты людей от опасных факторов пожара.
Ограничение распространения пожара за пределы
его очага должно достигаться:
• устройством противопожарных преград;
• установлением предельно допустимых площадей
противопожарных секций и отсеков, этажности зданий;
• устройством аварийного отключения и переклю-
чения установок и коммуникаций;
• применением огнепреграждающих устройств в
оборудовании.
Каждое здание должно иметь такое объемно-плани-
ровочное и техническое исполнение, чтобы эвакуация лю-
дей из него была завершена до наступления предельно
допустимых значений опасных факторов пожара - пламе-
ни, искр, повышенной температуры, дыма, токсичных
продуктов горения.
1.3.3. Эстетические и экономические требования
Архитектурная организация фасадов здания, его внут-
реннего пространства должна учитывать духовные потреб-
ности людей, закономерности эстетического воздействия
и обладать художественными свойствами, а значит, долж-
на быть построена по определенным законам красоты.
Здания различного назначения имеют свой, харак-
терный для них художественный образ, который форми-
руется под влиянием различных факторов, прежде всего
функциональных.
Значительную, а иногда и решающую роль в эстети-
ческой организации пространства и объема здания игра-
ет строительная техника - материалы и конструкции.
Здесь следует иметь в виду, что архитектурно-художе-
ственное решение достигается не за счет использования
декоративных средств, а, главным образом, следует из
самих конструктивных форм, которые служат выражени-
ем тектоники здания.
Художественно-тектонические качества архитек-
турно-конструктивных форм проявляются через их:
• информативность - открытость, ясность, техно-
логичность;
• эффективность ~ утилитарное совершенство,
экономичность, рациональность;
• конструктивность - надежность, жесткость, ус-
тойчивость;
• упорядоченность - регулярность, модульность,
симметричность, ритмичность, координацию и суборди-
нацию элементов и материалов;
• целостность - гармоничную уравновешенность;
связность; соразмерность габаритов, массы и простран-
ства; единство в разнообразии;
•'эздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 19
» пластичность - силуэт, контур, конфигурацию;
• масштабность - пропорциональный строй, чле-
нения, степень крупности форм;
• оригинальность - своеобразие, необычность,
новизну, современность.
Основные понятия и определения, относящиеся к
тектонике зданий, рассматриваются в Главе 7.
Экономичность архитектурно-технических решений
предполагает рациональное решение ряда задач: объем-
но-планировочных, конструктивных, технологических
*ехнология возведения), эстетических и др.
Критериями экономичности объектов архитектуры
являются:
• единовременные капитальные вложения (эконо-
мичность возведения здания);
• эксплуатационные расходы (экономичность экс-
плуатаций здания);
• стоимость износа и восстановительная сто-
имость (экономичность амортизации здания).
Глава 2
КОНСТРУКТИВНАЯ ТИПОЛОГИЯ
Конструктивная типология представляет собой клас-
сификацию (распределение по какому-либо признаку на
'оуппы) строительных изделий, элементов, конструкций и
систем в их различных соотношениях.
2.1. Типы, типоразмеры и марки
изделий и конструкций
Термины «тип», «типоразмер», «марка» используют-
ся в проектной документации, стандартах, технических
условиях чаще всего применительно к строительным из-
делиям. изготовленным в заводских условиях, иногда к
элементам конструкций или конструкциям, например,
монолитным. Марки наносят на готовые бетонные и же-
лезобетонные изделия (маркируют их).
2.1.1. Типы
Тип строительного изделия или конструкции (ти-
псэлемент) - характеристика изделия, определяющая его
-аименование, назначение и какой-либо признак формы.
Для условного обозначения типа изделия (типоэле-
мента) применяют прописные буквы русского алфавита,
количество которых, как правило, не должно превышать
*рех. Условные буквенные обозначения типов основных
изделий и конструкций приведены в Приложении 2.
Обозначение типа строительного элемента может
быть неполным (только наименование) или полным (наи-
менование, назначение, признак формы).
Примеры неполных и полных условных обозначений ти-
"ов изделий: Б - балка, БСД - балка стропильная двухскат-
ная, К - колонна, КНО - колонна нижняя одноконсольная.
2.1.2. Типоразмеры
Типоразмер строительного изделия или конст-
рукции - характеристика изделия, определяющая его тип
(наименование, назначение, признак формы), а также ос-
новные габаритные размеры (пролет, длину, ширину, вы-
соту, толщину, диаметр и т.п.).
Указываемые габаритные размеры должны быть оп-
ределяющими для данного типа изделия, координацион-
ными или конструктивными. Размеры указываются в мет-
рах или дециметрах (с округлением до целого числа). Для
мелкоразмерных изделий допускается указывать разме-
ры в сантиметрах.
В тех случаях, когда в типоразмере изделия указыва-
ются два или три определяющих размера (например,
длина, ширина и высота), цифровые обозначения этих
размеров разделяются точкор. Для изделий, элементов,
имеющих несколько типоразмеров, условное буквенное
обозначение допускается дополнять цифрой, стоящей
перед обозначением типа конструкции.
Примеры обозначения типоразмеров: БК2-65.20.13,
где Б - балка, К - клеедеревянная, 2 - с двумя черепны-
ми брусками, 65 - длина в дециметрах, 20 - высота в сан-
тиметрах,13 - ширина в сантиметрах; ПСВ 47.27.16, где
П - панель, С - стеновая. В - внутренняя, 47 - длина в
дециметрах, 27 - высота в дециметрах, 16 - толщина в
см; ЗФБМ 24, где 3 - порядковый номер типоразмера
элемента по техническим условиям или стандартам, Ф -
ферма, Б - безраскосная, М - для покрытий с малоук-
лонной кровлей, 24 - пролет в метрах.
Типоразмеров изделий обычно намного больше, чем их
типов, так как типы имеют множество вариантов размеров.
2.1.3. Марки
Марка - наиболее полная, условно обозначенная ха-
рактеристика строительного изделия, отражающая его
типоразмер, а также дополнительные характеристики:
несущую способность (допускаемые расчетные нагрузки,
расчетные усилия); вид и класс конструкционных матери-
алов; стойкость к воздействию агрессивной среды, высо-
ких температур; сейсмостойкость; конструктивные осо-
бенности (наличие отверстий, проемов, вырезов, допол-
нительных закладных деталей и т.д.).
Марка состоит из буквенно-цифровых групп (не бо-
лее трех), которые разделяются дефисом.
Первая группа содержит обозначения типа изделия,
элемента, конструкции (Приложение 2} или обозначение
типоразмера, определяющего габаритные размеры (про-
лет, длину, ширину, высоту, толщину, диаметр и т.п.). Эти
обозначения включаются в марки всех изделий или кон-
струкций.
Во второй группе приводится обозначение несущей
способности и материалов. В марке изделий, изготовлен-
ных из тяжелого бетона, вид бетона не указывается.
В третью группу включаются дополнительные харак-
теристики, отражающие особые условия применения из-
делий, конструкций.
Необходимость включения в марку обозначений вто-
рой и третьей групп определяется разработчиком доку-
ментации.
Индивидуальные изделия, элементы, конструкции
обозначают марками, состоящими из букв в соответствии
с Приложением 2 с добавлением порядкового номера в
пределах данного обозначения (например, балки Б1, Б2,
БЗ). При нескольких исполнениях, имеющих различия, не
влияющие на основную характеристику, марка дополня-
ется буквенным индексом (например, Б1а, Б1б).
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Типовые изделия, элементы, конструкции обознача-
ют марками, присвоенными соответствующими стандар-
тами, чертежами типовых изделий или каталогами.
Примеры обозначения марок: 2П 36.60-Зл, где 2П -
плита перекрытия сплошная для опирания по четырем
сторонам, 36 - длина в дециметрах, 60 - ширина в деци-
метрах, 3 - предельная нагрузка в кПа, л - из легкого бе-
тона; 4БСД 18-2AIV-1, где 4БСД - балка стропильная
двухскатная, 18 - пролет в метрах, 2 - вторая по несущей
способности, AIV - класс напрягаемой арматурной стали,
1 - с закладными изделиями для крепления плит.
2.2. Классификация строительных
изделий, элементов, конструкций
’ В настоящей главе представлена общая (характер-
ная для всех видов и содержащая самое существенное)
классификация структурных частей зданий. Подробные
классификации конкретных видов конструкций приводят-
ся в соответствующих главах учебника.
Строительные изделия, элементы и конструкции зда-
ний классифицируют по:
• назначению;
• материалу;
• соотношению размеров;
• способности восприятия усилий;
• характеру силовой работы;
• характеру опорной реакции;
• форме сечения;
• способам изготовления и монтажа;
• расположению;
• количеству слоев.
По назначению строительные конструкции подраз-
деляют на несущие (основные, второстепенные), ограж-
дающие, совмещенные.
Конструкции несущие - строительные конструкции,
воспринимающие нагрузки и воздействия и обеспечива-
ющие надежность, жесткость и устойчивость зданий. Не-
сущие конструкции, образующие остов здания (конструк-
тивную систему), относятся к основным: фундаменты,
стены, отдельные опоры, перекрытия, покрытия и т.п. Ос-
тальные несущие конструкции относятся к второстепен-
ным, например, перемычки над проемами, лестницы,
блоки шахт лифтов.
Конструкции ограждающие - строительные конст-
рукции, предназначенные для изоляции внутренних объе-
мов в зданиях от внешней среды или между собой с уче-
том нормативных требований по прочности, теплоизоля-
ции, гидроизоляции, пароизоляции, воздухопроницаемо-
сти, звукоизоляции, светопропусканию и т.д. Основные
ограждающие конструкции - ненесущие стены, перего-
родки, окна, витражи, фонари, двери, ворота.
Конструкции совмещенные - строительные конст-
рукции зданий и сооружений различного назначения, вы-
полняющие несущие и ограждающие функции (стены,
перекрытия, покрытия).
Применение несущих, ограждающих и совмещенных
конструкций из различных материалов показано в табл. 2.1.
По материалу строительные изделия, элементы,
конструкции подразделяют на каменные, бетонные (в
том числе гипсобетонные, грунтобетонные, деревобетон-
ные, полистмролбетонные, полимербетонные, фибробе-
тонные, фиброцементные), железобетонные (в том чис-
ле армоцементные), металлические (стальные и алюми-
ниевые), деревянные (цельнодеревянные, клеенодере-
вянные), пластмассовые (из стеклопластиков, тканей с
покрытиями, ПВХ).
По соотношению размеров строительные изделия,
элементы и конструкции подразделяют на стержневые
(линейные), плоские (пластинчатые) и объемно-про-
странственные (рис. 2.1).
В стержневых элементах один размер (длина или вы-
сота) во много раз превышает два другие размера (раз-
меры сечения элемента).
В плоских элементах размер толщины намного мень-
ше других размеров (длины или высоты, ширины).
Размеры объемно-пространственных элементов зда-
ний сравнимы в трех измерениях - длина, ширина, высо-
та. Обычно они представляют собой элемент объемно-
пространственной структуры здания, например, блок-ком-
нату, блок-лоджию, блок шахты лифта и т.п. К объемно-
пространственным элементам можно отнести и пневмо-
опорную конструкцию покрытия как элемент-сооружение.
По способности восприятия усилий строительные
изделия, элементы и конструкции подразделяют на жест-
кие и гибкие (мягкие) (см. рис. 2.1}.
Жесткие элементы воспринимают сжатие, растяже-
ние и изгиб, сохраняя под воздействием нагрузки соб-
ственную первоначально заданную форму. Примеры: де-
ревянная стойка, стальная балка перекрытия, железобе-
тонная плита покрытия.
Гибкие (мягкие) элементы могут воспринимать толь-
ко растяжение. Неизменяемость их формы в конструкци-
ях обеспечивается предварительным натяжением. При-
меры: затяжка арки, мембранное покрытие, пневматиче-
ская оболочка покрытия.
Рис. 2.1. Элементы конструкций (изделия) по соотношению раз-
меров и способности восприятия усилий
Раздел ! ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
21
Таблица 2.1. Применение конструкционных материалов в строительных изделиях и конструкциях
Конструкции и виды Наименования конструкций, элементов, изделий для конструкций
конструкционных материалов несущих совмещенных ограждающих
1. Каменные (кирпич, керамические, бетонные и природные камни) Столбы Фундаменты Стены Изделия облицовочные Перегородки
2. Бетонные: 2.1. тяжелый, легкий и ячеистый бетоны 2.2. гипсобетон 2.3. грунтобетон 2.4. деревобетон (арболит) 2.5. полистиролбетон 2.6. фибробетон 2.7. фиброцемент и асбестоцемент Блоки фундаментные Фундаменты монолитные Лестницы Сваи Фундаменты под оборудование Блоки стеновые Камни стеновые Панели стеновые Стены монолитные Блоки стеновые Изделия стеновые Стены монолитные Панели стеновые Блоки стеновые Панели стеновые i Стены монолитные Блоки-скорлупы стеновые Купола монолитные Плиты опалубочные Кессоны монолитных перекрытий Плиты покрытий Панели перегородок Плиты карнизные Плиты парапетные Ступени Блоки перегородок Плиты покрытий Плиты-оболочки покрытий Полы промзданий Листы кровельные Панели стеновые Панели перегородок Экраны ограждений
3. Железобетонные: 3.1. на основе легких и тяжелых бетонов 3.2. армоцемент Арки Балки: подкрановые подстропильные стропильные перекрытий Блоки: шахт лифтов фундаментные Колонны, косоуры Купола Марши лестничные Перемычки Площадки лестничные Плиты фундаментные Прогоны, рамы Ригели, ступени Фермы: подстропильные стропильные Блоки объемные Блоки стеновые Диафрагмы жесткости Купола Оболочки покрытий: пологие составные цилиндрические Панели: стеновые фундаментные чердачные Плиты: балконные перекрытий покрытий Покрытия шатровые Своды Складки Балки покрытий Оболочки покрытий Плиты покрытий
4. Металлические: 4.1. сталь Арки Балки: подкрановые подстропильные стропильные перекрытий Колонны Косоуры, купола Марши лестничные Оболочки: висячие сводчатые Прогоны Покрытия структурные Рамы, ступени Фермы: стропильные подкрановые Покрытия и перекрытия мембранные (тонколистовые) Ворота Двери Панели: перегородок стен Окна Фонари Кровли
22
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Продолжение табл. 2.1
Конструкции и виды Наименования конструкций, элементов, изделий для конструкций
конструкционных материалов 1 : 1
несущих совмещенных ограждающих
4.2. алюминий Арки Купола Двери, витражи
Купола Своды Кровли, панели стен
Рамы Покрытия мембранные Потолки подвесные
Фермы Перегородки
5. Деревянные: Балки покрытий, перекрытий Плиты перекрытий Блоки оконные
5.1. цельная древесина Лестницы, стропила крыш Стены Плиты покрытий
Стойки, фермы покрытий Изделия обшивок
5.2. клееная древесина Арки Оболочки покрытий
Балки покрытий Своды
Колонны,купола Складки х
Своды, СТОЙКИ
Перекрытия
Рамы, фермы покрытий Ограждения
6. Пластмассовые свете п pony с каю щие
6.1. стеклопластик,
поликарбонат, акрил
6.2. ткани с покрытиями Оболочки воздухоопорные
Покрытия:
пневмокаркасные
тентовые
6.3. ПВХ Переплеты:
(поливинилхлорид) ОКОН
витражей
Двери
К гибким относятся металлические элементы конст-
рукций в виде стальных канатов, полосовой и рулонной
стали и алюминиевых сплавов.
Мягкие элементы (материалы конструкций) пред-
ставляют собой специальные ткани с синтетическими
воздухонепроницаемыми покрытиями.
По характеру силовой работы в пространстве кон-
струкции подразделяют на плоскостные и простран-
ственные (рис. 2.2).
Конструкции плоскостные - конструкции, способ-
ные воспринимать только такую приложенную к ним на-
грузку, которая действует в одной определенной плоско-
сти (в плоскости самой конструкции).
Типичными плоскостными элементами конструкций
являются балки, фермы, рамы, арки, а типичными конст-
рукциями - стены.
Для обеспечения пространственной жесткости стро-
ительных конструкций, состоящих из плоскостных эле-
ментов, применяются дополнительные элементы; рас-
порки, связи, а также плиты покрытий и перекрытий, сте-
новые панели и т.п.
Конструкции пространственные - конструкции,
способные воспринимать приложенную к ним простран-
ственную систему сил в трех измерениях.
К пространственным конструкциям относятся: пере-
крестные системы покрытий и перекрытий, складки, сво-
ды, купола, оболочки различной кривизны, висячие си-
стемы конструкций, мягкие оболочки.
Отличительным признаком пространственных конст-
рукций является их работа в деух и более направлениях,
в результате чего достигается более или менее равно-
мерное перераспределение внутренних усилий в конст-
рукциях, а следовательно, повышаются их простран-
ственная жесткость и несущая способность.
По характеру опорной реакции конструкции под-
разделяют на распорные и безраспориые (см. рис. 2.2).
К распорным относятся такие конструкции, в которых
при вертикальной нагрузке возникает горизонтальная
опорная реакция - распор. К ним относятся арки, рамы,
своды, купола, оболочки, в том числе висячие, и др.
Устройства опор распорных конструкций должны ис-
ключать их свободные перемещения. Это достигается
применением специальных фундаментов, затяжек, опор-
ных контуров и других элементов, способных воспринять
распор.
К безраспорным конструкциям относятся такие, у ко-
торых горизонтальные составляющие опорных реакций
отсутствуют: балки, фермы, плиты, стены, перекрестные
системы покрытий и перекрытий и т.п.
По форме сечения элементы и конструкции подраз-
деляют на сплошные (гладкостенчатые или ребристо-
стенчатые) и сквозные (решетчатые или сетчатые). При
этом одна и та же конструкция может быть как сплошной,
так и сквозной {см. рис. 2.2).
Сплошными конструкциями (элементами) бывают
плиты, стены, перегородки, балки, рамы, арки, оболочки
покрытий. Исключительно сплошными являются мемб-
ранные покрытия и мягкие пневматические оболочки.
Сплошные гладкостенчатые конструкции (элементы)
характеризуются одинаковой или примерно одинаковой
толщиной сечения всей конструкции (элемента).
Сплошные ребристостенчатые конструкции (элемен-
ты) имеют в сечениях утолщения в виде ребер или поясов
для увеличения жесткости и (или) несущей способности.
Сквозные конструкции состоят из стержневых эле-
ментов, соединенных между собой в плоскостную или
пространственную форму таким образом, что стержни
испытывают преимущественно продольные усилия ежа-
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
23
Безра спорные
Простанственные Плоскостные
сквозные
(решетчатые, сетчатые)
Распорные
сплошные сквозные
(сплошностекчатые. (решетчатые, сетчатые)
ребристостенчатые),
Рис. 2.2. Классификация конструкций по характеру силовой работы, опорной реакции и форме сечения
24
ВА. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Рис. 2.3. Ординарные (обыкновенные, простые) конструктивные системы:
1 - колонна каркаса; 2 - ригель каркаса; 3 - несущая стена; 4 - перекрытие; 5 - объемный блок; 6 - ствол жесткости; 7 - перекрытие
консольного типа; 8 - стена-оболочка здания; 9 - ферма или балка перекрытия
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
25
тия или растяжения. Характерный пример - ферма.
Сквозными являются также рамы, арки, своды, купола,
оболочки различных геометрических форм.
Преимущество сквозных конструкций перед сплош-
ными состоит в возможности равномерного загружения
всего сечения элементов (стержней) сжимающими или
растягивающими усилиями, в то время как в сплошных
изгибаемых конструкциях (например, в балках) несущая
способность материала используется не полностью.
Лишь верхняя и нижняя зоны сечения балки испытывают
максимальные напряжения, вот почему иногда форму се-
чения балки принимают не прямоугольной (т.е. гладко-
стенчатой), а с утолщениями в крайних зонах, соединяе-
мых тонкой стенкой - двутавровой ребристостенчатой.
По способам изготовления и монтажа строитель-
ные конструкции подразделяют на сборные, монолит-
ные и сборно-монолитные.
Конструкции сборные - строительные конструкции,
монтируемые в проектное положение на строительной пло-
щадке из отдельных изделий и элементов, изготовленных на
заводах стройиндустрии (бетонные, железобетонные, ме-
таллические, деревянные). Например, фундаменты монти-
руются из плит и блоков, стены - из панелей, перекрытия -
из плит, наконец, здания монтируются из объемных блоков.
Конструкции монолитные - строительные конст-
рукции (главным образом бетонные и железобетонные),
основные части которых выполнены в виде единого цело-
го (монолита) непосредственно на месте возведения зда-
ния. Монолитные конструкции возводятся путем устрой-
ства опалубки - формы, точно определяющей конфигура-
цию будущей конструкции, установки арматуры, укладки
бетонной смеси, ее уплотнения и ухода за твердеющим
бетоном. В монолитном исполнении выполняют конструк-
ции фундаментов, отдельных опор, стен, перекрытий, по-
крытий. лестниц и др. элементов.
Конструкции сборно-монолитные - строительные
конструкции, в которых рационально объединены в раз-
личных сочетаниях и объемных соотношениях сборные
элементы и монолитный бетон. Сборные элементы, поми-
мо своего вклада в несущие способности конструкций,
как правило, выполняют роль несъемной опалубки. Моно-
литный бетон, повышая несущую способность конструк-
ции, обеспечивает жесткое соединение элементов конст-
рукции. 8 сборно-монолитном варианте выполняют пре-
имущественно конструкции стен (с использованием пус-
тотных блоков или панелей опалубки), перекрытий (с при-
менением железобетонных балок, плит, арматурных кар-
касов, опалубочных элементов), колонн (со стальными
или асбестоцементными трубами).
По расположению относительно объема здания кон-
струкции и элементы подразделяют на внутренние и на-
ружные.
Внутренние несущие, ограждающие и совмещенные
конструкции располагаются внутри объема здания (сте-
ны, колонны, перекрытия, перегородки, лестницы).
Наружные конструкции и элементы располагаются на
границах разделения внутреннего пространства здания
от наружного пространства (стены, окна, витражи, фона-
ри, перекрытия над проездами, совмещенные покрытия,
крыши) или вне объема здания (опоры выносного карка-
са, балконы, лоджии, лестницы и др. элементы).
По количеству слоев ограждающие и совмещенные
конструкции подразделяют на однослойные и много-
слойные (слоистые).
Конструкции, которые имеют один слой строительно-
го материала (кирпича, камня, бетона и т.п.), характерны
для внутренних стен и перегородок.
Большинство ограждающих и совмещенных конст-
рукций - стен, перекрытий, крыш, покрытий - выполня-
ются многослойными (слоистыми), состоящими из не-
скольких слоев различных материалов. Проектирование
многослойных конструкций обуславливается целями
обеспечения несущей способности, пароизоляции, теп-
лозащиты, гидроизоляции, звукоизоляции, защиты от ат-
мосферных воздействий, наконец, художественной выра-
зительности. Некоторые конструкции стен, покрытий и
перекрытий в своей толще имеют воздушные зоны в виде
зазоров или каналов для обеспечения вентиляции и уда-
ления влаги, а также улучшения звукоизоляции.
2.3. Системы конструкций зданий
2.3.1. Конструктивные системы
Конструктивная система - взаимосвязанная сово-
купность вертикальных и горизонтальных несущих и ог-
раждающих или совмещенных конструкций, обеспечива-
ющих выделение внутренних пространств, прочность,
пространственную жесткость и устойчивость здания.
В конструктивной системе здания можно выделить
две основные подсистемы несущих конструкций: гори-
зонтальную и вертикальную.
Горизонтальные конструкции (перекрытия, покрытия)
обеспечивают неизменяемость системы в плане (по гори-
зонтали), передают приложенные к ним нагрузки на вер-
тикальные конструкции, участвуют в пространственной
работе всей системы, выступая в роли распределитель-
ных горизонтальных диафрагм.
Вертикальные конструкции выполняют в системе
главные несущие функции, воспринимая все приложен-
ные к системе нагрузки и передавая их на фундамент.
Вид вертикальных несущих конструкций служит
основным признаком классификации конструктив-
ных систем. Различают следующие виды жестких верти-
кальных несущих конструкций:
• стержневые (колонны каркасов);
• плоские (стены, диафрагмы);
• объемно-пространственные на высоту этажа
(объемные блоки);
• объемно-пространственные внутренние на высо-
ту здания (стволы жесткости);
• объемно-пространственные внешние на высоту
здания (оболочки наружных стен).
В соответствии с применяемым видом вертикальной
несущей конструкции получили наименование пять ор-
динарных (обыкновенных, простых) конструктивных
систем: каркасная, стеновая, объемно-блочная,
ствольная и оболочковая {рис. 2.3).
В практике строительства наряду с ординарными
широко используют комбинированные конструктивные
системы, основанные на применении двух или трех ви-
дов вертикальных несущих конструкций: каркасно-стено-
вую (колонны и стены), каркасно-объемно-блочную (ко-
лонны и объемные блоки), каркасно-ствольную (колонны
и стволы жесткости), ствольно-оболочковую (стволы и
оболочки наружных стен), каркасно-ствольно-оболочко-
вую (колонны, стволы и оболочки) и др. {рис. 2.4).
26
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
В комбинированных конструктивных системах кроме
перечисленных пяти видов жестких вертикальных несу-
щих конструкций можно использовать гибкие стержнееые
конструкции в виде подвесок, работающих на растяже-
ние. Их применяют в каркасно-подвесной и ствольно-
подвесной конструктивных системах.
В объемно-планировочном решении здания могут соче-
таться различные по габаритам и назначению помещения,
что обуславливает применение в одном здании (фрагмен-
тарно) различных конструктивных систем. Примеры: жилой
дом с расположением в первом этаже предприятий обслу-
живания, общественное здание с зальными и малыми по-
мещениями. Соответственно, для первого этажа жилого
дома может быть применена каркасная конструктивная си-
стема, а выше - стеновая; в общественном здании могут
сочетаться каркасная система для зальных помещений и
стеновая для малых обслуживающих помещений. Такое со-
четание называют смешанной конструктивной системой.
Понятие «конструктивная система» является обоб-
щенной характеристикой конструктивного решения зда-
ния, не связанной с видами строительных материалов,
из которых оно возводится, и со способами возведения.
Например, в стеновой конструктивной системе может
быть запроектировано здание с деревянными, кирпич-
ными, бетонными (панельными или монолитными) сте-
нами. В каркасной конструктивной системе вертикаль-
ными несущими элементами могут быть деревянные
стойки, кирпичные столбы, железобетонные или сталь-
ные колонны.
Характеристики конструкций по материалам и техно-
логиям возведения представляют строительные системы
зданий.
2.3.2. Строительные системы
Строительная система - комплексная характери-
стика конструктивного решения здания, включающая вид
вертикальных несущих конструкций, их материал и спо-
соб возведения (напрямую или опосредованно).
Различают четыре группы материалов несущих
конструкций (конструкционных материалов): деревян-
ные, металлические, бетонные, каменные - и две
группы технологий возведения: традиционные и ин-
дустриальные (полносборные, монолитные, сборно-мо-
нолитные). Так, для зданий из дерева традиционна тех-
нология выполнения рубленых стен из бревен или брусь-
ев, индустриальная - из бревен, брусьев или панелей,
полностью подготовленных в заводских условиях для
сборки на месте строительства. Для зданий из кирпича и
камней традиционна технология ручной (неиндустриаль-
ной) кладки стен и столбов (рис. 2.5).
Наиболее распространено применение одного вида
конструкционного материала и одного способа возведе-
ния всего здания. Такие строительные системы являются
ординарными. Их классификация дана в табл. 2.2.
По отношению к строительным системам использу-
ются различные характеристики зданий:
• рубленый бревенчатый дом;
• здание с кирпичными стенами;
• объемно-блочный жилой дом;
• монолитно-бетонное зд ание с неполным каркасом;
• промздание со стальным каркасом;
♦ зальное здание с покрытием из клеедеревянных
арок и др.
Рис. 2.4. Комбинированные конструктивные системы:
а - каркасно-стеновая; б - каркасно-объемно-блочная; в - кар-
касно-ствольная; г - каркасно-оболочковая; д - объемно-блоч-
но-стеновая; е - ствольно-стеновая, ж - оболочко-диафрагмо-
вая; з - ствольно-объемно-блочная; и - ствольно-оболочковая;
к - каркасно-объемно-блочно-диафрагмовая; л - каркасно-
ствольно-диафрагмовая; м - каркасно-ствольно-оболочковая;
н - каркасно-подвесная; о - ствольно-подвесная
Раздел I ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
27
а
Рис. 2.5. Примеры строительных систем (фрагменты фасадов
зданий)
а - брусчатая (традиционная рубленая или индустриальная сбор-
ная); б - ручная кладка из кирпича, в - крупноблочная; г - па-
нельная
Решение функциональных, объемно-планировочных
и архитектурно-художественных задач при проектирова-
нии иногда приводит к необходимости сочетания разных
по высоте или в плане здания конструктивных систем и,
соответственно, различных конструкционных материалов
и технологий возведения. В этих случаях применяют ком-
бинированные строительные системы.
В строительстве высотных зданий применение ком-
бинированных строительных систем нередко диктуется
требованиями обеспечения их пространственной жестко-
сти и устойчивости. В этих целях, например, сочетают мо-
Таблица 2.2*. Классификация строительных систем
Материал конструкци! i Технология возведения । Строительная система
Дерево традиционная неиндустриальная бревенчатая рубленая брусчатая рубленая каркасно-обшивная
сборная индустриальная бревенчатая брусчатая щитовая панельная каркасно-панельная объем но-блочная каркасная из элементов комплектной поставки
Металл полносборная индустриальная каркасно-панельная легкометалл ич ес кая комплектной поставки блок-контейнерная
Бетон полносборная индустриальная крупноблочная панельная каркасно-панельная объемно блочная
монолитная и сборно-монолитная индустриальная подъем перекрытий подъем этажей разборно-переставная щитовая опалубка блочная опалубка объемно-переставная опалубка скользящая опалубка пневматическая опалубка несъемная опалубка
Камень традиционная неиндустриальная ручная кладка
* Примечание. В классификацию условно не включены строительные си-
стемы зданий кустарной технологии возведения (глинобитные, саманные
и др.), а также здания с тентово-пленочными конструкциями покрытий.
нолитную технологию возведения ствола жесткости с
монтажом полносборных конструкций обстройки ствола
(колонн, перекрытий, стен).
Если сочетание строительных систем в здании предпо-
лагается по его высоте, то более тяжелые (массивные), дол-
говечные, огнестойкие, жесткие и устойчивые конструкции
располагают ниже (для нижних этажей), а другие, уступаю-
щим по указанным показателям, выше. Например, деревян-
ные стены опирают на каменные или бетонные, металличе-
ский каркас - на монолитно-бетонные «столы» с мощными
опорами, деревянные и стальные большепролетные арки
покрытий - на мощные бетонные фундаменты-пилоны, де-
ревянные элементы перекрытий - на кирпичные стены и т.п.
Не рекомендуется (а иногда это невозможно) опирать
каменные или бетонные стены на деревянные, железобе-
тонные плиты перекрытий - на деревянные балки и сте-
ны, железобетонные фермы - на металлические колонны.
Применение комбинированных строительных систем
позволяет использовать возможности региональных сырь-
евых и производственных баз, разнообразить конструктив-
ное формообразование и решать тектонические задачи.
28
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Таблица 2.3*. Соотношения конструктивных и строительных систем, области их применения
Наименование конструктивной системы Характеристики строительных систем Области применения
материал конструкций технология возведения этажность здания назначение здания
дерево камень бетон, жел.- бет. сталь тради- цией пая сбор- ная моно литная и сборно- моно- литная 1-3 4-20 21-40 более 40 жилые обще СТВ6Н- ные произ- ВОД" ствен- ные
(D 1 каркасная + 4- + 4- 4- 4- 4- - + 4- 4-
Z X Cl <15 X 2 стеновая 3 объемно-блочная + + + + + 4- 4- 4- 4- + 4- 4- 4- 4- + 4 4-
s 4 ствольная - - + + - 4- 4- - 4- + - 4- 4- 4-
с 5 оболочковая - - + 4- - + 4- - - - 4- - 4- -
1+2 каркасно-стеновая 4- + + + + + + 4- 4- - - + +
1 +3 каркасно-Обьемно-блочная - - + + - + - - + + - 4- - -
1 +4 каркасно-ствольная - - + 4- - 4- 4- - 4- + + 4- 4- +
1 +5 каркасно-оболочковая - - + 4- - 4- + - - 4- 4- - 4- +
2+3 объемно-блочно-стеновая + - + - - 4- +• - 4- - - 4- - -
а> л 2+4 ствольно-стековая - + + + - 4- 4- - 4- - - 4- 4- -
т т CD 2+5 оболочко-диафрагмовая - - 4- 4- - 4- 4- - 4 4- 4- “• 4- -
иа о 3+4 ствольно-объемно-блочная - - 4- 4- - 4- 4- - 4- 4- - 4- 4- -
т 4+5 ствольно-оболочковая - - 4- 4- - 4- + - - 4- 4- - 4- -
О 3 о ьг 1+2+3 каркасно-объемно- блочно-диафрагмовая - - 4- + - - 4- - 4- + - 4- - -
1+2+4 каркасно-ствольно- диафрагмовая - - 4- + - + 4- - + 4- 4- 4 4- -
1+2+5 каркасно-ствольно- оболочковая - - + + - - 4- - - - + - 4- -
1+П каркасно-подвесная - - + 4- - 4- + - + 4- - - 4- -
4+П ствольно-подвесная - - + 4- - + 4- - + 4- - * _ 4- -
’ Условные обозначения:«+» — преимущественное применение; « ь» - возможное применение; « - не применяется
Глава 3
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ
И ОРГАНИЗАЦИОННО-
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
АРХИТЕКТУРНОГО
КОНСТРУИРОВАНИЯ
3.1. Стандартизация и сертификация
в строительстве
3.1.1. Основные термины и определения
(по ГОСТ Р 1.0-92)
Стандартизация - деятельность по установлению
норм, правил и характеристик (требований) в целях обес-
печения безопасности продукции, работ и услуг для ок-
ружающей срвды, жизни, здоровья и имущества; техни-
ческой и информационной совместимости, а также взаи-
мозаменяемости продукции; качества продукции, работ и
услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и
технологии; единства измерений; экономии всех видов
ресурсов.
Стандартизация направлена на достижение опти-
мальной степени упорядочения в определенной области
(в том числе в строительстве - В.П.] посредством уста-
новления положений для всеобщего и многократного
применения в отношении реально существующих или по-
тенциальных задач.
Важнейшими результатами деятельности по стан-
дартизации являются повышение степени соответ-
ствия продукции, работ (процессов) и услуг их функ-
циональному назначению, устранение барьеров в тор-
говле и содействие научно-техническому и экономиче-
скому сотрудничеству.
Объекты стандартизации в строительстве - про-
дукция предприятии стройиндустрии и промышленности
строительных материалов, проектная продукция, объек-
ты строительства: здания и сооружения, работы и услуги
в строительстве.
Нормативный документ по стандартизации - до-
кумент, содержащий правила, общие принципы, характе-
ристики объектов стандартизации, касающиеся опреде-
ленных видов деятельности или их результатов, доступ-
ный широкому кругу потребителей (пользователей).
-аздел i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 29
Стандарт - нормативный документ по стандартиза-
ции. разработанный, как правило, на основе согласия, ха-
рактеризующегося отсутствием возражений по суще-
ственным вопросам у большинства заинтересованных
сторон, принятый (утвержденный) признанным органом
(предприятием).
Стандарты основываются на обобщенных результа-
тах науки, техники и практического опыта и направлены
на достижение оптимальной пользы для общества.
Государственный стандарт Российской Федера-
ции (ГОСТ Р) - стандарт, принятый Комитетом РФ по
стандартизации, метрологии и сертификации (Госстан-
дарт России) или Государственным комитетом РФ по воп-
росам архитектуры и строительства (Госстрой России).
Стандарт отрасли - стандарт, принятый государствен-
ным органом управления в пределах его компетенции.
Стандарт предприятия - стандарт, утвержденный
предприятием.
Международный стандарт - стандарт, принятый
международной организацией по стандартизации.
Региональный стандарт - стандарт, принятый реги-
ональной организацией по стандартизации.
Межгосударственный стандарт (ГОСТ) - стандарт,
принятый государствами, присоединившимися к согла-
шению о проведении согласованной политики в области
стандартизации, метрологии и сертификации. Межгосу-
дарственные стандарты являются стандартами регио-
нального типа.
Совместимость - пригодность продукции, процес-
сов и услуг к совместному, не вызывающему нежелатель-
ных взаимодействий использованию при заданных усло-
виях для выполнения установленных требований.
Взаимозаменяемость - пригодность одного изде-
лия, процесса, услуги для использования вместо другого
изделия, процесса, услуги в целях выполнения одних и
тех же требований.
Унификация - выбор оптимального количества раз-
новидностей продукции, процессов и услуг, значений их
параметров и размеров.
3.1.2. Задачи и принципы стандартизации
Основными задачами стандартизации являются:
• обеспечение взаимопонимания между разработ-
чиками, изготовителями, продавцами и потребителями
(заказчиками);
• установление оптимальных требований к номен-
клатуре и качеству продукции;
• установление требований по совместимости
(конструктивной, информационной), а также взаимозаме-
няемости продукции;
• согласование и увязка показателей и характери-
стик продукции, ее элементов;
• унификация на основе установления и примене-
ния параметрических и типоразмерных рядов, базовых
конструкций, изделий;
• установление метрологических норм, правил,
положений,требований;
• нормативно-техническое обеспечение контроля
(испытаний, анализа измерений) сертификации и оценки
качества продукции;
• создание и ведение систем классификации и ко-
дирования технико-экономической информации;
• создание системы каталогизации для обеспече-
ния потребителей информацией о номенклатуре и основ-
ных показателях продукции.
Целесообразность разработки стандарта следует
оценивать с точки зрения его социальной, технической и
экономической необходимости.
В приоритетном порядке должны разрабатываться
стандарты, способствующие обеспечению безопасности
для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества,
обеспечивающие совместимость и взаимозаменяемость
продукции.
При разработке стандартов следует принимать во
внимание проекты и учитывать принятые международные
и региональные стандарты, правила ЕЭК ООН и других
международных организаций, а также, при необходимо-
сти, национальные стандарты других стран.
В стандартах должна своевременно проводиться за-
мена устаревших требований путем периодического об-
новления стандартов для обеспечения их соответствия
современным достижениям науки, техники и технологии,
передовому отечественному и зарубежному опыту.
Стандарты на продукцию, в которых установлены тре-
бования, обеспечивающие безопасность для окружаю-
щей среды, жизни, здоровья и имущества, должны быть
пригодны для их применения при сертификации.
3.1.3. Основные положения сертификации
продукции в строительстве (по РДС10-231-93*)
Сертификация - процедура, посредством которой
третья сторона (лицо или орган, признаваемые независи-
мыми от участвующих сторон) дает письменную гарантию,
что продукция соответствует заданным требованиям.
Сертификация в строительстве осуществляется в со-
ответствии с общими целями и задачами сертификации
продукции для защиты интересов потребителей в вопро-
сах безопасности продукции строительства для жизни,
здоровья, имущества и окружающей среды, обеспечения
надежности и долговечности строительных конструкций и
инженерных систем зданий и сооружений, а также повы-
шения конкурентоспособности продукции.
Объектами сертификации в строительстве яв-
ляются:
• проектная продукция - проектная документа-
ция на вновь разработанные строительные конструкции,
здания, сооружения и их части;
• промышленная продукция - строительные
конструкции и изделия;
• строительная продукция - здания;
• продукция, импортируемая в Россию, на ко-
торую распространяется действие утверждаемой Мин-
строем России нормативной документации.
Сертификация в строительстве осуществляется доб-
ровольно, за исключением тех случаев, когда действую-
щим законодательством установлена обязательная сер-
тификация.
При проведении сертификации в строительстве упол-
номоченные (аккредитованные) органы по сертификации
организуют проведение в аккредитованных испытатель-
ных лабораториях (центрах) первоначальных (типовых)
испытаний продукции и оценку ее соответствия установ-
ленным требованиям. На основании результатов испыта-
ний и оценки состояния производства производятся вы-
дача сертификатов соответствия и регистрация сертифи-
цированной продукции.
30
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Сертификат соответствия - документ, изданный в
соответствии с правилами системы сертификации, ука-
зывающий, что обеспечивается необходимая уверен-
ность в том, что должным образом идентифицированная
продукция соответствует конкретному стандарту или дру-
гому нормативному документу.
При проведении сертификации производится оцен-
ка соответствия продукции всем требованиям, установ-
ленным в государственных стандартах и технических ус-
ловиях на продукцию, включая область ее применения
(соответствие назначению), а также приведенным в
строительных нормах и правилах расчетным и другим
характеристикам.
По требованию заказчика сертификация продукции
может проводиться на соответствие требованиям между-
народных и национальных стандартов зарубежных стран.
Участники сертификации несут ответственность за
выполнение принятых на себя обязательств:
• изготовитель (исполнитель, разработчик, по-
ставщик) - за обеспечение соответствия выпускаемой им
продукции требованиям соответствующих нормативных
документов;
• испытательная лаборатория - за соответствие
проведенных ею сертификационных испытаний требова-
ниям нормативных документов, за достоверность и
объективность результатов этих испытаний;
• орган по сертификации - за полноту и правиль-
ность оценки соответствия продукции установленным
требованиям нормативных документов при выдаче серти-
фиката и последующее подтверждение его действия.
3.2. Система нормативных документов
в строительстве (по СНиП 10-01-94)
Система нормативных документов Российской Феде-
рации в строительстве создается в соответствии с новыми
экономическими условиями законодательством и структу-
рой управления на базе действующих в России строитель-
ных норм, правил и государственных стандартов.
Главная направленность разрабатываемых нор-
мативных документов Системы - защита прав и охра-
няемых законом интересов потребителей строительной
продукции, общества и государства при развитии са-
мостоятельности и инициативы предприятий и специа-
листов.
Одним из основных средств решения этой задачи яв-
ляется переход к новым методическим принципам, кото-
рые находят все большее распространение в практике
международной стандартизации. В отличие от традици-
онно сложившегося так называемого описательного или
предписывающего подхода, когда в нормативных доку-
ментах приводят подробное описание конструкций, мето-
дов расчета, применяемых материалов и т.д., вновь со-
здаваемые строительные нормы и стандарты должны со-
держать, в первую очередь, эксплуатационные характе-
ристики строительных изделий и сооружений, основан-
ные на требованиях потребителя. Нормативные докумен-
ты должны не предписывать, как проектировать и стро-
ить, а устанавливать требования к строительной продук-
ции, которые должны быть удовлетворены, или цели, ко-
торые должны быть достигнуты в процессе проектирова-
ния и строительства. Способы достижения поставленных
целей в виде объемно-планировочных, конструктивных
или технологических решений должны носить рекоменда-
тельный характер.
3.2.1. Основные цели, принципы
и структура Системы
Система нормативных документов в строитель-
стве представляет собой совокупность взаимосвязан-
ных документов, принимаемых компетентными органа-
ми исполнительной власти и управления строитель-
ством, предприятиями и организациями для примене-
ния на всех этапах создания и эксплуатации строитель-
ной продукции.
Исходя из общих целей стандартизации Система
должна способствовать решению стоящих перед
строительством задач для обеспечения:
• соответствия строительной продукции своему
назначению и создания благоприятных условий жизнеде-
ятельности населения;
• безопасности строительной продукции для жиз-
ни и здоровья людей в процессе ее производства и экс-
плуатации;
» защиты строительной продукции и людей от не-
благоприятных воздействий с учетом риска возникнове-
ния чрезвычайных ситуаций;
• надежности и качества строительных конструк-
ций и оснований, систем инженерного оборудования,
зданий и сооружений;
• выполнения экологических требований, рацио-
нального использования природных, материальных, топ-
ливно-энергетических и трудовых ресурсов;
• взаимопонимания при осуществлении всех ви-
дов строительной деятельности и устранения технических
барьеров в международном сотрудничестве.
Объектами стандартизации и нормирования в
Системе являются:
• организационно-методические и общие техни-
ческие правила и нормы, необходимые для разработки,
производства и применения строительной продукции;
• объекты градостроительной деятельности и
строительная продукция: здания и сооружения и их комп-
лексы:
• промышленная продукция, применяемая в стро-
ительстве, строительные изделия и материалы, инженер-
ное оборудование;
• экономические нормативы, необходимые для
определения эффективности инвестиций, стоимости
строительства, материальных и трудовых затрат.
Система формируется как открытая для дальней-
шего развития единая Система государственных стро-
ительных норм, правил и стандартов, а также других
нормативных документов в строительстве, разрабаты-
ваемых на общей методической и научно-техниче-
ской основе.
В нормативных документах обязательными считают-
ся требования по обеспечению безопасности жизни и
здоровья людей, охране окружающей природной среды,
надежности возводимых зданий, совместимости и взаи-
мозаменяемости продукции и технических решений.
Структура Системы определяется номенклатурой
объектов стандартизации и нормирования. Для каждой
группы однородных объектов формируется комплекс до-
кументов различных видов, взаимосвязанных общностью
их целей и задач.
Раздел I ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
31
КОМПЛЕКСЫ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1. Организационно-методические нормативные
документы
10 Стандартизация, нормирование, сертификация
11 Инженерные изыскания для строительства и про-
ектирование
12 Производство
13 Эксплуатация
14 Градостроительный кадастр
15 Архитектурная и градостроительная деятельность
2. Общие технические нормативные документы
20 Основные положения надежности строительных
конструкций
21 Пожарная безопасность
22 Защита от опасных геофизических воздействий
23 Внутренний климат и защита от вредных воздей-
ствий
24 Размерная взаимозаменяемость и совместимость
3. Нормативные документы по градостроитель-
ству, зданиям и сооружениям
30 Градостроительство
31 Жилые, общественные и производственные зда-
ния и сооружения
32 Сооружения транспорта
33 Гидротехнические и мелиоративные сооружения
34 Магистральные и промысловые трубопроводы
35 Обеспечение доступной среды жизнедеятельности
для инвалидов и других маломобильных групп населения
4. Нормативные документы на инженерное обо-
рудование зданий и сооружений и внешние сети
40 Водоснабжение и водоотведение
41 Теплоснабжение, отопление, вентиляция и конди-
ционирование воздуха
42 Газоснабжение
5. Нормативные документы на строительные кон-
струкции и изделия
50 Основания и фундаменты зданий и сооружений
51 Каменные и армокаменные конструкции
52 Железобетонные и бетонные конструкции
53 Металлические конструкции
54 Деревянные конструкции
55 Конструкции из других материалов
56 Окна, двери, ворота и приборы к ним
6. Нормативные документы на строительные ма-
териалы и изделия
60 Стеновые кладочные материалы
61 Минеральные вяжущие вещества
62 Бетоны и растворы
63 Щебень, гравий и песок для строительных работ
64 Теплоизоляционные, звукоизоляционные и звуко-
поглощающие материалы
65 Кровельные, гидроизоляционные и герметизиру-
ющие материалы и изделия
66 Отделочные и облицовочные материалы
67 Асбестоцементные изделия
68 Дорожные материалы
69 Строительное стекло
7. Нормативные документы на мобильные здания
и сооружения, оснастку, инвентарь и инструмент
70 Мобильные здания и сооружения
71 Оснастка строительных организаций
72 Специализированная оснастка предприятий строй-
индустрии
8. Нормативные документы по экономике
80 Экономика строительства
81 Ценообразование и сметы
82 Материальные и топливно-энергетические ресурсы
83 Трудовые ресурсы
3.2.2. Нормативные документы
Нормативные документы Системы подразделяют на
государственные федеральные документы, документы
субъектов РФ и производственно-отраслевые документы
субъектов хозяйственной деятельности. В составе Систе-
мы разрабатывают нижеследующие документы.
Федеральные нормативные документы:
СНиП - строительные нормы и правила РФ;
ГОСТ Р - государственные стандарты РФ в области
строительства;
СП - своды правил по проектированию и строительству;
РДС - руководящие документы Системы.
Нормативные документы субъектов РФ:
ТСН - территориальные строительные нормы.
Производственно-отраслевые нормативные до-
кументы:
СТЛ и СТО - стандарты предприятий (объединений)
строительного комплекса и стандарты общественных
объединений.
В качестве федеральных нормативных документов
применяют также межгосударственные строительные
нормы и правила (СНиП) и межгосударственные стандар-
ты (ГОСТ), введенные в действие на территории Россий-
ской Федерации.
Строительные нормы и правила РФ (СНиП) уста-
навливают обязательные требования, определяющие
цели, которые должны быть достигнуты, принципы, кото-
рыми необходимо руководствоваться в процессе созда-
ния строительной продукции.
Государственные стандарты РФ (ГОСТ ₽) в облас-
ти строительства устанавливают обязательные и реко-
мендуемые положения, определяющие конкретные пара-
метры и характеристики отдельных частей зданий и со-
оружений. строительных изделий и материалов и обеспе-
чивающие техническое единство при разработке, произ-
водстве и эксплуатации этой продукции.
Своды правил по проектированию и строитель-
ству (СП) устанавливают рекомендуемые положения для
развития и обеспечения обязательных требований стро-
ительных норм, правил и стандартов Системы или от-
дельных самостоятельных вопросов, не регламентиро-
ванных обязательными нормами.
Руководящие документы Системы (РДС) устанав-
ливают обязательные и рекомендуемые организационно-
методические процедуры по осуществлению деятельно-
сти в области разработки и применения нормативных до-
кументов в строительстве, архитектуре, градостроитель-
стве, проектировании.
Территориальные строительные нормы (ТСН) ус-
танавливают обязательные для применения в пределах
соответствующих территории и рекомендуемые положе-
ния. учитывающие природно-климатические и соци-
альные особенности, национальные традиции и экономи-
ческие возможности республик, краев и областей Рос-
сийской Федерации.
Стандарты предприятий (объединений) (СТП,
СТО) устанавливают для применения на данном предпри-
32
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
ятии или в объединении положения по организации и тех-
нологии производства, а также по обеспечению качества
продукции.
3.2.3. Содержание нормативных документов
Нормативные документы Системы должны основывать-
ся на современных достижениях науки, техники и техноло-
гии, передовом отечественном и зарубежном опыте проек-
тирования и строительства и учитывать международные и
национальные стандарты технически развитых стран.
Положения нормативных документов могут быть обя-
зательными, рекомендуемыми или справочными.
Обязательные положения устанавливаются на минималь-
но необходимом или максимально допустимом уровне,
рекомендуемые - на уровне лучших отечественных и ми-
ровых достижений.
К обязательным относятся те положения, которые
подлежат безусловному соблюдению.
К рекомендуемым относятся нормы, правила и харак-
теристики, которые могут изменяться в соответствии с
конкретными потребностями и возможностями потреби-
теля или условиями производства.
В составе нормативных документов предусматривают-
ся положения, определяющие эксплуатационные характе-
ристики зданий и их частей, строительных изделий и ма-
териалов, которые должны быть обеспечены при проекти-
ровании и строительстве (эксплуатационные положения).
Строительные нормы и правила содержат основ-
ные организационно-методические требования, направ-
ленные на обеспечение необходимого уровня качества
строительной продукции, общие технические требования
по инженерным изысканиям для строительства, по про-
ектированию и строительству, а также требования к пла-
нировке и застройке, зданиям, строительным конструкци-
ям, основаниям и системам инженерного оборудования.
Эти требования должны определять:
• надежность зданий и их систем в расчетных ус-
ловиях эксплуатации, прочность и устойчивость строи-
тельных конструкций;
• устойчивость зданий и безопасность людей при
обвалах, оползнях, землетрясениях и других опасных
природных воздействиях;
• устойчивость зданий и безопасность людей при
пожарах и в других аварийных ситуациях;
• охрану здоровья людей в процессе эксплуата-
ции, необходимый тепловой, воздушно-влажностный,
акустический и световой режимы помещений;
• эксплуатационные характеристики и параметры
зданий различного назначения и правила их размещения
с учетом санитарных, экологических и других норм;
• сокращение расхода топливно-энергетических
ресурсов и уменьшение потерь теплоты в зданиях.
В государственных стандартах, в зависимости от
их вида, устанавливают обязательные и рекомендуемые
положения, в том числе:
- требования к нормативной, проектной, технологи-
ческой и другим видам документации;
- требования по размерной и функциональной со-
вместимости и взаимозаменяемости в строительстве;
- контролируемые характеристики и параметры по-
мещений и конструктивных частей зданий, элементов ин-
женерных систем;
- требования к продукции предприятий стройиндуст-
рии, к наиболее массовым видам строительных изделий,
материалов и оборудования;
- правила приемки и методы контроля в строитель-
стве и при производстве строительных изделий, матери-
алов и оборудования.
В сводах правил приводят с необходимой полнотой
рекомендуемые в качестве официально признанных и оп-
равдавших себя на практике положения, применение ко-
торых позволяет обеспечить соблюдение обязательных
требований строительных норм, правил и стандартов,
способствуя удовлетворению потребностей общества.
Своды правил, в частности, могут содержать:
• общие градостроительные, типологические и со-
циальные нормативы;
« объемно-планировочные и конструктивные ре-
шения зданий и их частей;
• методы расчета и проектирования строительных
конструкции и оснований.
В своды правил могут включаться извлечения из обя-
зательных положений строительных норм, правил и стан-
дартов (со ссылкой на них), в развитие которых зти сво-
ды правил разработаны.
Своды правил как нормативные документы являют-
ся признанными техническими правилами. Их следу-
ет отличать от рекомендаций, руководств, пособий и дру-
гих документов, не являющихся нормативными, содержа-
щие результаты новых разработок, инструктивно-методи-
ческие и другие материалы.
В территориальных строительных нормах уста-
навливают организационные, градостроительные, типо-
логические, социально-экономические и необходимые
технические положения, которые в федеральных норма-
тивных документах не устанавливаются или приводятся в
качестве рекомендуемых.
Обозначения строительных норм и правил, сводов
правил руководящих документов Системы и территори-
альных строительных норм состоят из индекса (СНиП, СП,
РДС, ТСН), номера комплекса в структуре Системы, а за-
тем через дефис - порядкового номера документа дан-
ной категории в комплексе и двух последних цифр года
принятия документа. При этом порядковые номера СНиП
начинаются с номера 01, СП - с номера 101, РДС - с но-
мера 201, ДСН - с номера 301.
Обозначения нормативных документов по стандарти-
зации - в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5.
3.3. Модульная координация размеров
в строительстве (по ГОСТ28984-91)
Данный стандарт устанавливает основные положения
модульной координации размеров в строительстве зда-
ний и сооружений, являющейся одной из основ унифика-
ции и стандартизации размеров в строительстве для
обеспечения взаимосогласованности, взаимозаменяемо-
сти и ограничения количества типоразмеров строитель-
ных изделий и элементов оборудования.
Стандарт распространяется на здания и сооруже-
ния различного назначения всех отраслей народного хо-
зяйства и обязателен при разработке:
• нормативных документов, содержащих данные о
регламентации размеров, применяемых для строительства;
• проектов зданий;
• сортаментов, номенклатур, каталогов и проектов
строительных конструкций и изделий;
- - ь л I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
33
• сортаментов, номенклатур, каталогов и проектов
2ссзудования зданий.
Стандарт не обязателен при проектировании и
:~оительстве зданий:
• уникальных;
• экспериментальных,
• реконструируемых и реставрируемых;
• с применением изделий с немодульными раз-
менами:
• с косоугольными и криволинейными очертаниями.
3.3.1. Термины и определения
Модульная координация размеров в строитель-
стве (МКРС) - взаимное согласование размеров зданий
сооружений, а также размеров и расположения их эле-
ментов, строительных конструкций, изделий и элементов
оборудования на основе применения модулей.
Модуль - условная линейная единица измерения,
применяемая для координации размеров зданий и соору-
жений, их элементов, строительных конструкций, изделий
и элементов оборудования.
Основной модуль - модуль, принятый за основу для
назначения других, производных от него модулей.
Производный модуль - модуль, кратный основному
модулю или составляющий его часть.
Укрупненный модуль (мультимодуль) - производ-
ный модуль, кратный основному модулю.
Дробный модуль (субмодуль) - производный мо-
дуль, составляющий часть основного модуля.
Модульная пространственная координационная
система - условная трехмерная система плоскостей и
линий их пересечения с расстояниями между ними, рав-
ными основному или производным модулям.
Координационная плоскость - одна из плоскостей
модульной пространственной координационной системы,
ограничивающих координационное пространство.
Основная координационная плоскость - одна из
координационных плоскостей, определяющих членение
зданий на объемно-планировочные элементы.
Координационная линия - линия пересечения коор-
динационных плоскостей.
Координационное пространство - модульное
пространство, ограниченное координационными плос-
костями, предназначенное для размещения зданий, их
элементов, конструкций, изделий, элементов оборудо-
вания.
Модульная сетка - совокупность линий на одной из
плоскостей модульной пространственной координацион-
ной системы.
Координационная ось - одна из координационных
линий, определяющих членение здания на модульные
шаги и высоты этажей.
Привязка к координационной оси - расположение
конструктивных и строительных элементов, а также
встроенного оборудования, по отношению к координаци-
онной оси.
Модульный размер - размер, равный или кратный
основному или производному модулям
Координационный размер - модульный размер,
определяющий границы координационного пространства
в одном из направлений.
Основные координационные размеры - модуль-
ные размеры шагов и высот этажей
Модульный шаг - расстояние между двумя коорди-
национными осями в плане.
Модульная высота этажа {координационная высо-
та этажа) - расстояние между горизонтальными плоско-
стями, ограничивающими этаж здания.
Конструктивный размер - проектный размер стро-
ительной конструкции, изделия, элемента оборудования,
определенный в соответствии с правилами МКРС.
Вставка - пространство между двумя смежными ос-
новными координационными плоскостями в местах раз-
рыва модульной координационной системы, в том числе
в местах деформационных швов.
3.3.2. Общие положения
Модульная координация размеров в строительстве
(МКРС) должна осуществляться на базе модульной про-
странственной координационной системы и предусмат-
ривать предпочтительное применение прямоугольной
модульной пространственной координационной си-
стемы (рис. 3. ?).
При проектировании зданий, их элементов, строи-
тельных конструкций и изделий на основе модульной про-
странственной координационной системы применяют го-
ризонтальные и вертикальные модульные сетки на
соответствующих плоскостях этой системы (рис. 3.2; 3.3).
МКРС устанавливает правила назначения следующих
категорий размеров:
• основные координационные размеры: шаги
(Ц,, Во) и высоты этажей (Но) зданий;
• координационные размеры элементов: длина
(/0), ширина (Ьо), высота (ho), толщина, диаметр (d0);
• конструктивные размеры элементов: длина
(/), ширина {Ь), высота (h), толщина, диаметр (d).
3-3.3. Модули и пределы их применения
Для координации размеров принят основной мо-
дуль, равный 100 мм и обозначаемый буквой М.
Рис. 3.1. Прямоугольная модульная пространственная координа-
ционная система:
К,, К2, К3 - коэффициенты кратности модулей в плане и по вы-
соте здания; 1 - координационная плоскость; 2 - координацион-
ная линия
34
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Для назначения координационных размеров объем-
но-планировочных и конструктивных элементов, строи-
тельных изделий, оборудования, а также для построения
систематических рядов однородных координационных
размеров должны применяться, наряду с основным, сле-
дующие производные модули (рис. 3.4}:
• укрупненные модули (мультимодули) 60М;
ЗОМ; 15М; 12М; 6М; ЗМ, соответственно равные 6000;
3000; 1500; 1200; 600; 300 мм;
Рис. 3.2. Типы модульных сеток:
а - прямоугольная; б - косоугольная; в - треугольная; г - цент-
рическая; д - шестиугольная; е - ромбическая мозаичная; сет-
ки, полученные наложением двух сеток: ж, з - квадратных; и -
прямоугольной и ромбической; к - треугольных; л - треугольной
и шестиугольной; м - треугольной и ромбической
Рис. 3.3. Использование модульных сеток в формировании пла-
нов зданий
--эздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
35
• дробные модули (субмодули) 1/2М; 1/5М;
1/10М; 1/20М; 1/50М; Т/100М, соответственно равные 50;
20: 10; 5; 2; 1 мм.
Производные модули следует применять до следую-
щих предельных координационных размеров объемно-
планировочного элемента, строительной конструкции,
изделия или элемента оборудования:
Модули В плане (в мм) По высоте (в мм)
60М без огран. без огран.
ЗОМ до 18000
15М до 18000
12М до 12000
6М до 7200
ЗМ до 3600
м до 1800 до 1800
1/2М до 600
1/5М до 300
1/1 ОМ до 150
1/20М до 100
1/50М ДО 50
1/100М до 20
Допускается применение высот этажей 2800 мм,
кратных модулю М, за установленным для него пределом.
Укрупненные модули для размеров в плане каждого
конкретного вида зданий, его планировочных и конструк-
тивных элементов, проемов и т.д. должны составлять
группу, выбранную из общего ряда таким образом, чтобы
каждый относительно больший модуль был кратен всем
меньшим, чем достигается совместимость членений мо-
дульных сеток (рис. 3.5).
60 М
основной модуль
1/2 М
1/5 М
—1111
1/10 м
—I— 1 I I 1 I I —I I
1/20 М
MZZEZTT ,1 .1—1 I I 1 1 1 1 I I . М I I
1/50 М
1111II1 Н 11111111ИН 111 III I 111 111I II.11 It 11
t 1/100 M
rnni'ffT ^ifnunTT тяпш ПиШТПП!
ДЛШШТПМД;
lllllh
IINIIHIIII
Рис. 3.4. Взаимосвязь между модулями различной крупности
В зданиях, состоящих из отдельных связанных между
собой корпусов или относительно самостоятельных час-
тей, различных по объемно-планировочной структуре и
конструктивной системе, для каждой из частей может
применяться своя группа укрупненных модулей.
3.3.4. Координационные и конструктивные
размеры строительных элементов
Координационные размеры конструктивных эле-
ментов (/о, b0, h0, d0) принимают равными соответствую-
щим размерам их координационных пространств и уста-
навливают в зависимости от основных координационных
размеров здания (1_0, Во, Но).
Координационный размер конструктивного элемента
принимают равным основному координационному
размеру здания, если расстояние между двумя коорди-
национными осями здания полностью заполняют этим
элементом (например, длина фермы покрытия или плиты
перекрытия, высота колонны каркаса или стеновой пане-
ли) (рис. 3.6 а). Вместо указанных на чертеже координа-
ционных размеров Lo, /0 (длина) могут быть, соответ-
ственно, приняты Во, Ьо (ширина) или Но, h0 (высота).
Координационный размер конструктивного элемента
принимают равным части основного координационно-
го размера здания, если несколько конструктивных эле-
ментов заполняют расстояние между двумя координаци-
онными осями здания (например, ширина плиты пере-
крытия, стеновой панели) (рис. 3.6 б, в).
Координационный размер конструктивного элемента
может быть больше основного координационного раз-
мера здания, если конструктивный элемент выходит за
пределы основного координационного размера здания
(например, длина фермы покрытия с консолями, высота
колонны каркаса) (рис. 3.6 г).
Координационные размеры проемов окон, дверей и
ворот, аддитивные (слагаемые) размеры конструктивных
элементов в плане и по высоте, а также размеры шагов и
высот этажей в некоторых зданиях, не требующих боль-
ших объемно-планировочных элементов, назначают
предпочтительно кратными укрупненным модулям 12М,
6М и ЗМ.
Рис. 3.5. Пример группировки укрупненных модулей, обеспечи-
вающий совместимость модульных сеток
36
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Координационные размеры, не зависящие от основ-
ных координационных размеров (например, сечения ко-
лонн, балок, толщины стен и плит перекрытий), назнача-
ют предпочтительно кратными основному модулю М или
дробным модулям 1/2М, 1/5М.
Координационные размеры плитных изделий и тонко-
стенных элементов назначают кратными дробным моду-
лям 1/10М, 1/20М, а ширину швов и зазоров между эле-
ментами - кратной также 1/50М и 1/100М.
Конструктивные размеры (/, b, h, d) строительных
элементов следует определять, исходя из их координаци-
онных размеров за вычетом соответствующих частей ши-
рины зазоров (рис. 3.7).
Рис. 3.6. Координационные размеры конструктивных элемен-
тов:
а - равны основному координационному размеру здания; б, в -
равны части основного координационного размера здания; г -
больше основного координационного размера здания
Рис. 3.7. Конструктивные размеры строительных элементов и за-
зоры между ними
3.3.5. Привязка конструктивных элементов
к координационным осям
Расположение и взаимосвязь конструктивных эле-
ментов следует координировать на основе модульной
пространственной координационной системы путем их
привязки к координационным осям.
Модульная пространственная координационная сис-
тема и соответствующие модульные сетки с членениями,
кратными определенному укрупненному модулю, должны
быть, как правило, непрерывными для всего проектиру-
емого здания (рис. 3.8 а).
Прерывную модульную пространственную коорди-
национную систему с парными координационными осями
и вставками между ними, имеющими размер с, кратный
меньшему модулю (рис. 3.8 б, в), допускается применять
для зданий с несущими стенами в следующих случаях:
• в местах устройства деформационных швов;
• при толщине внутренних стен 300 мм и более,
особенно при наличии в них вентиляционных каналов; в
этом случае парные координационные оси проходят в
пределах толщины стены с таким расчетом, чтобы обес-
печить необходимую площадь опирания унифицирован-
ных модульных элементов перекрытий (рис. 3.8в);
• при обеспечении прерывной системой модуль-
ных координат более полной унификации типоразмеров
индустриальных изделий, например, при панелях наруж-
ных и внутренних продольных стен, вставляемых между
гранями поперечных стен и перекрытий.
Привязку конструктивных элементов определяют
расстоянием от координационной оси до координацион-
Рис. 3.8. Расположение координационных осей в плане зданий с
несущими стенами:
а - непрерывная система с совмещением координационных осей
с осями несущих стен; б - прерывная система с парными коор-
динационными осями и вставками между ними; в - прерывная
система при парных координационных осях, проходящих в пре-
делах толщины стен
зздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
37
ной плоскости элемента или до геометрической оси его
сечения.
Привязку несущих стен и колонн к координационным
осям осуществляют по сечениям, расположенным на уров-
не опирания на них верхнего перекрытия или покрытия.
Конструктивная плоскость (грань) элемента в зависи-
мости от особенностей его примыкания к другим элемен-
там может отстоять от координационной плоскости на
установленный размер или совпадать с ней.
Привязку несущих стен к координационным осям
принимают в зависимости от их конструкции и располо-
жения в здании.
Геометрическая ось внутренних несущих стен долж-
на совмещаться с координационной осью (рис. 3.9 а);
асимметричное расположение стены по отношению к ко-
зодинационной оси допускается в случаях, когда это це-
лесообразно для массового применения унифицирован-
ных строительных изделий, например, элементов, лест-
ниц и перекрытий.
Внутренняя координационная плоскость наружных
несущих стен должна смещаться внутрь здания на рас-
стояние f от координационной оси (рис. 3.9 б, в), равное
половине координационного размера толщины парал-
лельной внутренней несущей стены doBH/2 или кратное М,
1 2М или 1/5М. При опирании плит перекрытий на всю
толщину несущей стены допускается совмещение наруж-
~сй координационной плоскости стен с координационной
осью (рис. 3.9 г).
При стенах из немодульного кирпича и камня допус-
кается корректировать размер привязки в целях приме-
нения типоразмеров плит перекрытий, элементов лест-
ниц, окон, дверей и других элементов, применяемых при
иных конструктивных системах зданий и устанавливае-
мых в соответствии с модульной системой.
Внутренняя координационная плоскость наружных
самонесущих и навесных стен должна совмещаться с
координационной осью (рис. 3.9 д) или смещаться на
размер е с учетом привязки несущих конструкций в пла-
не и особенностей примыкания стен к вертикальным не-
сущим конструкциям или перекрытиям (рис. 3.9 е).
Привязка колонн к координационным осям в каркас-
ных зданиях должна приниматься в зависимости от их
расположения в здании.
Колонны средних рядов следует располагать так,
чтобы геометрические оси их сечений совмещались с ко-
ординационными осями (рис. 3.10 а}. Допускаются дру-
гие привязки колонн в местах деформационных швов, пе-
репада высот и в торцах зданий, а также в отдельных слу-
чаях, обусловленных унификацией элементов перекрытий
в зданиях с различными конструкциями опор.
Привязку крайних рядов колонн каркасных зданий к
крайним координационным осям принимают с учетом
унификации крайних элементов конструкций (ригелей,
панелей стен, плит перекрытий и покрытий) с рядовыми
элементами; при этом, в зависимости от типа и конструк-
тивной системы здания, привязку следует осуществлять
одним из следующих способов:
1) внутреннюю координационную плоскость колонн
смещают от координационных осей внутрь здания на рас-
стояние, равное половине координационного размера
ширины колонны средних рядов Ьоср/2 (рис. 3.10 б)',
2) геометрическую ось колонн совмещают с коорди-
национной осью (рис. 3.10 в);
3) внешнюю координационную плоскость колонн со-
вмещают с координационной осью (рис. 3.10г).
Внешнюю координационную плоскость колонн допус-
кается смещать от координационных осей наружу на рас-
стояние f (рис. 3.10д), кратное модулю ЗМ, а при необхо-
димости М или 1/2М.
В торцах зданий допускается смещение геомет-
рических осей колонн внутрь здания на расстояние к
(рис. 3.10 е), кратное модулю ЗМ, а при необходимо-
сти М или 1/2М.
При привязке колонн крайних рядов к координацион-
ным осям, перпендикулярным к направлению этих рядов,
следует совмещать геометрические оси колонн с указан-
ными координационными осями; исключения возможны в
отношении угловых колонн и колонн у торцов зданий и
деформационных швов.
Рис. 3.9. Привязка стен к координационным осям:
а - внутренних несущих стен; б, в, г - наружных несущих стен;
д, е - наружных самонесущих и навесных стен
Рис. 3.10. Привязка колонн каркасных зданий к координацион-
ным осям:
а - средних рядов; б-д - крайних рядов; е - в торцах зданий
38
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
В зданиях в местах перепада высот и деформаци-
онных швов, осуществляемых на парных или одинарных
колоннах (или несущих стенах), привязываемых к двой-
ным или одинарным координационным осям, следует ру-
ководствоваться следующими правилами:
1) расстояние с между парными координационными
осями (рис. 3.11 а, б, в) должно быть кратным модулю
ЗМ, а при необходимости М или 1/2М; привязка каждой
из колонн к координационным осям должна приниматься
в соответствии с предыдущими требованиями;
2) при парных колоннах (или несущих стенах), привя-
зываемых к одинарной координационной оси, расстояние
Рис. 3.11. Привязка стен (верхний ряд) и колонн (нижний ряд) к
координационным осям в местах деформационных швов:
а, б - на парных осях с парными стенами или колоннами; в - на
парных осях с одинарными стенами или колоннами; г-на одинар-
ной оси с парными стенами или колоннами; д - на одинарной оси
Рис. 312. Модульная (координационная) высота этажа:
1 - координационная плоскость чистого пола; 2 - подвесной
потолок
к от координационной оси до геометрической оси каждой
из колонн (рис. 3.11 г} должно быть кратным модулю ЗМ,
а при необходимости М или 1/2М;
3) при одинарных колоннах, привязываемых к оди-
нарной координационной оси, геометрическую ось ко-
лонн совмещают с координационной осью (рис. 3.11 д).
При расположении стены между парными колоннами
одна из ее координационных плоскостей совпадает с ко-
ординационной плоскостью одной из колонн.
В объемно-блочных зданиях объемные блоки сле-
дует, как правило, располагать симметрично между коор-
динационными осями непрерывной модульной сетки.
В многоэтажных зданиях координационные плоско-
сти чистого пола лестничных площадок следует совме-
щать с горизонтальными основными координационными
плоскостями (рис. 3.12 а).
В одноэтажных зданиях координационную плос-
кость чистого пола следует совмещать с нижней горизон-
тальной основной координационной плоскостью (рис.
3.12 б); с верхней координационной плоскостью совме-
щают наиболее низкую опорную плоскость конструкции
покрытия.
3.4. Правила выполнения архитектурно-
строительных чертежей
(по ГОСТ 21.101-97, ГОСТ21.501-93)
3.4.1. Общие положения
Рабочие чертежи архитектурных решений и строи-
тельных конструкций, предназначенные для производ-
ства строительных и монтажных работ, выполняют в со-
ставе основных комплектов, которым присваивают
марки (Приложение 3).
Условные графические изображения строительных
конструкций и их элементов приведены в Приложении 4
Графические обозначения материалов в сечениях
конструкций, в зависимости от вида материала, приведе-
ны в Приложении 5.
На архитектурно-строительных рабочих чертежах (на
изображениях фундаментов, стен, перегородок, перекры-
тий) указывают проемы, борозды, ниши, гнезда и отвер-
стия с необходимыми размерами и привязками.
На изображении каждого здания указывают коорди-
национные оси и присваивают им самостоятельную си-
стему обозначений.
Координационные оси наносят на изображения зда-
ний тонкими штрих-пунктирными линиями с длинными
штрихами, обозначают арабскими цифрами и прописны-
ми буквами русского алфавита (за исключением букв: е,
3, Й, О, X, Ц, Ч, Щ, Ъ, Ы, Ь) в кружках диаметром 6-12 мм.
Пропуски в цифровых и буквенных (кроме указанных)
обозначениях координационных осей не допускаются.
Цифрами обозначают координационные оси по сто-
роне здания с большим количеством осей. Если для обо-
значения осей не хватает букв алфавита, последующие
оси обозначают двумя буквами, например: АА, ББ, ВВ.
Последовательность цифровых и буквенных обозна-
чений координационных осей принимают по плану слева
направо и снизу вверх (рис. 3.13 а) или как показано на
рисунке 3.13 6.
Обозначение координационных осей, как правило,
наносят по левой и нижней сторонам плана здания. При
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
39
несовпадении координационных осей противоположных
сторон плана обозначения указанных осей в местах рас-
хождения дополнительно наносят по верхней и (или) пра-
вой сторонам.
Для отдельных элементов, расположенных между ко-
ординационными осями основных несущих конструкций,
наносят дополнительные оси и обозначают их в виде дро-
би: над чертой указывают обозначение предшествующей
координационной оси, под чертой - дополнительный по-
рядковый номер в пределах участка между смежными ко-
ординационными осями (рис. 3.13 в).
Допускается координационным осям фахверковых
колонн присваивать цифровые и буквенные обозначения
в продолжение обозначений осей основных колонн без
дополнительного номера.
На изображении повторяющегося элемента, привя-
занного к нескольким координационным осям, координа-
ционные оси обозначают в соответствии с рис. 3.14:
• «а» - при количестве координационных осей не
более 3;
• «б» - при количестве координационных осей бо-
лее 3;
• «в» - при всех буквенных и цифровых координа-
ционных осях.
Для обозначения координационных осей блок-секций
жилых зданий применяют индекс «с», например; 1с, 2с,
Ас, Бс. На планах жилых здании, скомпонованных из блок-
секций, обозначения крайних координационных осей
блок-секций указывают без индекса (рис. 3.15).
Отметки уровней (высоты, глубины) элементов кон-
струкций от уровня отсчета (условной нулевой отметки)
обозначают условным знаком в соответствии с рис. 3.16 а
и указывают в метрах с тремя десятичными знаками, от-
деленными от целого числа запятой.
Нулевую отметку, принимаемую, как правило, для по-
верхности какого-либо элемента конструкций здания,
расположенного вблизи планировочной поверхности
земли, указывают без знака; отметки выше нулевой - со
знаком •<+>>, ниже нулевой - со знаком «—».
На видах (фасадах), разрезах и сечениях отметки
указывают на выносных линиях или линиях контура в со-
ответствии с рис. 3.16 б, на планах - в прямоугольнике
(рис. 3.16 в).
3.4.2. Основной комплект рабочих чертежей
архитектурных решений
В состав основного комплекта рабочих чертежей
архитектурных решений включают:
• общие данные по рабочим чертежам;
• планы этажей, в том числе подвала, техническо-
го подполья, технического этажа и чердака;
• разрезы;
• фасады;
• планы полов (при необходимости);
• план кровли (крыши);
• схемы расположения элементов сборных пере-
городок;
Рис. 3.14. Обозначение координационных осей на повторяющих-
ся элементах
Тип 2 Тип 4
Рис. 3.13. Обозначение координационных осей на планах зданий
Рис. 3.15. Обозначение крайних координационных осей блок-сек-
40
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
• схемы расположения элементов заполнения
оконных и других проемов;
• выносные элементы (узлы, фрагменты);
• спецификации к схемам расположения.
ОБЩИЕ ДАННЫЕ ПО РАБОЧИМ ЧЕРТЕЖАМ
В состав общих данных по рабочим чертежам
включают: ведомость рабочих чертежей основного комп-
лекта; ведомость ссылочных и прилагаемых документов;
ведомость основных комплектов рабочих чертежей; ведо-
мость спецификаций; ведомость отделки помещений; об-
щие указания.
В общих указаниях указывают: класс ответственно-
сти здания, категорию здания по взрывопожарной и по-
жарной опасности, степень огнестойкости здания, ха-
рактеристику стеновых и изоляционных материалов, ус-
тройство гидроизоляции и отмостки, виды наружной от-
делки здания, мероприятия при производстве работ в
зимнее время.
Планы этажей
При выполнении плана этажа положение мнимой го-
ризонтальной секущей плоскости разреза принимают на
уровне оконных проемов или на 1 /3 высоты изображае-
мого зтажа. В случаях, когда оконные проемы располо-
жены выше секущей плоскости, по периметру плана рас-
полагают сечения соответствующих стен на уровне
оконных проемов.
На планы этажей наносят:
• координационные оси здания;
• размеры, определяющие расстояния между ко-
ординационными осями и проемами, толщину стен и пе-
регородок, другие необходимые размеры, отметки участ-
ков, расположенных на разных уровнях;
• линии разрезов: их проводят, как правило, с та-
ким расчетом, чтобы в разрез попадали проемы окон, на-
ружных ворот и дверей, лестниц;
• позиции (марки) элементов здания, заполнения
проемов ворот и дверей, перемычек, лестниц и т.п.;
• обозначения узлов и фрагментов планов;
• наименования помещений (технологических уча-
стков), их площади, категории по взрывопожарной и по-
жарной опасности (кроме жилых зданий).
Площади проставляют в нижнем правом углу поме-
щения (технологического участка) и подчеркивают. Кате-
гории помещений проставляют под их наименованием в
прямоугольнике.
Для жилых зданий на планах указывают тип, площадь
квартир и общую площадь квартир. При этом площадь
проставляют в виде дроби, в числителе которой указыва-
ют площадь квартир, в знаменателе - общую площадь
квартир.
Допускается наименования помещений, их площади
и категории приводить в форме экспликации. В этом слу-
чае на планах вместо наименований помещений простав-
ляют их номера.
Встроенные помещения и другие участки здания, на
которые выполняют отдельные чертежи, изображают схе-
матично сплошной тонкой линией с показом несущих кон-
струкций.
Площадки, антресоли и другие конструкции, распо-
ложенные выше секущей плоскости, изображают схема-
тично штрих-пунктирной тонкой линией с двумя точками.
В названиях планов этажей здания указывают отмет-
ку чистого пола, или номера этажа, или обозначение со-
ответствующей секущей плоскости. Примеры: План на
отм. 0,000, План 2-9 этажей; План 2-2. При выполнении
части плана в названии указывают оси, ограничивающие
эту часть плана. Пример; план на отм. 0,000 между ося-
ми 1-8 и А-Д.
К планам этажей выполняют:
• ведомость перемычек;
• спецификации заполнения элементов оконных,
дверных и других проемов, щитовых перегородок, пере-
мычек, замаркированных на планах, разрезах и фасадах.
Пример выполнения плана этажа здания приведен на
рис. 3.17 а.
Разрезы и фасады
Линии контуров элементов конструкций в разрезе
изображают сплошной толстой основной линией, види-
мые линии контуров, не попадающие в плоскость сече-
ния, - сплошной тонкой линией.
Разрезы здания обозначают арабскими цифрами
последовательно в пределах основного комплекта рабо-
чих чертежей. Допускается обозначение разрезов про-
писными буквами русского алфавита. Примеры Разрез
1-1; Разрез А-А.
Направление взгляда для разрезов по плану здания
принимают, как правило, снизу вверх и справа налево.
В названиях фасадов здания указывают крайние оси,
между которыми расположено изображение фасада.
Пример: Фасад 1-12.
На разрезы и фасады наносят:
* координационные оси здания, проходящие в ха-
рактерных местах разреза и фасада (крайние, у дефор-
мационных швов, несущих конструкций, в местах перепа-
да высот и т.п.), с размерами, определяющими расстоя-
ния между ними (только на разрезах) и общее расстоя-
ние между крайними осями;
• отметки, характеризующие расположение эле-
ментов несущих и ограждающих конструкций по высоте;
• размеры и привязки по высоте проемов, отвер-
стий, ниш и гнезд в стенах и перегородках, изображен-
ных в разрезах;
• позиции (марки) элементов здания, не указан-
ные на планах;
• типы заполнения оконных проемов, материал
отдельных участков стен, отличающихся от основных ма-
териалов на фасадах;
• обозначения узлов и фрагментов разрезов и фа-
садов.
Примеры выполнения чертежей разреза и фасада
приведены на рис. 3.17 б и 3.18 а.
На планы полов наносят:
- координационные оси: крайние, у деформационных
швов, по краям участков с различными конструктивными
и другими особенностями и с размерными привязками
таких участков;
- обозначения уклонов полов;
- тип полов (проставляют в кружке диаметром 7 мм);
- отметки в местах перепадов полов.
Стены здания и перегородки на планах полов изоб-
ражают одной сплошной толстой основной линией. Де-
формационные швы изображают двумя тонкими сплош-
ными линиями, границы участков пола - пунктирными
линиями.
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
41
Рис. 3.17. Примеры выполнения рабочих черте-
жей архитектурных решений:
а - план второго этажа жилого дома; б - разрез
двухэтажного административно-бытового {обще-
ственного) здания
42
В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Рис. 3.18. Примеры выполнения рабочих чертежей ар-
хитектурных решений:
а - фасад административного здания промышленного
предприятия; б - план кровли одноэтажного промыш-
ленного здания; в - схема расположения элементов
сборных перегородок
= аз дел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
43
Планы полов допустимо совмещать с планами эта-
жей.
К планам полов составляют экспликацию.
На план кровли {крыши} наносят:
- координационные оси: крайние, у деформационных
швов, по краям участков кровли (крыши} с различными
конструктивными и другими особенностями с размерны-
ми привязками таких участков;
- обозначения уклонов кровли;
- отметки или схематический поперечный профиль
кровли;
- позиции (марки) элементов и устройств кровли
(крыши).
На плане кровли (крыши) указывают деформацион-
ные швы двумя тонкими линиями, парапетные плиты и
другие элементы ограждения, воронки, дефлекторы,
вентшахты, пожарные лестницы и прочие элементы и ус-
тройства, которые указывать и маркировать на других
чертежах нецелесообразно.
Пример чертежа плана кровли приведен на рис. 3.18 б.
Схемы расположения элементов сборных пере-
городок, заполнения оконных и других проемов вы-
полняют с учетом требований к рабочим чертежам строи-
тельных конструкций.
Допускается схему расположения элементов сборных
перегородок совмещать с планами этажей.
Схему расположения элементов заполнения оконных
проемов составляют на заполнение каждого типа. При
комплектной поставке панелей с заполненными проема-
ми схему не выполняют.
Если отдельные части вида (фасада), плана, разреза
требуют более детального изображения, то дополнительно
выполняют выносные элементы - узлы и фрагменты.
При изображении узла соответствующее место отме-
чают на фасаде, плане или разрезе замкнутой сплошной
тонкой линией (окружностью или овалом) с обозначени-
ем на полке линии-выноски порядкового номера узла
арабской цифрой.
Если узел помещен на другом листе, то номер листа
указывают под полкой линии-выноски или на полке ли-
нии-выноски рядом в скобках.
3.4.3. Основной комплект рабочих чертежей
строительных конструкций
В состав основного комплекта рабочих чертежей
строительных конструкций включают:
1) общие данные по рабочим чертежам;
2) схемы расположения элементов конструкций;
3) спецификации к схемам расположения элементов
конструкций;
в состав рабочих чертежей монолитных железобетон-
ных конструкций дополнительно включают:
4) схемы армирования монолитных железобетонных
конструкций;
5) ведомость расхода стали на монолитные кон-
струкции.
В состав общих данных по рабочим чертежам
включают:
1) ведомость рабочих чертежей основного комплекта;
2) ведомость ссылочных и прилагаемых документов;
3) ведомость основных комплектов рабочих чертежей;
4) ведомость спецификаций;
5) общие указания;
6) сведения о нагрузках и воздействиях, принятых
для расчета конструкций;
7) сведения о грунтах (основаниях), уровне и харак-
тере грунтовых аод, глубине промерзания;
8) указания о мероприятиях по устройству подготов-
ки под фундаменты и об особых условиях производства
работ;
9) сведения о мероприятиях по антикоррозионной
защите конструкций (при отсутствии основного комплек-
та рабочих чертежей марки АЗ);
10) указания о мероприятиях при производстве работ
в зимнее время.
На схеме расположения элементов конструкций
указывают в виде условных или упрощенных графических
изображений элементы конструкций и связи между ними.
Схему расположения выполняют для каждой группы
элементов конструкций, связанных условиями и последо-
вательностью производства строительных работ.
Примеры:
1. Схема расположения элементов фундаментов и
фундаментных балок;
2. Схема расположения блоков стен подвала (развер-
тка стен подвала);
3. Схема расположения колонн, связей по колоннам,
подкрановых балок;
4. Схема расположения ферм (балок);
5. Схема расположения плит покрытий (перекрытий),"
6. Схема расположения панелей стен и перегородок.
Некоторые примеры схем расположения элементов
конструкций представлены на рис. 3.19.
Схему расположения выполняют в виде планов, фа-
садов или разрезов соответствующих конструкций с уп-
рощенным изображением элементов.
На схему расположения наносят:
• координационные оси здания, размеры, опреде-
ляющие расстояния между ними и между крайними ося-
ми, размерную привязку осей или поверхностей элемен-
тов конструкций к координационным осям здания или, в
необходимых случаях, к другим элементам конструкций,
другие необходимые размеры;
• отметки наиболее характерных уровней элемен-
тов конструкций;
• позиции (марки) элементов конструкций;
• обозначения узлов и фрагментов;
• данные о допустимых монтажных нагрузках.
На схему армирования монолитной железобетонной
конструкции наносят:
• координационные оси здания;
• контуры конструкций - сплошной толстой основ-
ной линией;
• размеры, определяющие положение арматурных
и закладных изделий и толщину защитного слоя бетона.
Арматурные и закладные изделия на схеме изобра-
жают очень толстой сплошной линией.
Спецификацию к схеме расположения сборных
конструкций заполняют по разделам:
1) элементы сборных конструкций;
2) монолитные участки;
3) стальные и другие изделия.
44
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
а
б
Рис. 3.19. Примеры выполнения схем расположения элементов
конструкций:
а - колонн и подкрановых балок; б - панелей стен промышлен-
ного здания; в - плит покрытия; г - панелей стен, перегородок и
других элементов жилого дома; д - колонн и ригелей перекры-
тия каркасного здания
= сЗДел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
45
Глава 4
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
ЗДАНИЙ
4.1. Пожарная безопасность зданий
(по СНиП 21-01-97, ГОСТ 12.1.033)
4.1.1. Термины и определения
Пожарная безопасность объекта - состояние
объекта, при котором с регламентируемой вероятностью
исключается возможность возникновения и развития по-
жара и воздействия на людей опасных факторов пожара,
а также обеспечивается защита материальных ценностей.
Правила пожарной безопасности - комплекс поло-
жений, устанавливающих порядок соблюдения требова-
ний и норм пожарной безопасности при строительстве и
эксплуатации объекта.
Пожарная опасность - возможность возникновения
и (или) развития пожара.
Опасный фактор пожара - фактор пожара, воздей-
ствие которого приводит к травме, отравлению или гибе-
ли человека, а также к материальному ущербу.
Система противопожарной защиты - совокупность
организационных мероприятий и технических средств,
направленных на предотвращение воздействия на людей
опасных факторов пожара и ограничение материального
ущерба от него.
Огнезащита - снижение пожарной опасности мате-
риалов и конструкций путем специальной обработки или
нанесения покрытия (слоя).
Поверхностная огнезащита - огнезащита поверх-
ности материала, изделия, конструкции.
Глубокая огнезащита - огнезащита массы материа-
ла, изделия, конструкции.
Химическая огнезащита - огнезащита, основанная
на химическом взаимодействии антипирена с обрабаты-
ваемым материалом.
Антипирен - вещества или смеси, добавляемые в
материал {вещество) органического происхождения для
снижения его горючести.
Огнезащитное изделие (материал, конструкция) -
изделие (материал, конструкция), пониженная пожарная
опасность которого является результатом огнезащиты.
Огнепреграждающее устройство - устройство, об-
ладающее огнепреграждающей способностью.
Противодымная защита - комплекс организацион-
ных мероприятий и технических средств, направленных
на предотвращение воздействия на людей дыма, повы-
шенной температуры и токсичных продуктов горения.
4.1.2. Пожарно-техническая классификация
строительных материалов
Пожарно-техническая классификация предназна-
чается для установления необходимых требований по
противопожарной защите конструкций, помещений, зда-
ний, элементов и частей зданий в зависимости от их ог-
нестойкости и (или) пожарной опасности.
Строительные материалы характеризуются только
пожарной опасностью.
Пожарная опасность строительных материалов опре-
деляется следующими пожарно-техническими характери-
стиками: горючестью, воспламеняемостью, распростра-
нением пламени по поверхности, дымообразующей спо-
собностью и токсичностью.
Строительные материалы подразделяются на него-
рючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные мате-
риалы подразделяются на четыре группы:
Г1 (слабогорючие);
Г2 (умеренногорючие);
ГЗ (нормальногорючие);
Г4 (сильногорючие).
Для негорючих строительных материалов другие по-
казатели пожарной опасности не определяются и не нор-
мируются.
По воспламеняемости горючие строительные мате-
риалы подразделяются на три группы:
В1 {трудновоспламеняемые);
В2 (умеренновоспламеняемые);
ВЗ (легковоспламеняемые).
По распространению пламени по поверхности го-
рючие строительные материалы подразделяют на четыре
группы:
РП1 (нераспространяющие);
РП2 (слабораспространяющие);
РПЗ (умереннораспространяющие);
РП4 (сильнораспространяющие).
Группы строительных материалов по распростране-
нию пламени устанавливают для поверхностных слоев
кровли и полов, в том числе ковровых покрытий.
По дымообразующей способности горючие строи-
тельные материалы подразделяются на три группы:
Д1 (с малой дымообразующей способностью);
Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).
По токсичности продуктов горения горючие строи-
тельные материалы подразделяются на четыре группы:
Т1 (малоопасные):
Т2 (умеренноопасные);
ТЗ (высокоопасные);
Т4 (чрезвычайно опасные).
Группы пожарной опасности строительных материа-
лов устанавливают специальными испытаниями по соот-
ветствующим стандартам.
4.1.3. Пожарно-техническая классификация
строительных конструкций
Строительные конструкции характеризуются огне-
стойкостью и пожарной опасностью.
Показателем огнестойкости является предел огне-
стойкости, пожарную опасность конструкции характери-
зует класс ее пожарной опасности.
Предел огнестойкости строительных конструкций при
испытании устанавливается по времени (в минутах) на-
ступления одного или последовательно нескольких, нор-
мируемых для данной конструкции, признаков предель-
ных состояний:
- потери несущей способности (R);
- потери целостности (Е);
- потери теплоизолирующей способности (I).
Потеря несущей способности (R) наступает вслед-
46
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
ствие обрушения конструкции или достижения предель-
ных деформаций: для изгибаемых конструкций - величи-
ны прогиба L/20; для вертикальных конструкций - верти-
кальной деформации L/100, где L - пролет, см.
Потеря целостности (Е> происходит в результате
образования в конструкции сквозных трещин или отвер-
стий, через которые на необогреваемую поверхность
проникают продукты горения или пламя.
При испытании конструкции потерю целостности оп-
ределяют при помощи тампона, который помещают в ме-
таллическую рамку с держателем и подносят к местам,
где ожидается проникновение пламени или продуктов го-
рения, и в течение 10 с держат на расстоянии 20 мм от
поверхности образца. Время от начала испытания до вос-
пламенения тампона является пределом огнестойкости
конструкции по признаку потери целостности.
Потеря теплоизолирующей способности (I) опре-
деляется временем повышения температуры на несбог-
реваемой поверхности конструкции в среднем более чем
на 140'С или в любой точке этой поверхности более чем
на 180’С в сравнении с температурой конструкции до ис-
пытания или более 220‘С независимо от температурь!
конструкции до испытания.
По пожарной опасности строительные конструкции
подразделяются на четыре класса:
КО (непожароопасные);
К1 (малопожароопасные);
К2 (умереннопожароопасные);
КЗ (пожароопасные).
Класс пожарной опасности строительных конструк-
ций устанавливают по ГОСТ 30403, который распростра-
няется на элементы зданий - колонны, ригели, фермы,
балки, арки, рамы и связи, наружные и внутренние стены,
перегородки, перекрытия, покрытия, стены лестничных
клеток, противопожарные преграды, марши и площадки
лестниц.
Класс пожарной опасности конструкции - класси-
фикационная характеристика пожарной опасности конст-
рукции, определяемая по результатам стандартных испы-
таний.
Сущность метода заключается в определении пока-
зателей пожарной опасности конструкции при ее испыта-
нии в условиях теплового воздействия, установленных
Таблица 4.1. Классы пожарной опасности
Класс пожар- ной опасно- сти конст- рукций Допускаемый размер поврежде- ния конструкций, см Наличие Допускаемые характе- ристики пожарной опасности поврежден- ного материала
верти- каль- ных гори- ЗОН- таль- НЫХ тепло- вого эффек- та горения группа
горю чести воспла- меняе- мости дымсоб- разую= щей способ ности
ко 0 0 Н.Д. Н.д. — — —
К1 до 40 ДО 25 Н.д. Н.Д. н.р. н.р. н.р.
до 40 ДО 25 н.р. н.д. Г2 82 Д2
К2 более 40, но до 80 более 25, но до 50 н.д. н.д. н.р. н.р. н.р.
КЗ то же то же Н.р. нд. ГЗ не регламентируется ВЗ Д2
Условные обозначения: н.д. - не допускается, н.р. - не регламентируется.
стандартом, в течении времени, определяемого требова-
ниями к этой конструкции по огнестойкости.
В качестве характеристик пожарной опасности мате-
риалов принимают горючесть, воспламеняемость и ды-
мообразующую способность.
Образцы конструкций для испытаний, включая стыки
и их заполнение, должны быть выполнены в соответствии
с технической документацией на изготовление и приме-
нение конструкций. Образцы не должны иметь проемов,
а также декоративной отделки или облицовки.
Конструкции подразделяются на классы по пожарной
опасности в соответствии с табл. 4.1 по наименее благо-
приятному показателю.
Без испытаний конструкций допускается устанав-
ливать классы их пожарной опасности: КО - для конструк-
ций, выполненных только из материалов группы горючес-
ти НГ; КЗ - для конструкций, выполненных только из ма-
териалов группы горючести Г4.
4.1.4. Классификация противопожарных преград
Противопожаные преграды предназначены для пре-
дотвращения распространения пожара и продуктов горе-
ния из помещения или пожарного отсека с очагом пожа-
ра в другие помещения.
К противопожарным преградам относятся противо-
пожарные стены, перегородки и перекрытия.
Противопожарные преграды характеризуются огне-
стойкостью и пожарной опасностью.
Огнестойкость противопожарной преграды опреде-
ляется огнестойкостью ее элементов:
• ограждающей части;
• конструкций, обеспечивающих устойчивость
преграды;
• конструкций, на которые она опирается;
• узлов крепления между ними.
Пределы огнестойкости конструкций, обеспечиваю-
щих устойчивость преграды, конструкций, на которые она
опирается, и узлов крепления между ними по признаку R
должны быть не менее требуемого предела огнестойко-
сти ограждающей части противопожарной преграды.
Пожарная опасность противопожарной преграды оп-
ределяется пожарной опасностью ее ограждающей части
с узлами креплений и конструкций, обеспечивающих ус-
тойчивость преграды.
Противопожарные преграды в зависимости от огне-
стойкости их ограждающей части подразделяются на
типы согласно табл. 4.2, заполнения проемов в противо-
пожарных преградах - табл. 4.3, тамбур-шлюзы, предус-
Таблица 4.2. Типы противопожарных преград
Противо- пожарные преграды Тип противо- пожарных преград Предел огнестойко- сти преграды, не менее ТЙП .заполнения 1 проемов, । не ниже Тип там бур - шлюза, не ниже
Стены 1 REI 150 1 1
2 REI 45 2 2
Перегородки 1 EI45 2 2
2 EI 15 3 12
Перекрытия 1 RE1 150 1 1
2 REI 60 2 1
3 REI 45 2 1
4 REI 15 3 2
л дел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
47
а б л и ц а 4.3. Типы заполнения проемов
Заполнения проемов в противопожарных преградах Тип заполнения проемов Г I Предел огнестойкости, не ниже
Двери, ворота,
?юки, клапаны 1 Ei 60
2 El 30
3 El 15
Окна 1 Е60
2 ЕЗО
3 Е15
Занавесы 1 El 60
Таблица 4.4. Типы тамбур-шлюзов
т , Типы элементов тамбур-шлюза. не ниже
Тип тамбур- __________„.. __2____
шлюза перегородкиперекрытия заполнен»
; । проемов
113 2
2 2 4 3
матриваемые в проемах противопожарных преград, -
табл. 4.4.
Перегородки и перекрытия тамбур-шлюзов должны
быть противопожарными.
Противопожарные преграды должны быть класса
КО. Допускается в специально оговоренных случаях при-
менять преграды 2-4-го типов класса К1.
4.1.5. Пожарно-техническая классификация
лестниц и лестничных клеток
Лестницы и лестничные клетки, предназначенные
для эвакуации, подразделяются на:
• лестницы типов:
1 - внутренние, размещаемые в лестничных клетках;
2 - внутренние открытые;
3 - наружные открытые;
• обычные лестничные клетки типов:
Л1 - с остекленными или открытыми проемами в на-
ружных стенах на каждом этаже;
Л2 - с естественным освещением через остекленные
или открытые проемы в покрытии;
• незадымляемые лестничные клетки типов:
Н1 - со входом в лестничную клетку с этажа, через
наружную воздушную зону, по открытым переходам, при
этом должна быть обеспечена незадымляемость перехо-
да через воздушную зону;
Таблица 4.5. Степени огнестойкости зданий
Н2 - с подпором воздуха в лестничную клетку при
пожаре;
ИЗ - со входом в лестничную клетку с этажа через
тамбур-шлюз с подпором воздуха.
Для обеспечения тушения пожара и спасательных
работ предусматриваются пожарные лестницы типов:
П1 - вертикальные;
П2 - маршевые с уклоном не более 6:1.
4.1.6. Пожарно-техническая классификация зданий
и помещений
Здания, а также части зданий, выделенные противо-
пожарными стенами - пожарные отсеки, - подразделяют-
ся по степеням огнестойкости, классам конструктивной и
функциональной пожарной опасности.
По степеням огнестойкости здания подразделяют-
ся согласно табл. 4.5.
Степень огнестойкости здания определяется огне-
стойкостью его несущих конструкций.
К несущим элементам здания относятся конструкции,
обеспечивающие его общую устойчивость и геометри-
ческую неизменяемость при пожаре - несущие стены,
рамы, колонны, ригели, арки, фермы и балки пере-
крытий, связи, диафрагмы жесткости и т.п.
Пределы огнестойкости заполнения проемов
(дверей, ворот, окон, люков, зенитных фонарей, свето-
пропускающих покрытий) не нормируются.
В случаях, когда минимальный требуемый предел ог-
нестойкости конструкции указан R15 (RE15, RE115), допус-
кается применение незащищенных стальных конструкций.
По конструктивной пожарной опасности здания и
пожарные отсеки подразделяются на классы согласно
табл 4.6.
Класс конструктивной пожарной опасности здания оп-
ределяется степенью участия строительных конструкций в
развитии пожара и образовании его опасных факторов.
Пожарная опасность заполнения проемов в ог-
раждающих конструкциях зданий (дверей, ворот, окон и
люков) не нормируется.
По функциональной пожарной опасности здания и
части зданий - помещения или группы помещений, функ-
ционально связанные между собой, подразделяются на
классы в зависимости от способа их использования и от
того, в какой мере безопасность людей в них в случае
возникновения пожара находится под угрозой:
Ф1 - для постоянного проживания и временного
пребывания людей:
Ф1.1 - детские дошкольные учреждения, специали-
зированные дома престарелых и инвалидов, больницы,
спальные корпуса школ-интернатов;
Предел огнестойкое™ строительных конструкций не менее
Степень огнестойкое™ здания Несущие элементы здания наружные ненесущие стены перекрытия междуэтажные, (в тл. чердачные и над подвалами) элементы бесчердачных покрытий лестничные клетки
настилы (в т.ч. с утеплителем) Фермы, балки, прогоны внутренние стены марши и площадки лестниц
I R120 ЕЗО REI60 RE30 R30 REI 120 R60
II R90 Е 15 RE145 RE 15 R 15 REI90 R60
III R45 Е 15 REI45 RE 15 R 15 REI60 R45
IV R 15 Е 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15
V не нормируется
48
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Таблица 4.6. Классы конструктивной пожарной опасности зданий
Класс конструктивной пожарной опасности здания Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже
несущие стержневые элементы (колонны, ригели, фермы и др.) стены наружные с внешней стороны стены, перегородки, перекрытия, бесчердачные покрытия стены лестничных клеток, противопожар- ные преграды | марши И площадки 1 лестниц в лестничных клетках
со КС ко ко КО ко
С1 К1 К2 К1 ко ко
С2 КЗ КЗ К2 K1 K1
СЗ не нормируется К1 КЗ
Ф1.2 - гостиницы, общежития, спальные корпуса сана-
ториев и домов отдыха, кемпингов, мотелей, пансионатов;
Ф1.3 - многоквартирные жилые дома;
Ф1.4 - одноквартирные, в том числе блокированные
жилые дома;
Ф2 - зрелищные и культурно-просветительные
учреждения:
Ф2.1 “Театры, кинотеатры, концертные залы, клубы,
цирки, спортивные сооружения, библиотеки;
Ф2.2 - музеи, выставки, танцевальные залы;
ФЗ - предприятия по обслуживанию населения:
ФЗ. 1 - предприятия торговли;
Ф3.2 - предприятия общественного питания;
ФЗ.З - вокзалы;
Ф3.4 - поликлиники и амбулатории;
Ф3.5 - помещения для посетителей предприятий
бытового и коммунального обслуживания;
Ф3.6 - физкультурно-оздоровительные комплексы
без трибун для зрителей, бытовые помещения, бани;
Ф4 — учебные заведения, научные и проектные
организации, учреждения управления:
Ф4.1 - школы, средние специальные учебные заведе-
ния, профессионально-технические училища;
Ф4.2 “ высшие учебные заведения.
Ф4.3 - учреждения органов управления, проектно-
конструкторские организации, научно-исследовательс-
кие организации, банки, конторы, офисы;
Ф4.4 - пожарные депо;
Ф5 производственные и складские здания и по-
мещения:
Ф5.1 - производственные здания, лаборатории и по-
мещения, мастерские;
Ф5.2 - складские здания, стоянки для автомобилей,
книгохранилища, архивы, складские помещения;
Ф5.3 - сельскохозяйственные здания.
По взрывопожарной и пожарной опасности произ-
водственные и складские здания и помещения, в зависи-
мости от количества и пожаровзрывоопасных свойств
находящихся (обращающихся) в них веществ и материа-
лов с учетом особенностей технологических процессов
размещаемых в них производств, подразделяются на ка-
тегории согласно НПБ 105.
Определение категорий помещений следует осуще-
ствлять путем последовательной проверки принадлежно-
сти помещения к категориям, приведенным в табл. 4.7-
от высшей (А) к низшей {Д).
4.2. Основы тепловой защиты зданий
4.2.1. Термины и определения
(по СНиП 23-02 И СП 23-ЮТ)
Тепловая защита здания - теплозащитные свой-
ства совокупности ограждающих конструкций здания,
обеспечивающие заданный уровень расхода тепловой
энергии (теплопоступлений) зданием с учетом воздухо-
обмена помещений не выше допустимых пределов, а
также их воздухопроницаемость и защиту от переувлаж-
нения при оптимальных параметрах микроклимата по-
мещений.
Тепловой режим здания - совокупность всех фак-
торов и процессов, формирующих тепловой внутренний
микроклимат здания в процессе эксплуатации.
Таблица 4.7. Категории взрывопожарной и пожарной опасности зданий и помещений
Категория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А - взрывопожароопасная Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости, способные образовывать взрывоопасные парога- зовоздушные смеси, вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом или друг с другом
Б - взрывопожароопасная Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости, горючие жидкости, которые могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси
В1—В4 Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыль и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кис- лородом воздуха или друг с другом только гореть
Г Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистой теплоты, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии
Примечание. Разделение помещений на категории Bl—В4 регламентируется положениями, изложенными в НПБ 105.
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
49
Микроклимат помещения - состояние внутренней
среды помещения, оказывающее воздействие на челове-
ка, характеризуемое показателями температуры воздуха
и ограждающих конструкций, влажностью и подвижно-
стью воздуха.
Оптимальные параметры микроклимата помеще-
ний - сочетание значений показателей микроклимата,
которые при длительном и систематическом воздействии
на человека обеспечивают тепловое состояние организ-
ма при минимальном напряжении механизмов терморе-
гуляции и ощущение комфорта у людей, находящихся в
помещении.
Удельный расход тепловой энергии на отопление
здания за отопительный период - количество тепловой
энергии за отопительный период, необходимое для ком-
пенсации теплопотерь здания, отнесенное к полезной
площади помещений зданий (или к их отапливаемому
объему) и градусо-сугкам отопительного периода.
Дополнительные тепловыделения в здании - теп-
лота, поступающая в помещения здания от людей, вклю-
ченных энергопотребляющих приборов, оборудования,
электродвигателей, искусственного освещения и т.п., а
также от проникающей солнечной радиации.
Холодный (отопительный) период года - период
года, характеризующийся средней суточной температу-
рой наружного воздуха, равной и ниже 8‘С.
Теплый период года - период года, характеризую-
щийся средней суточной температурой воздуха выше 8°С.
Класс энергетической эффективности - обозна-
чение уровня энергетической эффективности здания,
характеризуемого интервалом значений удельного рас-
хода тепловой энергии на отопление здания за отопи-
тельный период.
Показатель компактности здания - отношение об-
щей площади внутренней поверхности наружных ограж-
дающих конструкций здания к заключенному в них отап-
ливаемому объему.
Коэффициент остекленности фасада здания - от-
ношение площадей светопроемов к суммарной площади
наружных ограждающих конструкций фасада здания,
включая светопроемы.
Теплопередача - перенос теплоты через ограждаю-
щую конструкцию от взаимодействующей с ней среды с
более высокой температурой к среде с друюй с i ороны
конструкции с более низкой температурой.
Теплоусвоение поверхности конструкции - свой-
ство поверхности ограждающей конструкции поглощать
или отдавать теплоту.
Теплоустойчивость ограждающей конструкции -
свойство ограждающей конструкции, определяемое от-
ношением амплитуды колебаний температуры внутрен-
ней поверхности и амплитуды теплового потока при его
гармонических колебаниях.
Теплоустойчивость помещений - свойство резуль-
тирующей температуры внутреннего воздуха и внутрен-
них поверхностей ограждающих конструкций сохранять
относительное постоянство при колебаниях теплопотерь
и теплопоступлений снаружи и теплопоступлений внутри,
обеспечиваемых системами подержания микроклимата.
Воздухопроницаемость ограждающей конструк-
ции - свойство ограждающей конструкции пропускать
воздух под действием разности давлений на наружной и
внутренней поверхностях, численно выраженное массо-
вым потоком воздуха через единицу площади поверхно-
сти ограждающей конструкции в единицу времени при
постоянной разности давлений воздуха на ее поверхнос-
тях, кг/(м2 х ч).
Паропроницаемостъ ограждающей конструкции -
свойство материалов ограждающей конструкции пропус-
кать влагу под действием разности парциальных давлений
водяного пара на ее наружной и внутренней поверхностях.
4.2.2. Энергосбережение в строительстве
По данным 1992 г. в России были израсходованы око-
ло 364 млн т условного топлива. Исходя из народнохозяй-
ственной структуры потребления энергии установлено,
что на строительный комплекс приходились около 43%
конечного потребления энергии. При этом на эксплуата-
цию зданий уходили 90% энергии (!), 8% - на производ-
ство строительных материалов и изделий, 2% расходова-
лись в процессе строительства. Для сравнения: в разви-
тых зарубежных странах на строительный комплекс рас-
ходуются 20-25% конечного потребления энергии. В свя-
зи с этим назрела необходимость в структурном измене-
нии потребления энергии и осуществлении масштабных
мероприятий по энергосбережению.
Законодательные и нормативные документы закре-
пили ресурсе- и энергосбережение как генеральные на-
правления современной технической политики строи-
тельного комплекса России.
Федеральный закон РФ «Об энергосбережении»
(1996 г.) зафиксировал положение о необходимости
включения в государственные стандарты на материалы и
конструкции показателей их энергоэффективности, конт-
ролируемых сертификационными испытаниями.
Введены в действие новые строительные нормы и
правила (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»),
которые устанавливают требования к тепловой защите
зданий в целях экономии энергии при обеспечении сани-
тарно-гигиенических и оптимальных параметров микро-
климата помещений и долговечности ограждающих кон-
струкций зданий. Эти требования рассматриваются так-
же с точки зрения охраны окружающей среды, рациональ-
ного использования природных ресурсов, снижения вли-
яния «парникового» эффекта и сокращения выделений
вредных веществ в атмосферу.
Нормы предусматривают введение новых показате-
лей энергетической эффективности зданий - удельного
расхода тепловой энергии на отопление, теплопоступле-
ний и ориентации зданий, устанавливают их классифика-
цию по показателям энергетической эффективности.
В нормах установлены требования:
• к приведенному сопротивлению теплопередаче
ограждающих конструкций зданий;
• к ограничению температуры и недопущению кон-
денсации влаги на внутренней поверхности ограждающей
конструкции за исключением окон с вертикальным остек-
лением;
• к удельному показателю расхода тепловой энер-
гии на отопление здания;
• к теплоустойчивости ограждающих конструкций
в теплый период года и помещений зданий в холодный
период года;
• к воздухопроницаемости ограждающих конст-
рукций;
• к защите от переувлажнения ограждающих кон-
струкций;
50
В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
• к теплоусвоению поверхности полов;
• к классификации зданий по энергетической эф-
фективности.
СНиП 23-02-2003 устанавливают три показателя
тепловой защиты здания:
а) приведенное сопротивление теплопередаче
отдельных элементов ограждающих конструкций здания;
б) санитарно-гигиенический показатель, включаю-
щий температурный перепад между температурами внут-
реннего воздуха и на поверхности ограждающих конст-
рукций и температуру на внутренней поверхности выше
температуры точки росы;
в) удельный расход тепловой энергии на отопле-
ние здания, позволяющий варьировать величинами теп-
лозащитных свойств различных видов ограждающих кон-
струкций зданий с учетом их объемно-планировочных ре-
шений и выбора систем поддержания микроклимата в
помещениях,
Требования тепловой защиты здания будут выполне-
ны, если в жилых и общественных зданиях будут соблю-
дены требования, указанные в пунктах а и б либо б и в. В
зданиях производственного назначения необходимо со-
блюдать требования, указанные в пунктах а и б.
Разработан и введен в действие новый Свод правил
по проектированию тепловой защиты зданий (СП 23-
101-2004), который содержит методы проектирования,
расчета теплотехнических характеристик ограждающих
конструкций, рекомендации и справочные материалы,
позволяющие реализовать требования СНиП 23-02-2003.
Положения свода правил позволяют проектировать
здания с рациональным использованием энергии путем
выявления суммарного энергетического эффекта от ис-
пользования архитектурных, строительных и инженерных
решений, направленных на экономию энергетических ре-
сурсов.
При проектировании тепловой защиты зданий в каж-
дом конкретном случае последовательно решаются ниже-
следующие задачи.
1. Определение параметров наружных климатических
условий, влажностного режима помещений зданий, пара-
метров внутренней среды.
2. Выбор класса энергетической эффективности (С,
В или А).
3. Определение уровня тепловой защиты для отдель-
ных ограждающих конструкций по нормируемым значени-
ям сопротивления теплопередаче либо по нормируемо-
му удельному расходу тепловой энергии на отопление
для гражданских зданий.
4. Проектирование ограждающих конструкций.
5. Выбор светопропускающих ограждений по требуе-
мому сопротивлению теплопередаче и воздухопроницае-
мости.
6. Расчет в необходимых случаях теплоустойчивости
ограждающих конструкций в летнее время и теплоустой-
чивости помещений в холодный период года.
7. Проектирование конструкций полов по нормируе-
мым значениям теплоусвоения.
Заканчивают проектирование тепловой защиты зда-
ний составлением раздела проекта «Энергоэффектив-
ность».
Показатель энергетической эффективности зданий
устанавливается в зависимости от величины отклонения
расчетного значения удельного расхода тепловой энер-
гии на отопление здания от нормативного в %.
Нормальный класс энергетической эффектив-
ности (С) соответствует отклонению от плюс 5% до ми-
нус 9%, высокий (В) - от минус 10% до минус 50%, очень
высокий (А) - более минус 51%. Проектирование жилых
и общественных зданий с низким (Д) и очень низким (Е)
классом энергетической эффективности не допускается.
4.2.3. Воэдушно-теппоаой режим итеплопотери
помещений
Повышение качества и улучшение эксплуатационных
характеристик зданий - одна из актуальных задач архи-
тектурно-строительной практики и науки. Все более важ-
ное значение приобретают вопросы обеспечения ком-
форта для жизнедеятельности человека.
Комфорт в помещении определяется воздушно-теп-
ловым. световым, цветовым и шумовым режимами, а так-
же факторами объемно-планировочного решения и свя-
зью с окружающей средой.
Основные показатели воздушно-теплового режи-
ма помещений - температура, относительная влажность
и подвижность воздуха в помещении, температура внут-
ренних поверхностей ограждений и отопительных прибо-
ров, распределение температуры по объему помещения,
а также чистота воздушной среды и воздухообмен в по-
мещении. Параметры микроклимата в помещениях жилых
и общественных зданий устанавливает ГОСТ 30494-96.
Из всех конструкций зданий определяющее влияние
на воздушно-тепловой режим помещений оказывают на-
ружные ограждения: стены, окна, цокольные и чердачные
перекрытия, совмещенные покрытия. Влияние этих кон-
струкций обусловлено их теплозащитной, воздухо- и па-
роизоляционной способностью, влажностным состояни-
ем, теплоустойчивостью.
Теплопотери через отдельные наружные элементы зда-
ния различны и во многом зависят от теплоизоляционных
качеств и размеров (площадей) конкретных конструкций.
Наибольшая площадь наружных ограждений для
большинства зданий приходится на наружные стены. По-
этому их теплозащитные качества во многом определяют
параметры микроклимата помещений. Чем выше сопро-
тивление теплопередаче стены, тем меньший поток теп-
лоты через нее проходит и тем ниже теплопотери. Через
стены здания теряются до 35-45% общей теплоты.
Оконные проемы в общей площади наружных ограж-
дений составляют меньший процент по сравнению со
стенами. Однако они имеют худшую теплозащиту: сопро-
тивление теплопередаче оконного блока с тройным ос-
теклением обычно в 3-4 раза меньше, чем у наружных
стен, поэтому через окна и балконные двери теряется
значительное количество теплоты.
Кроме указанных конструкций теплопотери происхо-
дят через перекрытия первого этажа (цокольные пере-
крытия), крышу (чердачное перекрытие, совмещенное
перекрытие или мансардную крышу), конструкции полов
по грунту в общественных и промышленных зданиях.
4.2.4. Сопротивление теплопередаче
Теплозащитные свойства наружных ограждений зави-
сят от теплопроводности их материалов.
Теплопроводность - свойство материала проводить
тепловой поток через свою толщу от одной поверхности к
другой. Теплопроводность определяется количеством
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
51
теплоты (в Дж), проходящей за 1 ч через стену толщиной
1 м площадью 1 м2 при разности температур на противо-
положных поверхностях стены в ГС. Показатель тепло-
проводности принято называть коэффициентом тепло-
проводности (к). Величина, обратная коэффициенту теп-
лопроводности, - термическое сопротивление (R = 1/Л).
Термическое сопротивление материала зависит от
его плотности, пористости, пустотности, влажности.
Плотность (у0) - свойство материала, количественно
характеризующее отношение его массы к объему. Изме-
ряется в г/см3, кг/м3.
Пористость (%) - свойство материала, характеризу-
ющее степень заполнения его объема порами. Поры в ма-
териале - полости между элементами структуры вещества,
заполненные газом (воздухом) или жидкостью. По струк-
туре поры бывают открытые (сообщающиеся) и закрытые.
Различают низкопористые (менее 30%), среднепористые
(30-50%) и высокопористые (более 50%) материалы. Пер-
вые преимущественно используются как конструкционные,
последние - как теплоизоляционные материалы.
Пустотностъ (%) - свойство рыхлых, сыпучих, волок-
нистых материалов и изделий (кирпич и до.), характери-
зующее отношение объема пустот к общему объему ма-
териала или изделия.
Влажность (%) - содержание в материале влаги (по
массе), отнесенное к массе материала в сухом состоянии.
Влагоотдача - свойство материала отдавать влагу
окружающей среде. Выделение влаги из материала про-
исходит при движении воздуха, его пониженной влажно-
сти и повышенной температуре.
Водопоглощение (%) - свойство материала, харак-
теризующее его способность впитывать и удерживать в
себе воду. Оно зависит от пористости и способности к
набуханию. Показатель водопоглощения характеризуется
количеством воды, поглощенной сухим материалом, по-
груженным в воду, и выражается в процентах от массы су-
хого материала.
Величина, характеризующая сопротивляемость слоя
материала толщиной Б прохождению через нее тепла, на-
зывается термическим сопротивлением слоя (R = оД)
,• измеряется в К х м2/Вт.
Любая наружная ограждающая конструкция состоит
?з нескольких слоев различных материалов. Каждый слой
обладает своим термическим сопротивлением, поэтому
общее термическое сопротивление многослойного ог-
эаждения складывается из термических сопротивлений
каждого слоя.
Существует еще один вид термического сопротивле-
ния. Внутренняя поверхность ограждения всегда немного
олоднев, чем воздух в помещении, а наружная - всегда
немного теплее, чем наружный воздух. Этот вид сопро-
-ивления теплопередаче называется поверхностным (RB -
тэпротивление тепловосприятию на внутренней поверх-
-ости, RH - сопротивление теплоотдаче на наружной по-
верхности).
Общее сопротивление теплопередаче огражде-
ния определяется как
Ro = RB + R1 + R2 + Rn + RH-
Изменение температуры внутри отдельного слоя кон-
т-рукции происходит равномерно по закону прямой ли-
-.’и. Распределение температур в слоистом ограждении
“элучает характер ломаной линии, отрезки которой, про-
здящие через слои с более высоким термическим со-
противлением, имеют больший угол наклона к горизон-
тальной плоскости (рис. 4.1).
Воздушная прослойка в ограждении является эф-
фективным средством теплозащиты. Именно поэтому в
светопропускающих ограждениях (окнах, балконных две-
рях, фонарях и т.п.) предусматривают двойное, тройное и
даже четырехслойное остекление для суровых северных
условий. Но воздушная прослойка является эффективной
лишь в том случае, если в ней отсутствует движение час-
тиц воздуха. Для этого пространство прослойки необхо-
димо изолировать от наружного и внутреннего воздуха,
т.е. выполнить герметичным. При большой толщине про-
слойки циркуляция воздуха усиливается и эффект тепло-
защиты не достигается.
4.2.5. Теплоустойчивость
Колебания наружной температуры вызывают колеба-
ния температуры внутреннего воздуха, поэтому к ограж-
дениям предъявляют дополнительные теплотехнические
требования помимо установленных для условий стацио-
нарного теплового потока (когда его величина не изменя-
ется во времени). Эти требования сводятся к тому, чтобы
обеспечить минимальные колебания температуры на
внутренних поверхностях ограждений в целях поддержа-
ния комфортных условий в помещениях, а также во избе-
жание образования конденсата на внутренней поверхно-
сти конструкций.
Температурный перепад между температурами
воздуха в помещении и внутренней поверхностью ограж-
дения имеет большое санитарно-гигиеническое значе-
ние. Этот перепад нормируется СНиП в зависимости от
назначения помещения и наименования (расположения)
конструкции. К примеру, в жилых помещениях он состав-
ляет для стен - 4’С. для потолка чердачного перекры-
тия - 3"С, для пола цокольного перекрытия - только 2"С.
Рис. 4.1. Пример распределения температур в наружной стене в
летнее (верхняя кривая) и зимнее (нижняя кривая) время:
1 - слой внутренней штукатурки; 2 - слой кирпичной кладки; 3 -
слой утеплителя; 4 - слой наружной отделки
52
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Колебания температуры на поверхности ограж-
дений зависят от теплоустойчивости или тепловой
инерции конструкций. Само слово «инерция» говорит о
стремлении тела сохранить свое первоначальное состоя-
ние, в данном случае температуру. Чем больше инерция,
тем труднее изменить это первоначальное состояние.
Теплоустойчивость характеризует тепловую инерцию
ограждающей конструкции, которая напрямую зависит от
термического сопротивления слоев ограждающей конст-
рукции и коэффициентов теплоусвоения материалов этих
слоев. Чем плотнее и массивнее материал, тем коэффи-
циент теплоусвоения выше и, соответственно, выше теп-
лоустойчивость конструкции.
В современном строительстве при применении об-
легченных конструкций фактор теплоустойчивости приоб-
рел особое значение. Теплоустойчивость легких конст-
рукций всегда меньше, чем массивных, например кирпич-
ных, которые менее чувствительны к резким перепадам
наружных температур. Очевидно, что повысить теплоус-
тойчивость легких ограждений возможно только за счет
увеличения их термического сопротивления (за счет уве-
личения толщины утеплителя).
При проектировании ограждающих конструкций с
учетом их теплоустойчивости необходимо руководство-
ваться следующими положениями:
• теплоустойчивость конструкции зависит от по-
рядка расположения слоев материалов;
• величина затухания амплитуды колебаний тем-
пературы наружного воздуха в слоистой конструкции уве-
личивается, если более теплоустойчивый материал рас-
положен изнутри;
• наличие в конструкции ограждения воздушной
прослойки увеличивает теплоустойчивость конструкции;
• в замкнутой воздушной прослойке целесообраз-
но устраивать теплоизоляцию с теплоотражающей поверх-
ностью;
• слои конструкции, расположенные между венти-
лируемой наружным воздухом воздушной прослойкой и
наружной поверхностью ограждающей конструкции,
должны иметь минимально возможную толщину; наибо-
лее целесообразно выполнять эти слои из тонких метал-
лических или цементноволокнистых листов.
4.2.6. Сопротивление воздухопроницанию
При возникновении у наружной и внутренней поверх-
ностей ограждающих конструкций некоторой разности
давлений воздуха происходит его перемещение через
ограждение в сторону с меньшим давлением. Эта раз-
ность давления воздуха может возникнуть или вследствие
разности его температур (тепловой напор), или под воз-
действием ветра (ветровой напор). Возможность возник-
новения при этом фильтрации холодного наружного воз-
духа может привести к значительному изменению тепло-
защитных качеств ограждающей конструкции.
Воздухопроницаемость ограждения - важный фактор
в обеспечении оптимального температурно-влажностно-
го режима помещений - может быть полезна или вредна.
Инфильтрация, т.е. фильтрация наружного холодно-
го воздуха в помещение через ограждение, происходит,
как правило, постоянно. Воздух проходит через открытые
поры в пористых строительных материалах, через не-
плотности стыков между элементами ограждений и, в ос-
новном, через неплотности элементов окон и дверей.
Инфильтрация создает неорганизованный и неуправ-
ляемый воздухообмен. При незначительном объеме та-
кой воздухообмен выполняет полезную работу: удаляет
излишнюю влагу из ограждающих конструкций и снижает
влажность внутреннего воздуха. Если инфильтрация
слишком интенсивна, то это значительно охлаждает по-
мещение, что понижает комфортность. В помещениях,
где требуется кондиционирование (т.е. создание искусст-
венного климата), инфильтрация недопустима.
Сопротивлением воздухопроницанию называют
сопротивление ограждения, оказываемое его слоями
фильтрации воздуха. Оно должно быть не менее требуе-
мого сопротивления воздухопроницанию, определяемо-
го по строительным нормам.
4.2.7. Влажностный режим ограждений
и сопротивление паропроницанию
В толщу ограждения влага может попадать различны-
ми путями: во время возведения конструкций; дожди ув-
лажняют поверхность стен; ветер задувает дождь и снег
через неплотности и стыки облицовок наружных огражде-
ний; грунтовая вода под действием капиллярных сил под-
нимается в стены здания.
Увлажнения, которые происходят постоянно при экс-
плуатации зданий, разделяются на два вида: конденсаци-
онное и гигроскопическое.
Воздух всегда содержит некоторое количество водя-
ных паров. Количество влаги в определенном объеме
воздуха называется абсолютной влажностью воздуха.
При неизменной температуре абсолютная влажность не
может превышать некоторого предела насыщения, кото-
рый тем больше, чем выше температура воздуха.
Процентное отношение фактической (абсолютной)
массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к мак-
симально возможной (насыщающей) его массе в данном
объеме воздуха при данной температуре называют отно-
сительной влажностью воздуха-
Оптимальной и допустимой считается относительная
влажность воздуха в помещениях от 50 до 60%. При по-
вышении температуры воздуха его относительная влаж-
ность снижается, при понижении - возрастает и может
достичь предела насыщения - 100%.
Температура, при которой относительная влаж-
ность воздуха достигав! предела насыщения, называ-
ется точкой росы. При дальнейшем понижении темпе-
ратуры избыток влаги будет выделяться в виде конден-
сата. Конденсат выпадает в первую очередь на более
охлажденных поверхностях конструкций - в углах поме-
щений, на стеклах окон в виде запотевания или нале-
ди. Чтобы ликвидировать запотевание внутренних сте-
кол окон, достаточно увеличить воздухообмен (т.е. про-
ветрить комнату) и этим снизить влажность воздуха в
помещении.
Но конденсат может выпасть не только на внутренней
поверхности ограждения, но и внутри его слоев. Это про-
исходит, когда температура и влажность внутреннего воз-
духа высокие. В результате диффузии влага в виде водя-
ного пара проникает из помещения внутрь ограждения,
достигает охлажденной его части и образует конденсат.
В этом случае необходимо предусматривать с внутренней
стороны ограждения пароизоляционный слой.
Гигроскопическая влага попадает в ограждение в ре-
зультате способности некоторых строительных материа-
Раздел i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
53
лов (например, силикатного кирпича) впитывать в себя
водяные пары из воздуха.
Влага активизирует процессы, нарушающие структуру
материала. Находящаяся в конструкции влага при замер-
зании увеличивается в объеме и создает внутренние на-
пряжения, в результате чего происходит деформирование
структуры материала и прогрессирующее его разрушение.
Агрессивные вещества, растворенные во влаге, про-
никшей в конструкцию, вызывают коррозию, которой под-
вергаются не только металлические конструкции и арма-
тура железобетона, но и бетон, кирпич и др.
Воздух в замкнутых пространствах (порах) является хо-
рошим теплоизолятором, но влажный воздух становится
более плотным и более теплопроводным. Насыщенный вла-
гой утеплитель ухудшает свои теплозащитные свойства.
При диффузии водяного пара через слой материала
ограждающей конструкции последний оказывает сопротив-
ление потоку пара, которое называют сопротивлением
паропроницанию. Сопротивление паропроницанию мно-
гослойного ограждения равно сумме сопротивлений паро-
проницанию составляющих его слоев и должно быть не ме-
нее наибольшего из требуемых сопротивлений, определяе-
мых по формулам СНиП по условию недопустимости на-
копления влаги в ограждающей конструкции за годовой
период эксплуатации и по условию ограничения влаги в ог-
раждающей конструкции за период с отрицательными
среднемесячными температурами наружного воздуха.
4.2.8. Требования к наружным ограждениям
С позиций теплопроводности для наружных огражде-
ний предпочтительнее материалы с пористой структурой
(менее плотные). С позиций теплоустойчивости, воздухо-
и паропроницания, наоборот - более плотные.
Учет комплекса воздействий на наружные ограждаю-
щие конструкции и одновременно разграничение функ-
ций их отдельных слоев приводит к некоторым общим
методическим рекомендациям:
• наружные ограждения необходимо проектиро-
вать многослойными, используя как плотные, так и пори-
стые материалы;
• материалы большей пористости (теплоизоляци-
онные) рациональнее располагать ближе к наружной по-
верхности ограждения и защищать слоями (облицовками)
из плотных материалов;
• плотные материалы (конструкционные) распола-
гать с внутренней стороны ограждения.
В целях сохранения теплотехнических свойств
несущих ограждающих конструкций следует предус-
матривать:
• гидроизоляцию стен от увлажнения грунтовой
влагой: горизонтальную - в стенах выше отмостки зда-
ния. а также ниже уровня пола цокольного или подваль-
ного зтажа; вертикальную - в подземной части стен с уче-
том гидрогеологических условий и назначения помеще-
ний, примыкающих к этим стенам;
• защиту внутренней и наружной поверхностей ог-
раждений от воздействия влаги (бытовой и производ-
ственной) и атмосферных осадков устройством пароизо-
ляции, гидроизоляции, кровли, облицовки с учетом ма-
териала слоев ограждений и условий их эксплуатации;
• устройство вентилируемых воздушных прослоек
(каналов) в вертикальных и горизонтальных ограждениях;
• утепление полов по грунту.
В целях сокращения потерь тепла в зимний период
и поступления излишнего тепла в летний период при
проектировании зданий следует предусматривать:
• объемно-планировочные решения с наименьшей
площадью ограждающих конструкций;
• солнцезащиту световых проемов с помощью
штор, маркизов, ставен, жалюзи;
• площадь световых проемов в соответствии с
нормированным значением коэффициента естественной
освещенности;
• рациональное применение эффективных тепло-
изоляционных материалов;
• уплотнение открывающихся элементов наружных
ограждений;
• плотные сопряжения элементов (швов) в наруж-
ных стенах и покрытиях.
В зависимости от расположения утеплителя в ограж-
дающей конструкции выделяют три основные типа тепло-
изоляционных систем (рис. 4.2}. Все они имеют свои до-
стоинства и недостатки.
1. Утеплитель расположен с внутренней стороны
ограждения.
Достоинства:
• круглогодичное и выборочное производство работ;
• возможность применения различных эффектив-
ных утеплителей;
• теплоизоляция не нуждается в защите от атмос-
ферных воздействий;
Условные
обозначения
Й^уталлитепь
•=?.. пхцроизоляция
—- пароиэоляция
воздушная
прослойка
’ЖЗГ грунт
Рис 4 2 Расположение утеплителя, пароизоляции и гидроизо-
ляции в наружных ограждениях
54
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Рис. 4.3. Мостики холода и их устранение направленной теплоизоляцией:
1 - карнизный узел скатной крыши; 2 - парапет; 3 - карнизный узел плоской крыши; 4 - колонна в стене; 5 - боковое примыкание окна
к стене; 6 - верхнее примыкание окна к стене; 7 - нижнее примыкание окна; 8 - подоконная часть стены; 9 - выступающий угол стены;
10 - цоколь; 11 - перекрытие-стена; 12 - опирание перекрытия с консолью; 13 - зркер; 14 - цокольное перекрытие
Раздел i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
55
• возможность нанесения напыляемой изоляции
сложной формы;
• возможность инъецирования теплоизоляции, не
имеющей швов.
Недостатки:
• приближение зоны конденсации к внутренней
поверхности ограждения;
• необходимость защиты от увлажнения - допол-
нительные затраты на пароизоляцию;
• сокращение площади помещений;
• необходимость соответствия санитарно-гигие-
ническим требованиям и правилам безопасности ведения
работ в помещении.
2. Утеплитель внутри конструкции.
Достоинства:
• возможность использования любых конструкци-
онных материалов и строительных систем;
• монтаж может осуществляться при отрицатель-
ных температурах.
Недостатки:
• для опирания стен требуется более объемный и
дорогостоящий фундамент;
• конденсация влаги в толще утеплителя приводит
к снижению термического сопротивления ограждения и
его ускоренной амортизации;
• разные деформации «расширение—сжатие»
внутреннего и наружного слоев ограждения;
• ремонтно-восстановительные работы невоз-
можны.
3. Утеплитель расположен с наружной стороны
ограждения.
Достоинства:
• улучшенный влажностный и тепловой режим кон-
струкций;
• механизация строительных работ;
• более интенсивное осушение материала и, соот-
ветственно, более высокие теплозащитные свойства;
• минимальная толщина ограждения;
• повышенная огнестойкость материала утепления;
• снижение температурных нагрузок на конструк-
цию и уменьшение вероятности образования в них трещин;
• сохранность прочностных свойств за счет защи-
~ы от атмосферной влаги;
• возможность обновления фасада здания;
• повышение теплозащиты без уменьшения пло-
щади помещений;
• исключение мостиков холода.
Недостатки:
• необходимость сплошного утепления конструкции;
• сезонность выполнения некоторых видов работ;
• необходимость в защите теплоизоляции от ат-
мосферных воздействий;
• сложность выполнения примыканий утеплителя к
-эоемам.
4.2.9. Мостики холода
Наружные ограждающие конструкции не должны
.-меть зон местного промерзания - «мостиков холода»,
‘-'зстики холода представляют собой ограниченные по
:'ъему части строительных конструкций, через которые
:: >ществляется повышенная теплоотдача. Мостики холо-
2.= могут быть обусловлены геометрией ограждения и
.•.-.-J конструкцией и материалом.
Геометрически обусловленные мостики холода
встречаются там, где внутренняя теплопоглощающая по-
верхность ограждения меньше изотермической внешней
поверхности. В этом месте температура внутренней по-
верхности ниже, чем в соседних зонах. Такие мостики хо-
лода характеризуются двух- или трехмерным потоком теп-
лоты через ограждение. Это встречается в углах зданий, в
карнизах и парапетах крыш, выступающих свесах зданий,
в примыканиях балконов и эркеров и в других местах.
Обусловленные конструкцией и материалом мо-
стики холода возникают в тех случаях, когда материалы
с высокой теплопроводностью включаются в толщу на-
ружных ограждений из материалов с низкой теплопро-
водностью. В качестве теплопроводных включений могут
быть колонны, балки и плиты перекрытий, жесткие связи
стен, стыки панелей и другие элементы.
К значительным недостаткам, вызываемым мостика-
ми холода, относятся:
• повышенное потребление энергии на отопление;
• опасность образования и накопления влаги в
виде конденсата;
• риск повреждения строительных элементов;
• опасность образования плесневого грибка.
Мостики холода устраняются конструкционными ме-
рами - направленной теплоизоляцией зон ограждении
(рис. 4.3).
4.3. Основы строительной акустики
Акустика - раздел физики, в котором рассматрива-
ется учение о звуке и его взаимодействии с веществом.
Строительная акустика - отрасль прикладной акус-
тики, изучающая вопросы распространения звука и защи-
ты от шума помещений, зданий и населенных мест.
4.3.1. Возникновение и распространение
шума в здании
Шумом называется всякий нежелательный для чело-
века звук. Гигиена относит шум к санитарным вредно-
стям. Он является помехой человеку в определенных ус-
ловиях его жизнедеятельности, может раздражать его
нервную систему, понижать работоспособность, вызы-
вать профессиональные заболевания, связанные с поте-
рей или снижением слуха.
В зависимости от способа возбуждения и путей распро-
странения определяют различные виды шумов (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Распространение шума в здании:
1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - источник воздушного шума; 4 -
удар; 5 - воздушный шум; 6 - передача звука от удара
56
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Воздушный шум возникает при излучении звука (че-
ловеческого голоса, музыкальных инструментов, машин,
оборудования и т.д.) в воздушное пространство, который
достигает какого-либо ограждения и вызывает его коле-
бание. Колеблющееся ограждение излучает звук в смеж-
ное помещение и, таким образом, воздушный шум до-
стигает воспринимающего его человека.
Ударный шум образуется вследствие механическо-
го воздействия на конструкции зданий (ходьба, падение
предметов на пол, ремонтные работы и т.п.). Возникаю-
щие при этом колебания перекрытия (стены, перегород-
ки) передаются в воздушное пространство рядом распо-
ложенного помещения.
Структурный шум возникает при контакте строи-
тельных конструкций с различным вибрирующим обору-
дованием (с вращающимися, колеблющимися или удар-
ными элементами). Структурный шум распространяется
по строительным конструкциям и на своих путях излуча-
ется в помещения.
Звук - волновое колебание упругой материальной
среды. Колебания источника звука возбуждают в упругой
среде колебания ее частиц, которые последовательно
распространяются в среде волнообразно с определенной
скоростью в виде звуковых волн. При этом вместе со зву-
ковой волной частицы среды не перемещаются, они толь-
ко колеблются, попеременно смещаясь и занимая перво-
начальное положение.
Звуковая волна обладает энергией, которая опреде-
ляет силу звука J (Вт/см2). Минимальная сила звука, вос-
принимаемая человеческим ухом, называется порогом
слышимости, а максимальная - болевым порогом.
Сила звука у порога слышимости равна 1 х 10‘16 Вт/
см, а у болевого порога - около 1 х 10 2 Вт/см; следова-
тельно, силы этих звуков отличаются в 1О’4 раз.
На практике пользуются логарифмическим масштабом
этих величин. Для этого введено понятие уровня силы
звука. Он выражается десятичным логарифмом отноше-
ния силы данного звука к силе звука на пороге слышимос-
ти и обозначается Ц Выражают уровень силы звука в лога-
рифмических единицах - белах {Б); 1Б = 10 децибел (дБ).
Рис. 4.5. Схема прохождения звука через ограждающую конструк-
цию:
1 - падающий звук; 2 - отраженный звук; 3 - звук, прошедший
через материал; 4 - суммарный звук, прошедший через конст-
рукцию; 5 - звук, возникающий от колебания конструкции как
мембраны; 6 - звуковая энергия, трансформирующаяся в тепло-
вую; 7 - звук, передающийся по материалу (структурный звук)
При рассмотрении силы звука в упругой среде вслед-
ствие колебательных движений частиц возникает звуко-
вое давление р, выражаемое в паскалях (Па). Логариф-
мический масштаб - уровень звукового давления —
обозначается Lp и выражается в децибелах (дБ).
Падающий на поверхность звук частично отражается,
частично поглощается, частично проходит через огражде-
ние (рис. 4.5). Коэффициенты отражения, звукопогло-
щения и звукопроницаемости представляют собой от-
ношения соответствующей энергии звуковой волны к
энергии падающей на поверхность звуковой волны. Эти
коэффициенты зависят от материала конструкции, часто-
ты звуковых волн и угла падения на поверхность. Законы
отражения и преломления звука аналогичны законам гео-
метрической оптики.
Борьба с шумом в зданиях и помещениях включает
в себя ряд мероприятий:
- основной путь борьбы с шумом ~ устранение шума
в самом источнике совершенствованием механизмов и
оборудования;
- архитектурно-планировочные меры включают уда-
ленность промышленных предприятий от жилых зданий,
использование зеленых насаждений и других преград для
шума, зонирование помещений;
- строительно-конструктивные меры предусматрива-
ют звукоизоляцию и звукоглушение, что тесно связано с
исполнением ограждающих конструкций.
Звукоизоляция ограждения характеризуется его
свойством ослаблять силу звука или уровень звукового
давления шума, проходящего через ограждение.
Нормируемыми параметрами звукоизоляции огражда-
ющих конструкций зданий являются индекс изоляции
воздушного шума ограждающей конструкции (/в, дБ) и
индекс приведенного уровня ударного шума под пере-
крытием (/у, дБ). Например, 1В межквартирных стен и меж-
дуэтажных перекрытий жилых зданий должен составлять
не менее 50 дБ, а /у для тех же перекрытий - 67 дБ.
4.3.2. Звукоизоляция шума ограждающими
конструкциями
Проблема звукоизоляции в зданиях является по-на-
стоящему острой, поскольку в последнее время применя-
ются, как правило, более легкие сборные индустриальные
конструкции вместо ранее используемых массивных.
Чем больше масса ограждающей конструкции, тем
лучше ее звукоизолирующая способность, но это проти-
воречит принципу современного строительства - мини-
мум материалоемкости. Отсюда следует, что необходимо
изыскивать другие конструктивные решения, обеспечива-
ющие звуковой комфорт.
Для достижения надежной звукоизоляции поме-
щений от воздушного и ударного шумов необходимо:
• не допускать в ограждениях щелей, отверстий,
неплотностей сопряжений;
• применять двухслойные стены и перегородки со
сплошной воздушной прослойкой и с жесткими связями
по контуру;
• применять многослойные конструкции полов с
опиранием на несущие конструкции перекрытий через
засыпки, упругие прокладки или сплошные слои прокла-
док («плавающие» полы);
• избегать зыбкости полов (деформаций прогибов);
• избегать «акустических мостиков» при устрой-
дел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
57
з'ве двухслойных ограждений - жестких включений, свя-
зывающих между собой слои;
• облицовывать однослойные стены гибкими сло-
ями в виде гипсокартонных, древесноволокнистых и тому
сдобных плит толщиной не более 1,5 см с воздушным
"оомежутком не менее 4 см;
• предусматривать зазор между конструкцией
~ола и примыкающими стенами, заполненный звукоизо-
ляционными материалами;
• предусматривать крепление плинтусов только к
"олу или только к стене;
• проектировать элементы ограждений из матери-
алов, не имеющих сквозных пор;
• применять в конструкциях дверей и ворот поро-
“и, уплотняющие прокладки в притворах, плотную пригон-
ку полотна к коробке;
• проектировать двойные двери с тамбуром и об-
лицовкой звукопоглощающими материалами;
• применять в конструкциях окон многослойное
остекление, увеличенную толщину стекол, уплотненные
притворы переплетов, закрепление стекол в переплетах
упругими прокладками;
• использовать подвесные потолки с заполнением
звукоизолирующими материалами;
• производить заделку проемов после прокладки
через ограждения различных коммуникаций (труб, прово-
дов, воздуховодов и т.п.);
• применять системы ограждающих конструкций,
устраиваемых по принципу «коробка в коробке» (для сту-
дий звукозаписи и т.п.).
4.4. Деформационные швы и блоки зданий
Деформация - изменение формы или размеров тела
(части тела) под воздействием каких-либо физических
факторов (внешних сил, нагревания и охлаждения, изме-
нения влажности и др.).
Деформация конструкции - изменение формы и
{или) размеров конструкции под влиянием нагрузок и
воздействий.
Деформация здания - изменение формы и (или)
размеров, а также потеря устойчивости (осадка, сдвиг,
крен и т.п.) здания под влиянием нагрузок и воздействий.
Под влиянием изменения температуры окружающей
среды (температурно-климатических воздействий) стро-
ительные конструкции и здание в целом претерпевают
деформации. Нагреваясь солнечными лучами, конструк-
ции увеличиваются в размерах, охлаждаясь в мороз -
уменьшаются. При таком «дыхании» в конструкциях зда-
ния возникают температурные напряжения. При боль-
ших размерах (протяженности) здания эти напряжения
могут достичь высоких значений, что может служить при-
чиной разрушения конструкций или потери ими эксплуа-
тационных качеств.
Принцип температурных деформаций показан на
рис. 4.6 а на примере одноэтажного каркасного здания:
основания колонн и фундаменты расположены в зоне от-
носительно постоянной температуры, и поэтому в уров-
не пола размер L не изменяется; изменяются размеры
по длине покрытия на величину ±ДЦ = L х а х Д1 (а — ко-
эффициент температурного линейного расширения ма-
териала; Д1 - амплитуда колебания температуры наруж-
ного воздуха, ‘С).
Из схемы видно, что величина прогибов крайних ко-
лонн тем больше, чем больше длина здания (L) и ампли-
туда колебания температуры (At).
Чтобы предотвратить нежелательные прогибы, раз-
рывы и другие возможные разрушения конструкций, в
процессе проектирования можно установить предельные
значения L. При этом необходимо учитывать строитель-
ную систему здания и расчетное значение перепада тем-
ператур района строительства. На практике обычно ис-
пользуют рекомендации нормативных документов.
В тех случаях, когда длина или ширина здания превы-
шают эти предельно допустимые значения, здание рас-
членяют на отдельные объемы длиной Ц, которые назы-
вают температурными блоками (отсеками). Расчленяют
все надземные конструкции здания от верха фундамен-
тов до кровли температурным швом, как правило, в од-
ной плоскости через все здание.
Размеры температурных блоков — (расстояния меж-
ду температурными швами - табл. 4.8 - зависят от при-
меняемых материалов и конструкций (строительной
системы), температуры наружного воздуха (наиболее хо-
лодной пятидневки), эксплуатационной характеристики
здания (отапливаемые, неотапливаемые), направления
измерения (вдоль или поперек здания).
При усадке материалов (монолитный бетон, каменная
кладка стен) необходимо учитывать усадочные деформа-
ции, что вызывает необходимость разделять здание на
блоки. Размеры таких блоков нередко совпадают с раз-
мерами температурных блоков, поэтому их чаще всего
объединяют, называя блоки и швы температурно-уса-
дочными.
При неравномерной осадке здания, которая может
произойти из-за разной несущей способности грунтов
основания, из-за значительной разницы в нагрузке и
(или) собственного веса отдельных частей здания, из-за
разницы по высоте (этажности) сопрягаемых частей зда-
ния, деформации направлены по вертикали и могут выз-
вать перекос, сдвиг и нежелательные напряжения в кон-
струкциях. Для защиты здания от осадочных деформаций
устраивают осадочный шов. В отличие от температурно-
го он разрезает все конструкции здания по вертикали,
включая фундаменты (рис. 4.7б}. Обычно при устройстве
осадочных швов температурные швы совмещают с ними,
устраивая температурно-осадочные швы.
Все рассмотренные швы (температурные, усадочные,
осадочные, температурно-усадочные, температурно-оса-
дочные) являются деформационными швами, а части
зданий, разделенные ими - деформационными блока-
ми (отсеками).
В несущих конструкциях деформационные швы реша-
ются с помощью:
• парных колонн в каркасных зданиях;
• парных стен;
• консолей перекрытий и покрытий;
• «вложенных пролетов»;
• пазов в кладке каменных стен.
Принципиальные устройства деформационных швов
показаны на рис. 4.6 и 4.7.
В отличие от несущих конструкций, для которых пер-
востепенной является оценка их работы от силовых на-
грузок, для ограждающих конструкций первичными явля-
ются воздействия несилового характера: влаги, темпера-
туры, звука и т.п. Для заполнения деформационных швов
в ограждениях применяют гибкие и эластичные материа-
58
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Таблица 4.8. Максимальные расстояния между
температурными швами
Вид конструкций здания |Отапливаемые| неотапливае-
здания мые здания
Бетонные: сборные 40 35
монолитные 30 25
Жел езобето иные: каркасные одноэтажные 72 60
сборные многоэтажные 60 50
сбор но- м он о л итн ые и монолитные каркасные 50 40
Каменные: из глиняного кирпича бетонных блоков природных камней при -40'С и ниже 50 40
при -30"С и ниже 70 50
при -20'С и выше 100 60
Металлические: каркасные одноэтажные вдоль здания 230 200
поперек здания 150 200
каркасные многоэтажные 72 -
Рис. 4.7. Конструктивные решения деформационных швов в
Зданиях:
а - температурный шов в одноэтажном каркасном здании; б -
осадочный шов в том же здании; в - температурный шов в зда-
нии при поперечных несущих крупнопанельных стенах; г - тем-
пературный шов в стенах многоэтажного каркасного здания:
д, е, ж - варианты температурных швов в каменных стенах; 1 -
колонна: 2 - несущая конструкция покрытия: 3 - плита покрытия;
4 - фундамент под колонну; 5 - общий фундамент под две ко-
лонны; 6 - панель стены; 7 - панель-вставка; 8 - несущая стено-
вая панель; 9 - плита перекрытия; 10 - термовкладыш
лы и изделия: металлические и пластмассовые компен-
саторы, уплотняющие прокладки, мастики, герметики,
жгуты, термовкладыши и др. материалы и изделия. При-
меры решений даны в соответствующих главах настояще-
го издания.
Величина деформационных швов в ограждающих (со-
вмещенных) конструкциях устанавливается расчетом, но,
как правило, не должна быть менее 20 мм.
Рис. 4.6. Деформационные швы и блоки зданий:
а - схема температурных деформаций в конструкции покрытия од-
ноэтажного здания; б - схема размещения деформационных швов;
в-е - схемы решения деформационных швов для восприятия не-
равномерной осадки двух частей зданий с неодинаковым количе-
ством этажей; 1 - «вложенный пролет»; 2 - односторонняя консоль
= эздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
59
Глава 5
МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Материалы для деревянных
конструкций
5.1.1. Общие положения
Древесная порода - вид древесного многолетнего
растения. Различают хвойные (сосна, ель, пихта, лист-
венница и др.) и лиственные (дуб, бук, береза, липа, то-
-гль. клен и др.) породы дерева. Хвойные породы - рас-
тения с листьями в форме игольчатой хвои. Большинство
.'з них - смолистые, вечнозеленые. Лиственные породы
.•меют листья в виде хорошо развитых пластин, которые
: -адают перед наступлением зимы.
Дерево - растение с четко выраженным стволом,
-есущим боковые ветви. Система ветвей с верхним
.-астком ствола образует крону. Совокупность корней
здного растения представляет собой корневую систему.
Диаметр ствола в зависимости от породы, возраста
2еоева и условий его произрастания колеблется в широ-
- ,'х пределах - до 1 ми более (до 3 м — у дуба, тополя,
• аштана; до 9 м - у баобаба). Продолжительность жизни
леэева составляет 20-300 лет, а такие виды как секвойя,
: зона остистая, баобаб, доживают до 3 000 лет.
Ствол - главный (осевой) одревесневший стебель
~еоева, начинается от шейки корня и заканчивается вер-
_иной. В лесопромышленном комплексе ствол дерева -
основной объект заготовки и дальнейшего использова-
ния. Срубленные и очищенные от сучьев и ветвей стволы
называют хлыстами.
Хлысты, в зависимости от размеров, породы, поро-
ков и качества, раскряжевывают на сортименты круглых
тесоматериалов для распиловки (пиловочник), строга-
ния и лущения (чураки), выработки целлюлозы и дре-
весной массы (балансы), использования в круглом виде
s бревна).
Строительные конструкции выполняют обычно из
хвойных пород древесины - сосны, ели, лиственницы,
пихты, кедра. Эти породы характеризуются прямолиней-
ностью, лучшими, чем у лиственных пород, прочностны-
ми свойствами и большей стойкостью против гниения
благодаря смолистости. Твердые лиственные породы
(дуб, бук, граб и др.) применяют в конструкциях чаще
всего для изготовления мелких ответственных деталей -
прокладок, шпонок, штырей и др. Березу используют для
изготовления строительной фанеры.
5.1.2. Строение древесины
В результате растительного происхождения и усло-
вий произрастания дерева древесина имеет трубчатое
слоисто-волокнистое строение. Основу массы древе-
сины составляют древесные волокна, расположенные
вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых
оболочек отмерших клеток-трахеидов - близких к прямо-
угольной форме средней шириной 50 мкм и длиной
3 мм - из органических веществ (целлюлозы и лигнина).
На поперечных разрезах стволов хорошо заметны
концентрически расположенные годичные слои древес-
ных волокон (рис. 5. /), по количеству которых можно оп-
ределить возраст дерева. Каждый годичный слой состо-
ит из двух частей - внутреннего, более широкого и свет-
лого слоя, образующегося весной, и наружного, более
узкого и темного, из более твердой и поздней древеси-
ны, образующейся летом. Плотность и прочность древе-
сины зависят от относительного содержания в ней позд-
ней древесины, которое у сосны, например, колеблется
от 10 до 30%.
Средняя часть стволов сосны, кедра и лиственницы
имеет более темный цвет, содержит больше смолы и на-
зывается ядром. Вокруг ядра расположена менее смоля-
нистая, но более прочная древесина, называемая забо-
лонью. Кроме этих основных частей в древесине имеют-
ся: сердцевина, горизонтальные сердцевинные лучи,
смоляные ходы, сучки, наружная рыхлая кора.
Степень однородности древесины определяется раз-
мерами и количеством участков, где однородность ее
строения нарушена, а прочность снижена. Такие участки
называют пороками.
Наиболее распространенными и неизбежными поро-
ками древесины являются сучки - заросшие остатки быв-
ших ветвей дерева. Основные продольные волокна ство-
ла, ранее образовавшие сучок, затем обходят его, откло-
няясь от своего продольного направления и образуя так
называемый завиток. Сучки являются допускаемыми по-
роками, но их размеры и количество ограничиваются при
определении качества пиломатериалов.
Недопустимыми пороками древесины являются гниль,
червоточина и трещины в вероятной зоне скалывания.
Наклон волокон относительно оси элемента {бруса,
доски) - косослой - является распространенным и до-
пускаемым пороком с ограничениями. Он образуется в
результате иногда возникающего природного винтооб-
разного расположения волокон в стволе. Возникающие
при высыхании пиломатериалов трещины тоже относят-
ся к числу ограниченно допускаемых пороков, как и выпа-
дающие сучки.
Рис. 5.1. Разрезы ствола и строение древесины:
1 - поперечный; 2 - радиальный; 3 - тангенциальный; 4 - ядро;
5 - кора; 6 - заболонь; 7 - сердцевина
60
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Пороки формы ствола заключаются в резком уменьше-
нии его толщины (сбежистость) или увеличении диаметра
комлевой части (закомелистость), в искривлении ствола
по длине (кривизна), в местном утолщении (нарост).
Качество конструкционной древесины определяется
сортами (1, 2 и 3), которые устанавливают в соответ-
ствии с ГОСТами.
5.1.3. Физико-механические свойства
Декоративные качества древесины обуславливаются
ее цветом и текстурой (рисунком).
Цвет древесины - зрительное ощущение, соответ-
ствующее спектральному составу отраженного древеси-
ной светового потока.
Основное вещество, из которого состоит древеси-
на, — целлюлоза - почти белого цвета. Все многообразие
цветовых оттенков древесины придают ей вещества, за-
ключенные в полостях клеток или пропитывающие их стен-
ки: красящие, дубильные, смолы, продукты окисления.
Интенсивность окраски возрастает с возрастом дере-
ва и зависит от географической широты произрастания.
Древесина пород тропического пояса имеет очень яркую
окраску.
Основные хвойные породы, произрастающие в Рос-
сии, имеют нижеследующие цветовые характеристики.
Древесина лиственницы имеет ядро красновато-бу-
рого цвета, резко ограниченную узкую белую или слегка
желтоватую заболонь, хорошо видимые годичные слои с
четкой внутренней границей между ранней и поздней
древесиной, малочисленные и мелкие смоляные ходы.
Древесина сосны имеет слегка розоватое ядро, ко-
торое со временем становится буровато-красноватым,
широкую заболонь различных цветов (от желтоватого до
янтарного и розового), хорошо видимые годичные слои с
достаточно четкой границей между ранней и поздней
древесиной, довольно крупные и многочисленные смоля-
ные ходы.
Древесина ели безъядровая белая со слабым желто-
ватым или розоватым оттенком. Годичные слои хорошо
заметны, смоляные ходы мелкие и малочисленные.
Древесина пихты очень похожа по внешнему виду на
древесину ели, от которой отличается отсутствием смо-
ляных ходов.
Текстура древесины - естественный рисунок на тан-
генциальном и радиальном разрезах дерева, образованный
годичными слоями и анатомическим строением. Чем слож-
нее строение древесины и разнообразнее сочетания от-
дельных элементов, тем богаче, оригинальнее ее текстура.
У древесины хвойных пород, состоящей, в основном,
из упорядоченных трахеид, текстура довольно однообраз-
ная, определяется преимущественно шириной годичных
колец и разницей окраски ранней и поздней древесины.
В результате прозрачной отделки текстура проявля-
ется четче. Лаковое покрытие увеличивает прозрачность
поверхностных слоев, при этом повышается зрительное
восприятие глубины текстуры.
Влажность древесины - это процентное содержание
свободной воды в полостях и гигроскопической влаги в
порах древесины. Наибольшую влажность (до 200%) име-
ет сплавленная древесина, побывавшая в воде. Влажность
до 100% имеет свежесрубленная древесина. В процессе
естественной и искусственной сушки влажность древеси-
ны снижают до нормативной (25,20, 15,12 и 9%). Степень
влажности значительно влияет на качество деревянных
конструкций и ограничивается нормами в зависимости от
условий эксплуатации и вида конструкций.
В процессе изменения влажности оболочки клеток
древесины уменьшаются или увеличиваются в размерах.
Происходит усушка или разбухание, которые тем больше,
чем выше плотность древесины. Наибольшие усушка и
разбухание происходят в тангенциальном направлении
(параллельно годичным слоям) - до 10%, поперек воло-
кон (перпендикулярно годичным слоям) - до 4%, вдоль
волокон - всего лишь до 0,3%.
Установлено, что линейная усушка вдоль волокон в
радиальном и тангенциальном направлениях существенно
различается (рис. 5.2), что приводит к возникновению ос-
таточных напряжений растяжения в наружных и сжатия -
во внутренних частях элемента поперек волокон, а в ре-
зультате - к короблению и растрескиванию древесины.
Коробление бывает поперечным и продольным. Попе-
речное коробление (см. рис. 5.2) проявляется в форме пре-
вращения квадратного сечения бруса в прямоугольное или
ромбическое, а прямоугольного сечения доски - в желобча-
тое, изогнутое в сторону наружных годовых колец. Продоль-
ное коробление проявляется в форме выгиба досок по дли-
не, а наличие наклона волокон по длине в доске приводит к
тому, что она принимает винтообразную форму.
Плотность древесины сосны, ели, кедра, пихты
при 20% влажности составляет 500 кг/м3, лиственни-
цы - 650 кг/м3.
Теплопроводность древесины, благодаря ее трубча-
тому ячеистому строению, особенно поперек волокон, не-
большая (коэффициент теплопроводности 0,16 Вт/(м • К),
что является основой ее широкого применения в наруж-
ных ограждающих конструкциях.
Коэффициент температурного расширения дре-
весины вдоль волокон в 2-3 раза меньше, чем у стали.
Незначительное линейное температурное расширение
позволяет в деревянных зданиях обходиться без темпе-
ратурных швов.
Жесткость древесины относительно невелика ввиду
ее трубчато-волокнистого строения. Жесткость - степень
деформированное™ при действии нагрузок - существен-
но зависит от направления нагрузок по отношению к во-
локнам, их длительности и влажности древесины. Дефор-
Рис. 5.2. Характерная усушка и деформация образцов прямоу-
гольного, квадратного и круглого сечений в зависимости от на-
правления годичных слоев. Усушка в тангенциальном направле-
нии в два раза больше, чем в радиальном
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
61
мании древесины бывают упругими (от кратковременных
нагрузок) и остаточными (от длительных нагрузок). Упру-
гие деформации исчезают вскоре после снятия нагрузки,
а остаточные остаются навсегда. Например, балки, про-
гнувшиеся во время длительной эксплуатации, не могут
быть выпрямлены полностью при разгружении.
Жесткость древесины определяется модулем упру-
гости Е. Обычно его величина принимается для конструк-
ций, эксплуатируемых в нормальных температурно-влаж-
ностных условиях, равной 104 МПа.
Твердость выражается в нагрузке, требуемой для
вдавливания стальной полусферы радиусом 5,64 мм. Для
древесины сосны поперек волокон она равна только 1 кН
(100 кг). Такая низкая твердость облегчает обработку дре-
весины, но делает ее поверхность легко механически по-
вреждаемой. Малая твердость и волокнистое строение
дают возможность относительно легко забивать гвозди в
древесину, которые прочно удерживаются раздвинутыми
окружающими волокнами.
Механические свойства древесины характеризуют-
ся высокими показателями ее прочности при растяжении
и сжатии вдоль волокон и при поперечном изгибе. Предел
прочности сосны при испытании на растяжение вдоль во-
локон равен около 100 МПа (1000 кгс/см2), при попереч-
ном изгибе - 75 МПа. Однако в реальных условиях не уда-
ется полностью использовать столь высокую прочность,
так как на механические свойства древесины и, соответ-
ственно, на несущую способность деревянных конструкций
оказывают отрицательное влияние многие факторы (поро-
ки, длительность нагрузки и др.). Из-за влияния этих фак-
торов расчетные сопротивления древесины принимаются
в несколько раз меньшими пределов прочности, получен-
ных при испытаниях образцов. Так, расчетное сопротивле-
ние древесины сосны 1 сорта растяжению вдоль волокон
составляет 10 МПа, изгибу и сжатию - 14 МПа.
Древесина имеет высокий показатель удельной
прочности - отношение прочности к плотности материа-
ла. Это определяет древесину как очень эффективный
конструкционный материал: при больших пролетах и ма-
лых нагрузках отношение масс равнозначных несущих
конструкций из дерева, стали и железобетона может, со-
ответственно, составлять 1:2:10.
5.1.4. Древесные материалы
Круглые лесоматериалы - бревна - представляют
собой очищенные от сучьев части древесных стволов с
гладко опиленными концами - торцами. Их стандартные
длины ~ 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6.0; 6,5 м.
Бревна имеют естественную усеченно-коническую
форму. Уменьшение их толщины по длине (сбег) в сред-
нем составляет 0,8 см на 1 м длины бревна. Толщина (ди-
аметр) бревна определяется в его тонком торце. Мелкие
лесоматеривлы имеют толщину 6-13 см, средние - 14-
24 см, крупные - 26 см и более с градацией через 2 см.
Круглые лесоматериалы используют в бревенчатых
конструкциях, в том числе в индустриальных оцилиндро-
ванных, а также для выработки пиломатериалов.
Пиленый лесоматериал - пиломатериал (рис. 5.3) -
получают в результате продольной распиловки бревен на
лесопильном оборудовании.
Пиломатериалы с поверхностями, опиленными по
всей длине, называют обрезными. Если часть поверхно-
сти не опилена, материал называют обзольным. Если не
опилены две поверхности пиломатериала при однократ-
ной распиловке бревна, его называют необрезным. Бо-
лее широкие стороны пиломатериалов называют пласта-
ми, а узкие - кромками.
Пиломатериалы имеют длину от 1 до 6,5 м с градаци-
ей через 0,25 м. Их разделяют на брусья, доски, бруски.
Используемые для несущих конструкций брусья имеют
размеры сечения, отличающиеся не более, чем в
1,5 раза, и равные 100-250 мм. Доски имеют ширину от
60 до 250 мм, а толщину - от 11 до 100 мм, при этом ши-
рина превышает толщину в два и более раза. Бруски име-
ют размеры сечения до 100 мм при ширине не более
двойной толщины.
Сечения пиломатериалов для деревянных конструк-
ций приведены в Приложении 6.
Фанера - листовой древесный конструкционный ма-
териал, склеенный из трех и более слоев лущеного шпо-
на толщиной около 1 мм из древесины березы, листвен-
ницы и др. пород. Волокна соседних шпонов располага-
ют во взаимно перпендикулярных направлениях. Наруж-
ные шпоны - рубашки - имеют одинаковое направление
волокон, вдоль которого определяется длина листов. В
строительных конструкциях применяется фанера клееная
и бакелизированная.
Клееная фанера состоит из слоев древесины (шпо-
нов), которые склеиваются водостойкими клеями для по-
лучения водостойкой фанеры марки ФСФ. Наибольшее
применение в конструкциях находят листы семислойной
фанеры толщиной 8-12 мм. Листы имеют длину до 2,4 м
и ширину до 1,5 м.
Преимущество фанеры - ее листовая форма, благо-
даря чему она применяется в обшивках стеновых пане-
лей, плит перекрытий, в стенках балок, для опалубок. Пе-
рекрестное расположение слоев (а значит, и волокон)
придает фанере меньшую по сравнению с цельной дре-
Рис. 5.3. Виды пиломатериалов:
а - шпала (лежень); б - брус четырехгранный; в - брус полуобрез-
ной (с обзолом); г - горбыль; д - пластина; е - четвертина;
ж - доска необрезная с острым обзолом; з - доска необрезная с
тупым обзолом; и - доска полуобрезная: к - доска чистообрезная;
л - брус чистообрезной: м - брусок (ширина не более двойной
толщины); 1 - пласть; 2 - кромка; 3 - ребро; 4 - торец; 5 - обзол
62
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
весиной, анизотропию свойств, малую усушку и разбуха-
ние при изменении влажности.
Бакелизированная фанера имеет такое же строе-
ние, как и клееная, но ее наружные слои пропитывают во-
достойкими синтетическими смолами. Листы имеют тол-
щину 5-18 мм, длину 1,5-7,7 м и ширину 1,2-1,5 м. Она
отличается более высокой водостойкостью и прочностью
и применяется в конструкциях, работающих в неблаго-
приятных влажностных условиях. Прочность бакелизиро-
ванной фанеры вдоль листов в 2-2,5 раза превышает
прочность хвойной древесины вдоль волокон.
Плиты из клееного шпона - древесный слоистый
конструкционный материал (изделия), изготовленный
склеиванием толстых шпонов с продольным расположе-
нием волокон древесины хвойных пород.
Исходный заводской размер плиты составляет 1220 мм
по ширине, от 19 до 76 мм по толщине при непрерывной
длине.
Размеры изделий (элементов конструкций) опреде-
ляются по требованию и могут быть: по длине до 24 м; по
ширине от 0,2 до 0,6 м; по толщине до 76 мм в зависимо-
сти от количества слоев шпона при их толщинах в 2,5; 3,2
или 4,2 мм.
По сравнению с пиломатериалами элементы из клее-
ного шпона имеют преимущества:
• более высокие расчетные сопротивления сжа-
тию, растяжению и изгибу - в 1,1-1,5 раза;
• предотвращение продольного раскалывания за
счет расположения волокон смежных слоев под неболь-
шим углом друг к другу;
• минимальное коробл ение за счет использования
сухого шпона и соответствующего его расположения;
• минимальное разбухание от влажности;
• широкий выбор размеров по ширине и длине.
Изделия из клееного шпона можно применять в гори-
зонтальных элементах конструкций (балки ребром, доски
плашмя), в вертикальных элементах (стойки), в наклонных
элементах (стропила) при строительстве малоэтажных
промышленных и гражданских зданий.
5.2. Металлы для строительных
конструкций
5.2.1. Состав и свойства металлов
Материалами для металлических конструкций явля-
ются прокатная сталь, стальное литье и алюминиевые
сплавы. Для несущих конструкций применяется преиму-
щественно прокатная сталь.
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и
незначительным количеством примесей (которые попадают
из руды и образуются в процессе выплавки) и лигирующих
добавок (которые вводят для улучшения свойств стали).
Стали подразделяются на углеродистые и легирован-
ные. Углеродистые стали делят на малоуглеродистые
(0.09-0,23% углерода), среднеуглеродистые (0,24-0,5%
углерода), и высокоуглеродистые (0,51-1,2%). В строи-
тельных конструкциях, в основном, применяют малоугле-
родистую сталь, которая обладает большой пластично-
стью и хорошей свариваемостью.
Легированные стали тоже делятся на три группы в
зависимости от суммарного содержания легирующих до-
бавок: низколегированные (до 2,5%), среднелегированные
(2,6-10%) и высоколегированные (более 10%). В стальных
конструкциях применяют низколегированную сталь.
Свойства и качества сталей оценивают рядом техни-
ческих характеристик, основными из которых являются
механические свойства и химический состав, регламен-
тируемые соответствующими ГОСТами и ТУ.
Механические свойства металлов. К основным ха-
рактеристикам металлов относятся следующие: предел
пропорциональности опу, предел упругости о,р> модуль
упругости Е, предел текучести оу, предел прочности си,
относительное удлинение е после разрыва, хрупкость, вы-
носливость.
Первые шесть показателей определяются на основа-
нии испытания на растяжение стандартных образцов
(рис. 5.4 а), по результатам которого строят диаграмму
зависимости между напряжениями с и относительными
деформациями £ (рис. 5.4 б}.
Пределом пропорциональности называют наи-
большее напряжение, при котором остается справедли-
вым закон Гука: о = Е х в, где Е = tga - модуль упругости.
Модуль упругости сталей примерно в три раза больше,
чем алюминиевых сплавов.
Предел упругости - наибольшее напряжение, до
которого материал не получает остаточных деформаций,
т.е. при снятии нагрузки образец полностью восстанавли-
вает первоначальный размер. Пределы пропорциональ-
ности и упругости для большинства сталей практически
совпадают.
Предел текучести - напряжение, при котором начи-
нают развиваться пластические деформации, а на диаг-
рамме появляется площадка текучести. Если при напря-
жениях, превышающих предел текучести, снять нагрузку,
то в образце появятся остаточные деформации ей, кото-
рые будут меньше полных деформаций е (при полном за-
гружении) на размер упругих деформаций Еу (восстанав-
ливающихся после разгружения). Если через некоторое
время вновь загрузить образец, его работа изменится -
предел упругости возрастет, а деформации при разруше-
нии уменьшатся на величину предварительной вытяжки
Ер-£0. Это означает получение другого материала с повы-
Рис 5.4. Испытание сталей на растяжение:
а - образец; б - диаграмма; 1 - зона образования «шейки»; 2 -
диаграмма растяжения стали обычной прочности (Ст.З); 3 - то
же, низколегированной; 4 - то же, высокопрочной
- ;<дел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 63
_енными упругими свойствами и меньшей пластично-
:*ью. Повышение упругих свойств материалов в резуль-
"зте предварительного пластического деформирования
-азывается наклепом, или нагартовкой, и использует-
ся в практике упрочнения арматурных сталей.
На диаграммах растяжения низколегированных ста-
.-ей и алюминиевых сплавов нет ясно выраженной пло-
_адки текучести, поэтому за предел текучести условно
-оинимают напряжения, при которых образец получает
остаточную деформацию в 0,2%.
Пределом прочности о0, или временным сопротив-
-ением, называют напряжение, при котором образец,
-оойдя стадию самоупрочнения, начинает разрушаться.
Относительное удлинение при разрыве характери-
зует пластичность металла и определяется по формуле
г-t = 100(/к - /0) / /о, где 1О и /к - соответственно, длина об-
разца до и после разрыва.
Кроме относительного удлинения, для оценки плас-
-.1чности металла и склонности к трещинообразованию
обращаются к пробе на загиб в холодном состоянии на
30' вокруг специальной оправки. Успешной считается
-зоба, если образец не получил трещин или расслоений.
Хрупкость - способность материала (металла) разру-
шаться при очень малых деформациях. Показателем хруп-
кости служит ударная вязкость, которую определяют при
испытании стандартных образцов с выточкой на маятнико-
ном копре, измеряя работу, затраченную на разрушение
образца, отнесенную к площади его поперечного сечения.
С понижением температуры ударная вязкость металла
. меньшается, поэтому, если конструкция будет эксплуати-
роваться при низких температурах, испытания образцов
"□сводят при отрицательных температурах (до -70"С).
Хрупкое разрушение значительно опаснее пластичес-
• ого, поскольку при пластических деформациях разруше-
-ие наступает постепенно, оно визуально заметно и есть
=ремя усилить конструкцию и предотвратить разрушение.
При хрупком разрушении металл разрушается внезапно
без видимых деформаций. Если с понижением температу-
эы хрупкость сталей возрастает, то у алюминиевых спла-
зов - уменьшается, что предопределяет их выгодное ис-
пользование в суровых климатических условиях Севера.
При действии многократно повторяющихся нагрузок,
зключая динамические, разрушение конструкции может
наступить при напряжениях меньше предельных в случае
статического (однократного) приложения нагрузки. Такое
эазрушение при действии переменных напряжений обус-
лавливается усталостью материала (металла). Способ-
ность сопротивляться разрушению от усталости называ-
ют выносливостью материала, которая определяется
пределом выносливости.
Химический состав стали характеризуется процент-
ным содержанием в ней различных добавок и примесей.
Углерод повышает предел текучести и прочности стали,
однако снижает пластичность и свариваемость. В связи с
этим в строительстве применяют малоуглеродистые стали.
Специальное введение в сталь различных примесей (леги-
рующих добавок) улучшает некоторые свойства стали.
Кремний (обозначается в химическом составе стали
буквой С) увеличивает прочность стали, однако несколь-
ко ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии
и значительно снижает ударную вязкость. Марганец (Г)
увеличивает прочность стали, незначительно снижая ее
пластичность. Медь (Д) несколько повышает прочность
стали и увеличивает стойкость против коррозии, но спо-
собствует старению стали. Значительно повышает меха-
нические свойства введение в сталь таких легирующих
добавок как никель (Н), хром (X), ванадий (Ф), вольфрам
(В) и др. Однако применение этих добавок в сталях для
строительных конструкций ограничивается их дефицит-
ностью и высокой стоимостью.
В зависимости от степени раскисления различа-
ют спокойную, полуспокойную и кипящую стали. Если
сталь не раскислять, происходит выделение газов, и
сталь производит впечатление кипящей жидкости. Такая
сталь называется кипящей; она оказывается насыщена
газами и менее однородной вследствие ее быстрого ос-
тывания. Если в сталь добавить раскислители - кремний
(до 0,3%) или алюминий (до 0,1%), то эти элементы, со-
единяясь с растворенным в стали кислородом, уменьша-
ют его вредное влияние. Такой процесс называется рас-
кислением стали. При раскислении сталь остывает спо-
койно, поэтому ее и называют спокойной. Промежуточ-
ное положение по качеству между спокойной и кипящей
сталью занимает полуслокойная сталь, которую раскис-
ляют кремнием (до 0,15%). Спокойная сталь по Сравне-
нию с кипящей и полуспокойной более однородна, лучше
сваривается, сопротивляется динамическим воздействи-
ям и хрупкому разрушению.
В зависимости от механических свойств все ста-
ли условно делят на три группы - обычной, повышенной
и высокой прочности. Для сталей обычной прочности
используют малоуглеродистые стали, для сталей повы-
шенной и высокой прочности - низколегированные и
среднелегированные.
Поставка сталей обычной прочности (малоуглеро-
дистых) металлургическими заводами производится по
трем группам: по группе А - с гарантиями по механи-
ческим свойствам; по группе Б - с гарантиями по хи-
мическому составу; по группе В - с гарантиями по
механическим свойствам и химическому составу. В
строительных конструкциях применяется, как правило,
сталь группы В.
Обозначение марок малоуглеродистой стали при-
нято буквенно-цифровое. Например: ВСтЗспб, ВСтЗГпсб,
18сп, 18Гпс. Буква В указывает, что сталь с гарантиями
механических свойств и химического состава, буквы Ст -
сталь, цифра 3 - условный порядковый номер марки ма-
лоуглеродистой стали. Марки стали различаются от СтО
до Ст5. В строительных конструкциях применяется сталь
СтЗ, которая имеет достаточно высокий предел текучес-
ти, пластична, хорошо сваривается. Степень раскисления
стали обозначается индексами «сп» (спокойная), «пс» (по-
луспокойная) и «кп» (кипящая). Для обозначения полуспо-
койной стали с повышенным содержанием марганца до-
бавляют букву Г. Последняя цифра указывает категорию
стали. Стали марок 18сп и 18пс поставляются по группе
В (цифра 18 показывает среднее содержание углерода в
сотых долях процента).
Наименование марок сталей повышенной и высокой
прочности (низколегированных и среднелегированных) в
определенной мере отражает их химический состав. Пер-
вые две цифры показывают среднее содержание углерода
в сотых долях процента, следующие далее буквы русского
алфавита обозначают легирующие добавки. Цифра после
буквы показывает содержание добавки в процентах с ок-
руглением до целых значений. Если количество легирую-
щих добавок 0,3-1,0%, то цифра не ставится. Содержание
добавки менее 0,3% не отмечается. Все стали повышен-
64
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
ной и высокой прочности поставляются с гарантией меха-
нических свойств и химического состава.
Примеры обозначения: сталь 14Г2 имеет содержание
углерода 0,14%, марганца (Г) до 2%; сталь 15ХСНД - уг-
лерода 0,15%, хрома (X), кремния (С), никеля (Н) и меди
(Д) - 0,3-1,0% каждого.
Выбор марки стали определяет надежность и сто-
имость конструкции, удобство изготовления, длитель-
ность ее нормальной эксплуатации, объем и стоимость
работ по содержанию конструкции, в том числе по ее за-
щите от коррозии.
Алюминиевые сплавы. Чистый алюминий, ввиду низ-
кой его прочности, для строительных конструкций не при-
меняется. В строительстве используются деформируемые
алюминиевые сплавы, получаемые обработкой давлени-
ем - прессованием, вытяжкой, прокаткой, штамповкой.
Строительные алюминиевые сплавы в зависимости
от химического состава делятся на четыре группы.
К первой группе относятся алюминиево-марганце-
вые сплавы (АМцМ), отличающиеся хорошей свариваемо-
стью, но сравнительно низкой прочностью. Поэтому их ис-
пользуют главным образом для ограждающих конструкций.
Преимущественное применение в несущих конструк-
циях находят магнали - алюминиево-магниевые спла-
вы второй группы (АМг2М, АМг2Н2), обладающие высо-
кой прочностью и хорошей свариваемостью. Марка ука-
занных сплавов определяет химический состав и харак-
тер обработки сплава: А - алюминий; Мц - марганец;
Мг - магний; 2-2% магния; М - мягкий (отожженный);
Ж - нагартованный; Е2 - полунагартованный.
К третьей группе относятся кремнемагниевые
сплавы типа АД, получившие название авиали, в том
числе сплавы марок АД31Т, АД31Т1, АД31Т5. Обозначе-
ния этих сплавов расшифровываются так: А - алюминие-
вый; Д - деформируемый; 31 - номер сплава: Т - зака-
ленный и естественно состаренный: Т1 - закаленный и
искусственно состаренный.
К четвертой группе относятся высокопрочные цин-
комагниевые сплавы (1915, 1915Т, 1925, 1935Т). Здесь
цифрами обозначены: 1 - алюминий; 9 - цинк; две
последние цифры - номер сплава.
Прочность алюминиевых сплавов примерно на 20%
ниже прочности обычной стали. Сплавы в три раза легче,
чем сталь, мягче, удобнее для обработки, отличаются вы-
сокой коррозионной стойкостью.
Недостатком алюминиевых сплавов является их вы-
сокая стоимость (выше стали в 5-7 раз). Конструкция из
них при прочих равных условиях стоит в 2,5 раза дороже.
Экономически выгодно алюминиевые сплавы применять
в ограждающих конструкциях — благодаря их долговеч-
ности и качеству внешнего вида, а также в большепролет-
ных конструкциях покрытий для резкого снижения их соб-
ственного веса как нагрузки.
5.2.2. Сортамент сталей и алюминиевых сплавов
Элементы металлических конструкций образуются из
профилей различной формы поперечного сечения - листов,
уголков, швеллеров, двутавров и др.
Сортаментом называют перечень (ассортимент)
прокатываемых, гнутых или прессованных полуфабрика-
тов с указанием формы их сечения, геометрических раз-
меров и характеристик, массы единицы длины, величин
допусков и условий поставки.
Листовая сталь наиболее распространена, причи-
ной чего являются неограниченные возможности созда-
ния разнообразных профилей необходимых размеров и
конфигураций путем сварки листов.
Листовая сталь классифицируется нижеследующим
образом.
1 . Тонколистовая сталь, прокатываемая холодным
способом (ГОСТ 19904-90) в листах и рулонах. Листы
имеют толщину 0,35-5 мм и длину до 6 м. Рулоны - 0,35-
3,5 мм без ограничения длины. Ширина тонколистовой
стали 0,5-2,35 м. Эта сталь применяется для штампован-
ных профилей и кровли (рис. 5.5 а).
2 . Сталь широкополосная универсальная (ГОСТ 82-
70) имеет ровные края благодаря прокату между четырьмя
валками. Толщина листов - 6-60 мм с градацией до тол-
щины 12 мм - через 1 мм, далее через 2 и 5 мм; ширина
200-1050 мм с градацией через 10, 20 и 50 мм. Обычные
длины - 5-12 м. Применение универсальной стали рацио-
нально во всех листовых, особенно в сварных, конструкци-
ях благодаря ее ровным краям (рис. 5.5 б).
3 . Сталь полосовая (ГОСТ 103-76) имеет толщину 4-
60 мм и ширину 12-200 мм с градацией через 2,5 и 10 мм
(рис. 5.5 в).
Кроме того для настилов различных площадок и сту-
пеней лестниц применяют сталь листовую рифленую и
Рис. 5.5. Прокатная сталь:
а - тонколистовая сталь а рулоне; б - широкополосная универ-
сальная сталь; в - полосовая сталь; г - уголок равнополочный;
д - уголок неравнополочный; е - двутавр с уклоном внутренних
граней полок; ж - двутавр с параллельными гранями полок; з -
швеллер с уклоном внутренних граней полок; и - швеллер с па-
раллельными гранями полок: к - труба; л - сталь круглая; м -
сталь квадратная; н - сталь шестигранная
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
65
просечно-вытяжную, а для ограждающих конструкций -
различные профилированные и волнистые листы
Уголковые профили (рис. 5.5 г, д} широко применя-
ются для образования несущих элементов, работающих
на осевые силы, в качестве связующих элементов и раз-
личных конструктивных деталей. Полки уголков имеют па-
раллельные грани, что удобно при конструировании,
креплении и их стыковании. Более экономичны уголки с
меньшими толщинами полок.
Уголки выпускают двух типов: равнополочные и не-
равнополочные.
Равнополочные уголки (ГОСТ 8509-93) имеют ши-
рину полок 20-250 мм, толщину 3-35 мм. Обычно прока-
тываемая длина 4-12 м (большие длины приняты для бо-
лее крупных профилей). Уголки неравнополочные
(ГОСТ 8510-86) имеют соотношение сторон около 1:1,6.
Ширина полок начинается с 25 х 16 мм и заканчивается
200 х 125 мм, толщина 3-16 мм, длина 4-12 м.
Двутавры, используемые в стальных конструкциях,
прокатываются двух типов: с уклоном внутренних гра-
ней полок (рис. 5.5е), с параллельными гранями полок
(рис. 5.5 ж).
Двутавры с уклоном полок (ГОСТ 8239-89} являют-
ся основным балочным профилем, применяются главным
образом для элементов, работающих на изгиб, чем и оп-
ределяется их форма сечения. Двутавры обозначают но-
мером, соответствующим их высоте, выраженной в сан-
тиметрах. В сортамент входят двутавры с № 10 до № 60.
Заказные длины от 4 до 12 м.
Двутавры с параллельными гранями полок (ГОСТ
26020-83) бывают трех типов: нормальные, широкополоч-
ные, колонные (рис. 5.5 ж).
Нормальные двутавры (Б) имеют высоту 100-
1013 мм (номера профилей от 10Б1 до 100Б4), ширину
полок от 55 до 320 мм, толщину полок 5,7-32,5 мм, тол-
щину стенок от 4 до 19,5 мм. Нормальные двутавры име-
ют отношение ширины полок к высоте сечения от 1:1,8
до 1:3,2 и используются, в основном, как балки.
Широкополочные двутавры (Ш) имеют высоту
193—718 мм (номера профилей от 20Ш1 до 70Ш5), ши-
рину полок от 150 до 320 мм, толщину полок 9-36 мм,
толщину стенок от 6 до 23 мм. Применение широкополоч-
ных двутавров в каркасах зданий снижает трудоемкость
изготовления конструкций в 2-3 раза по сравнению со
сварными профилями. Из двутавров типа Ш путем раз-
резки стенки в продольном направлении получают тавро-
вые профили.
Колонные двутавры (К) имеют отношение ширины
полок к высоте сечения близкое к 1:1. Высота сечения со-
ставляет 195-431 мм (номера профилей с 20К1 до 40К5).
Толщина полок 10-36 мм, толщина стенок от 6,5 до 23 мм.
Швеллер (ГОСТ 8240-89) отличается от двутавра
сдвинутой к краю полок стенкой. Он прокатывается двух
типов: с уклоном внутренних граней полок (рис. 5.5 з) и с
параллельными гранями полок (рис. 5.5 и]. Швеллеры
применяют в составных стержнях, в качестве прогонов
покрытий. Сортамент включает швеллеры от №5 до №40
(номер определяет высоту профиля в сантиметрах). К
обозначению номера швеллера с параллельными полка-
ми добавляется индекс «П». Длина профилей 4-12 м.
Трубы (рис. 5.5 к) стальные бывают бесшовные го-
рячедеформированные (ГОСТ 8732-78) диаметром 45-
550 мм и электросварные прямошовные (ГОСТ 10704-
91) диаметром 30-1420 мм. Толщина стенок труб состав-
ляет 5-16 мм, длина - 3-12 м. Вследствие большой жест-
кости и симметричности сечения трубы являются хоро-
шим профилем для элементов, работающих на сжатие.
Гнутые стальные профили имеют меньшую толщи-
ну (2-12 мм) по сравнению с прокатными. Их получают из
листовой стали способом гнутья с различными формами
и размерами поперечного сечения. К основной группе
гнутых профилей, применяемых в несущих конструкциях
(рис. 5.6), относятся:
• уголки равнополочные (ГОСТ 19771-93);
• уголки неравнополочные (ГОСТ 19772-93);
• швеллеры равнополочные (ГОСТ 8278-83);
• швеллеры неравнополочные (ГОСТ 8281-80*);
• профили С-образные равнополочные (ГОСТ
8282-83);
• профили замкнутые квадратные и прямоуголь-
ные (ГОСТ 30245-94);
• профили корытные равнополочные (ГОСТ 8233-
93).
Канаты стальные (Приложения 10-12} используют-
ся в элементах конструкций, воспринимающих исключи-
тельно растягивающие усилия. При этом создается воз-
можность эффективного применения сталей высокой
прочности с полным использованием несущей способно-
сти материала, снижением расхода металла и снижени-
ем собственного веса конструкций.
Канаты формируют из высокопрочной стальной про-
волоки с размером сечения до 5-7 мм, получаемой из за-
готовок диаметром до 10-12 мм путем прокатки и много-
кратного волочения через фильеры (отверстия в пластин-
ках из твердого сплава) с термической обработкой. В
процессе изготовления проволоки предел прочности по-
вышается в 2-4 раза.
По форме поперечного сечения различают канатную
проволоку круглого и фасонного (трапециевидного, зе-
тобразного, иксобразного) сечений. По виду поверхности
различают проволоку: светлую (без покрытия), оцинко-
ванную с покрытием слоем алюминия и полимерным
покрытием. В процессе изготовления проволока, пряди и
канаты покрываются смазкой, в определенной степени
способствующей антикоррозионной защите.
Рис. 5.6. Гнутые стальные профили
66
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
В строительных конструкциях следует применять
только канаты с проволокой, имеющей металлическое
(цинковое или алюминиевое) покрытие.
По своему построению канаты делятся на:
• спиральные, свитые из круглых проволок, име-
ющих в пространстве форму простой спирали (рис. 5.7а);
• многорядные, состоящие из спиральных прядей,
в свою очередь располагающихся по спирали (рис. 5.7б);
« закрытого типа, свитые из круглых (в центре) и
профильных (на периферии) проволок, имеющих в про-
странстве форму простой спирали (рис. 5.7 в}.
Строительные полуфабрикаты из алюминиевых
сплавов получают путем прокатки, прессования и гнутья.
Листы и ленты изготовляют прокаткой, а профили - прес-
сованием и гнутьем.
Отличительной особенностью деформируемых алю-
миниевых сплавов является возможность получения из
них прессованных профилей с разнообразными и слож-
ными формами поперечного сечения (в том числе с замк-
нутыми полостями), которые не могут быть изготовлены
прокатом.
Профили прессуют на специальных гидравлических
прессах. В контейнер пресса помещают заготовку, пред-
ставляющую собой слиток цилиндрической или плоской
формы, нагретый до температуры 450—520’С. Под дав-
лением поршня металл истекает через специальную
стальную матрицу, имеющую прорезь по форме профи-
ля. Наибольшие размеры прессуемых профилей опреде-
ляются усилием, развиваемым прессом, формой и раз-
мерами матрицы и контейнера, маркой сплава. Обычно
габариты изготовляемых профилей вписываются в окруж-
ность диаметром 350 мм.
В состав полуфабрикатов из алюминиевых сплавов
входят:
• профили прессованные по ГОСТ в виде угол-
ков, швеллеров, двутавров, тавров, зетов с толщиной сте-
нок от 1 до 25 мм и длиной до 10 м (рис. 5.8 а);
• профили гнутые с толщиной 0,5-3 мм и длиной
до 6 м;
• профили прессованные полые длиной до 10 м
и площадью поперечного сечения до 60 см2;
• профили прессованные крупногабаритные
общего и специального назначения с диаметром описан-
ной окружности до 600 мм и длиной до 11 м;
• трубы прессованные тонкостенные (до 5 мм)
и толстостенные (5-20 мм) диаметром от 18 до 340 мм;
• трубы прессованные крупногабаритные диа-
метром 290-770 мм с толщиной стенок 10-35 мм;
• трубы холоднокатаные и холоднотянутые: круг-
лые диаметрам 10-180 мм с толщиной стенок 1-5 мм,
длиной до 4-6 м; квадратные с размерами профиля от
Рис. 5.7. Виды стальных канатов:
а - спиральный из 61 проволок (1+6-Н2+18+24); б - многоряд-
ный (многопрядевый) типа ТК7х19; в - спиральный закрытого
типа
10 х 10 мм до 90 х 90 мм и стенкой до 5 мм; прямоуголь-
ные - от 14 х 10 до 120 х 60 мм;
• листы толщиной 0,5-10,5 мм, шириной 600-
2000 мм. длиной до 7 м;
• плиты горячекатаные толщиной 12-100 мм, ши-
риной 1 -2 м, длиной до 8 м;
• ленты в рулонах с толщиной от 0,25 до 4 мм и
шириной 1-2 м;
• прутки прессованные длиной до 4-6 м: круглые
(КР) диаметром 5-50 мм; квадратные (КВ) со стороной 7-
70 мм; шестигранные (ШГ) с диаметром вписанной ок-
ружности 7-70 мм.
5.3. Основные свойства и характеристики
бетона, арматуры и железобетона
5.3.1. Железобетон как конструкционный материал
Железобетон - это искусственный армированный
каменный материал, который представляет собой рацио-
нальное сочетание двух различных по своим механичес-
ким свойствам материалов - железа (стали) и бетона -
для совместной работы в конструкции как одно монолит-
ное целое. При этом бетон работает на сжатие, арматур-
ные стальные стержни - на растяжение.
Как известно, бетон хорошо сопротивляется сжатию,
но значительно хуже - растяжению. Бетонная балка, ис-
пытывающая при изгибе растяжение в нижней зоне и
сжатие в верхней зоне сечения, имеет очень низкую не-
сущую способность, которая ограничивается низким со-
противлением бетона растяжению, в то время как высо-
кое сопротивление бетона сжатию остается недоисполь-
зованным (рис. 5.9 а). Такая же балка, снабженная в рас-
тянутой зоне арматурой (рис. 5.9 б), у которой сопротив-
ление растяжению в десятки раз больше, чем у бетона,
обладает значительно более высокой несущей способно-
стью (приблизительно в 20 раз).
Армирование стальными стержнями других конструк-
тивных элементов, например, колонн, работающих на
ЮТ
б
Рис. 5.8. Профили из алюминиевых сплавов:
а - для несущих конструкций; б - для ограждающих конструкций
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
67
сжатие (рис. 5.9 в), также приводит к повышению их не-
сущей способности, так как сталь сопротивляется сжатию
значительно лучше бетона.
Таким образом, при соединении для совместной ра-
боты бетона и стали создается качественно новый ма-
териал - железобетон, в котором рационально исполь-
зуются обе его составляющие.
Основными достоинствами современного бетона и
железобетона являются:
• универсальность - из бетона можно изготавли-
вать детали, конструкции и целые сооружения самых раз-
нообразных и сложных форм и сечений;
• управляемость - используя разнообразные ис-
ходные составляющие - материалы и способы изготов-
ления, можно получать бетоны и железобетоны с весьма
различными физико-механическими характеристиками; к
настоящему времени изобретены уникальные модифици-
рующие добавки, которые позволяют получать сверхвы-
сокопрочные бетоны с улучшенными свойствами водо-
непроницаемости и морозостойкости;
• экономичность - подавляющая часть материа-
лов, необходимых для приготовления бетона, имеется по-
чти повсеместно и не требует больших затрат на транспорт;
• долговечность - сооружения из бетона суще-
ствуют столетия, а железобетонные конструкции - более
ста лет, причем с течением времени прочность бетона в
железобетонных конструкциях при благоприятных усло-
виях увеличивается;
• стойкость - в отличие от дерева и неогнестой-
кого металла, бетон огнестоек, достаточно надежно за-
щищает стальную арматуру и поэтому считается наилуч-
шим огнестойким материалом;
• индустриальность - все технические процессы
производства бетонных и железобетонных конструкций
(сборных и монолитных) - приготовление бетона, изго-
товление каркасов и конструкций, их транспортировка и
монтаж в зданиях - осуществляются механизированными
методами.
Кроме перечисленных достоинств бетон и железобе-
тон обладают рядом недостатков:
• высокая плотность конструкционного железо-
бетона - 2500 кг/м3, вследствие чего ограничивается воз-
можность изготовления большепролетных конструкций
(балок, рам, плит и т.п.);
3.ic. 5.9. Бетонные и железобетонные элементы под нагрузкой:
; - бетонная балка; б - железобетонная балка; в - железобетонная
колонна; 1 - нейтральная ось; 2 - трещина; 3 - сжатая зона; 4-
:истянутая зона; 5 - растянутая арматура; 6 - сжатая арматура
• плохая работа бетона на растяжение, и хотя
это в значительной степени устраняется введением
стальной арматуры, все же в растянутой зоне железобе-
тона со временем появляются еле заметные трещины,
которые впоследствии раскрываются настолько, что под
воздействием влаги арматура начинает подвергаться
коррозии; в итоге это может привести к потере несущей
способности конструкции;
• коррозия бетона под воздействием различных
агрессивных сред;
• коррозия и разрушение железобетона под
воздействием электрического тока;
• высокие звуко- и теплопроводность тяжелого
конструкционного бетона и железобетона, требующие
дополнительных затрат на изоляцию;
• значительные затраты по стоимости и трудо-
емкости на устройство и разборку опалубки при изготов-
лении монолитных конструкций; при применении сборных
конструкций этот недостаток устраняется, но довольно
сложное специальное заводское технологическое обору-
дование, а также строительство заводов, требуют значи-
тельных капиталовложений;
• сезонность работ при производстве монолит-
ного железобетона;
• длительные сроки строительства вследствие
увеличения продолжительности выдержки монолитного
бетона в опалубке.
И, тем не менее, бетон и железобетон являются
наиболее востребованными материалами в строи-
тельстве в течение последнего столетия и по сей день. По
уровню технических и экономических показателей желе-
зобетон является основным конструкционным материа-
лом современности, лидируя в обшей структуре мирово-
го производства строительной продукции. С применени-
ем железобетона в XX в. были построены самые высокие
в мире телебашни в Москве и Торонто, самое высокое в
мире здание в Куала-Лумпур (Малайзия) и др. небоскре-
бы, крупнейшие мосты, электростанции, тоннели, аэро-
порты. Из железобетона построены сотни миллиардов
квадратных метров жилых зданий, строятся соборы,
тюрьмы, больницы, театры и многое др.
5.3.2. Бетон
Бетон - сложный по структуре камнеподобный мате-
риал конгломератного строения, состоящий из заполни-
телей различной формы и размеров, скрепленных вяжу-
щим веществом, распределенным тонким слоем по по-
верхности зерен и в межзерновом пространстве.
Классификация бетонов. Бетоны подразделяют по
следующим основным признакам:
• по структуре - плотный бетон (пространство
между зернами заполнителя полностью занято затвер-
девшим вяжущим), крупнопористый (с частично запол-
ненным пространством между зернами заполнителя), по-
ризованный (с заполнителем и искусственной пористо-
стью затвердевшего вяжущего между зернами заполни-
теля), ячеистый (без заполнителя, с искусственно создан-
ными замкнутыми порами);
• по средней плотности (кг/м3) - особо тяжелые
бетоны со средней плотностью более 2500; тяжелые -
2200-2500; облегченные - 1800-2200; легкие - 500-1800;
• по виду вяжущего - бетоны цементные, поли-
мерцементные, на известковом вяжущем (силикатные),
68
В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
на гипсовом вяжущем, на смешанных и специальных вя-
жущих;
• ло виду заполнителей - бетоны на плотных ес-
тественных заполнителях (гравий, щебень, кварцевый пе-
сок), на пористых естественных (перлит, пемза, ракушеч-
ник) и искусственных заполнителях (шлак, керамзит), на
специальных заполнителях;
• по зерновому составу заполнителей - крупно-
зернистый бетон с крупным и мелким заполнителями,
мелкозернистый с мелкими заполнителями;
• по условиям твердения - бетон естественного
твердения; бетон, подвергнутый тепловлажностной обра-
ботке при атмосферном давлении; бетон, подвергнутый
автоклавной обработке.
Для бетонных и железобетонных конструкций приме-
няются следующие (сокращенные по названию) виды кон-
струкционных бетонов:
• тяжелый средней плотности от 2200 до 2500
кг/м3;
• мелкозернистый средней плотности свыше
1800 кг/м3;
• легкий плотной и поризованной структуры;
• ячеистый автоклавного и неавтоклавного твер-
дения;
• специальный бетон - напрягающий.
Структура бетона. Прочность и деформативность
бетона в первую очередь определяются его структурой.
Она зависит от различных факторов: зернового состава
крупных и мелких заполнителей, водоцементного отно-
шения, способа уплотнения, условий твердения, степени
гидратации цементного камня и др.
Структура бетона представляет собой простран-
ственную решетку из цементного камня, заполненного
зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанного
многочисленными микропорами и капиллярами, которые
содержат химически несвязанную воду, водяные пары и
воздух. Физически бетон представляет собой капилляр-
но-пористый материал, в котором нарушена сплошность
массы и присутствуют все три фазы - твердая, жидкая и
газообразная.
Прочность бетона зависит от многих факторов: мар-
ки и вида цемента, водоцементного отношения, вида и
прочности крупных заполнителей, модифицированных
добавок, структуры бетона. При сопоставлении образцов,
выполненных из одного бетона, основными факторами,
определяющими его прочность, являются время и усло-
вия твердения, форма и размеры образцов, длительность
нагружения при испытании.
Прочность бетона нарастает с течением времени. На-
растание прочности наиболее интенсивно происходит в
первые 28 суток твердения бетона. В дальнейшем оно за-
медляется, но продолжается еще в течение нескольких лет.
Прочность бетона оценивают на основании результа-
тов испытаний образцов специальной формы и размеров,
определяемых ГОСТом.
Бетон в железобетонных конструкциях преимуще-
ственно используют для восприятия сжимающих усилий.
Поэтому за основную эталонную характеристику проч-
ностных и деформативных свойств бетона принята его
прочность на осевое сжатие. Практическим способом
оценки прочности бетона в реальных конструкциях явля-
ется испытание на прессе кубиков бетона, изготовленных
в тех же условиях, что и реальные конструкции. За основ-
ной размер образцов принимают кубик с ребром 15 см.
Важным прочностным показателем бетона служит его
призменная прочность (Rb), за которую принимают вре-
менное сопротивление осевому сжатию бетонной призмы
размером 15 х 15 х 60 см. Призменная прочность состав-
ляет 0,75-0,8 кубиковой прочности бетона.
Для определения прочности бетона в реальных кон-
струкциях используют современные неразрушающие ме-
тоды: ультразвуковые, просвечивание проникающими лу-
чами и др.
Классы и марки бетонов. При проектировании бе-
тонных и железобетонных конструкций в зависимости от
их назначения и условий работы устанавливают показа-
тели качества бетона, основными из которых являются:
• класс по прочности на сжатие В;
• класс по прочности на осевое растяжение В,;
• марка по морозостойкости F;
• марка по водонепроницаемости W;
• марка по средней плотности D;
• марка по самонапряжению напрягающего бето-
на Sp.
Установлены следующие классы бетона по прочно-
сти на сжатие:
• для тяжелых бетонов на цементном вяжущем -
В7,5; В10; В12.5; В15; В20; ВЗО; В40; В45; В50; В55; В60;
• для мелкозернистых бетонов вида А (на песке с
модулем крупности свыше 2,0) - В7.5; В10; В12,5; В15;
В20; В25; ВЗО; В35; В40; вида Б (на песке с модулем круп-
ности менее 2.0) - В7.5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО;
вида В (на песке, подвергнутом автоклавной обработке) -
В15; 820, В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60;
• для легких бетонов - 82,5; В3,5; В5; В7,5; В10;
В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40.
Классом бетона по прочности на осевое сжатие В
(МПа) называется временное сопротивление сжатию бе-
тонных кубиков с размером ребра 15 см, испытанных в
соответствии со стандартом через 28 суток после изго-
товления Так, бетон самого высокого класса В60 имеет
временное сопротивление сжатию 60 МПа (600 кгс/см2).
Установлены следующие классы бетона по прочно-
сти на осевое растяжение для всех видов бетона: Bt0,8;
Bt1,2; Bt1,6; Bt2; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2 (назначают для кон-
струкций, работающих, преимущественно, на растяже-
ние, для которых эта характеристика имеет главенствую-
щее значение).
Установлены следующие марки по морозостойко-
сти: для тяжелых и мелкозернистых бетонов - F50; F75;
F100; F150; F200; F300; F400; F500; для легких бетонов -
с F25 по F500; для ячеистых и поризованных бетонов - с
F15 по F100. Марки бетона по морозостойкости характе-
ризуются числом циклов замораживания и оттаивания
водонасыщенных образцов, при котором прочность сни-
жается не более чем на 15%.
Для конструкций, к которым предъявляют требования
водонепроницаемости, назначают марки бетонов по во-
донепроницаемости. Они характеризуются наибольшим
давлением воды, при котором не наблюдается ее проса-
чивание через испытываемый стандартный образец. На-
значают следующие марки по водонепроницаемости
для всех видов бетонов: W2; W4; W6; W8; W10; W12.
Марки бетона по средней плотности (кг/м3):
• легкий бетон от D800 до D2000 (через 100);
• ячеистый бетон от D500 до D1200 (через 100);
• поризованный бетон от D800 до D1400 (через
100).
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
69
Для самонапрягающихся конструкций, изготавливае-
мых на напрягающем цементе, устанавливают марки бе-
тона по самонапряжению: Sp0,6-Sp4, где цифры обо-
значают самонапряжение бетона в МПа.
Деформации бетона - объемные изменения бетон-
ной смеси и бетона, возникающие в процессе приготов-
ления бетонной смеси, ее затвердевания и эксплуата-
ции бетона под действием различных факторов: струк-
туры бетона, свойств его составляющих, особенностей
технологии его изготовления и др. Деформации бетона
оказывают большое влияние на качество и долговеч-
ность бетонных и железобетонных конструкций. Все де-
формации можно разделить (условно) на следующие
виды: собственные деформации бетонной смеси (перво-
начальная усадка) и деформации твердеющего бетона
(усадка и расширение), возникающие под действием
физических и химических процессов, протекающих в
бетоне; деформации от действия механических нагрузок
(ползучесть бетона); деформации от температурных
воздействий.
Усадка бетона - уменьшение первоначального объе-
ма бетона вследствие физико-химических процессов,
происходящих в бетоне при его твердении и изменении
его влажности. Общая величина усадки бетона складыва-
ется из нескольких составляющих; из них наиболее суще-
ственное значение имеют влажностная и карбонизацион-
ная усадки. Влажностная усадка вызывается перемеще-
нием и испарением влаги. Карбонизационная усадка
обуславливается карбонизацией гидрата окиси кальция и
развивается постепенно с поверхности бетона в глубину.
Величина усадки бетона зависит от его состава и свойств
использованных материалов и увеличивается при повы-
шении содержания цемента и воды.
Ползучесть - свойство цементного камня или бето-
на необратимо деформироваться под влиянием дли-
тельнодействующих в них напряжений, возникающих от
действия внешних нагрузок. Ползучесть цементного
камня зависит от условий твердения и влажности. Про-
паривание и автоклавная обработка снижают ползучесть
вследствие «огрубления» тонкой структуры цементного
камня за счет кристаллизации геля. До напряжения 50-
60% предела прочности бетона при сжатии изменение
ползучести имеет линейный характер, т.е. вязкое тече-
ние материала без нарушения микроструктуры. При
больших напряжениях ползучесть изменяется по нели-
нейному закону, и в материале появляются микротрещи-
ны. При напряжениях 0,8-0,9 предела прочности насту-
пает разрушение бетона.
Долговечность бетона - способность бетона сопро-
тивляться всем видам воздействующих на него факторов
в условиях эксплуатации. Такими факторами, кроме
внешних нагрузок, могут быть: изменение температуры и
влажности; действие различных газов, находящихся в
воздухе, или растворов солей, находящихся в воде; со-
вместное действие воды и мороза, солнечных лучей и др.
Потеря бетоном физико-механических свойств может
происходить в результате нарушения сплошности струк-
туры (образование трещин), обменных реакций с веще-
ствами внешней среды, а также при изменении состоя-
ния структуры бетона (перекристаллизация, физико-хи-
мические изменения).
Процесс постепенного ухудшения свойств бетонных
и железобетонных конструкций (без видимых признаков
разрушения) называют старением.
В последние годы разработан и применяется новый
эффективный многоцелевой строительный материал -
полистиролбетон, состоящий из пенополистирольных
гранул, цемента, добавок и воды, соответствующий тех-
ническим условиям ГОСТ Р 51263-99.
Экологическая и пожарная безопасность применения
полистиролбетона в строительстве подтверждены соот-
ветствующими испытаниями и заключениями. Примене-
ние полистиролбетона позволяет решать современные
требования энергосбережения применительно к наруж-
ным ограждающим конструкциям, что ставит его в первый
ряд теплоизоляционно-конструкционных материалов.
Прочность полистиролбетона в проектном возрасте
характеризуют классами по прочности на сжатие: ВО,5;
ВО,75; В1; 81,5; В2; В2,5.
По средней плотности установлены марки полисти-
ролбетона с D150 по D600 (через 50).
Марки по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100.
Коэффициент теплопроводности полистиролбетона в
зависимости от марки по плотности составляет от 0,055
до 0,145 Вт/(м К).
В зависимости от назначения и условий работы по-
листиролбетон в изделиях и конструкциях может иметь
плотную, поризованную или крупнопористую структуру.
Полистиролбетон плотной и поризованной структур обес-
печивает при обычных условиях эксплуатации сохран-
ность стальной арматуры от коррозии.
Полистиролбетон относится к слабогорючим матери-
алам (группа горючести Г1).
Рекомендуемые области применения: теплоизоляцион-
ные плиты; монолитная теплоизоляция перекрытий и по-
крытий; монолитная теплоизоляция трехслойных панелей,
блоков и наружных стен; пустотелые элементы для сборно-
монолитных стен; сплошные блоки; монолитные стены.
Технические разработки по повышению прочности,
плотности, химической стойкости и долговечности бето-
на привели к созданию группы бетонов с добавками или
на основе полимеров - бетонополимеров и полимер-
бетонов.
Основные возможности использования полимеров в
бетоне сводятся к трем принципам:
1 ) полная или частичная замена неорганического за-
полнителя органическим (полимерным);
2 ) полная или частичная замена неорганического вя-
жущего органическим (полимерным);
3 ) введение органического вяжущего (полимерного)
в имеющийся объем пор цементного бетона.
В соответствии с составом и способами приготовле-
ния бетоны с полимерами делятся на четыре категории:
- полимербетоны (ПБ) - бетоны на основе полимер-
ных вяжущих;
- полимерцементные бетоны (ПЦБ) - цементные
бетоны, модифицированные полимерами;
- полимерсерные бетоны (ПСБ) - серные бетоны,
модифицированные полимерами;
- бетонополимеры (БП) - цементные бетоны, про-
питанные мономерами или олигомерами.
Эти бетоны обладают повышенной плотностью и
прочностью, особенно на растяжение (в 2-4 раза), вы-
сокой коррозионной стойкостью, однако имеют пока от-
носительно высокую стоимость. Их целесообразно при-
менять в конструкциях, которые должны быть водоне-
проницаемыми, а также при ремонтно-восстановитель-
ных работах.
70
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
5.3.3. Арматура
Арматурой называются гибкие или жесткие стальные
стержни, размещенные в массе бетона а соответствии с
расчетом, конструктивными и технологическими требова-
ниями. Назначение арматуры в железобетонных конст-
рукциях заключается в восприятии растягивающих напря-
жений или усилении сжатого бетона.
При классификации арматуры ее подразделяют по
функциональному назначению, технологии изготовления,
форме, поверхности, поперечному сечению, условиям
применения.
В железобетонных конструкциях применяют рабо-
чую, конструктивную и монтажную арматуры.
Рабочую арматуру устанавливают по расчету на
действующие усилия для восприятия растягивающих на-
пряжений и усиления сжатых зон конструкции. В зависи-
мости от воспринимаемых усилий и расположения ее
подразделяют на продольную и поперечную, включаю-
щую хомуты (поперечные стержни) и отогнутые стержни
(рис. 5.10).
Конструктивную и монтажную арматуру устанавли-
вают по конструктивным и технологическим соображени-
ям: конструктивная воспринимает неучитываемые рас-
четом усилия от усадки бетона, изменения температуры,
равномерно распределяет усилия между отдельными
стержнями и т.д.; монтажная обеспечивает проектное
положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и
т.п. В сборных конструкциях для подъема и транспорти-
рования элементов в них устанавливают монтажные
(строповочные) петли, трубки. Для сопряжения сборных
элементов конструкции применяют стальные закладные
детали (см. рис. 5.10).
По технологии изготовления арматуру подразделяют
на горячекатаную стержневую (получаемую способом
проката) и холоднотянутую проволочную (изготовляе-
мую путем вытяжки а холодном состоянии).
По форме поверхности арматура (рис. 5.11) бывает
гладкая и периодического профиля; по поперечному
сечению - гибкая (проволока, стержни) и жесткая (фа-
сонный прокат); по условиям применения - ненапрягае-
мая и предварительно напрягаемая.
КЛАССЫ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ. Стержневая арма-
тура обозначается буквой А и римской цифрой (чем боль-
ше цифра, тем выше прочность). В зависимости от основ-
ных механических характеристик и способов упрочнения
стержневая арматура подразделяется на следующие
Рис. 5.10. Арматура железобетонных элементов:
1 - продольная арматура; 2 - хомуты; 3 - отогнутые стержни; 4 -
монтажная арматура; 5 - монтажные петли; 6 - закладные дета-
ли; 7 ~ балка; 8 - колонна
классы: A-l, A-II, А-Ill, A-IV, A-V, A-VI - горячекатаная, не
подвергаемая упрочняющей обработке; А-Нв, А-111в - уп-
рочненная вытяжкой; Ат-Ill, Ar-IV, Ат-V, Ат-VI - термомеха-
нически упрочненная. Для дополнительной характерис-
тики арматуры к обозначениям классов вводятся индек-
сы: С - указывает на возможность сварки стержней (Ат-
IIIC, Ат-IVC); К - на повышенную стойкость к коррозии (Ат-
IVK, Ат-VlK); СК - на возможность сварки и повышенную
коррозионную стойкость (Ат-VCK); с (специальная) - на
возможность использования при низких температурах
(Ac-II) и т.д.
Каждому классу арматуры соответствуют стали с
одинаковыми прочностными и деформативными свой-
ствами, но с различным химическим составом. Напри-
мер, арматуру класса А-II изготовляют из сталей марок
ВСт5,18Г2С и 10ГТ, класса А-Ill - из сталей марок 25Г2С,
35ГС и т.д. Стержневая арматура выпускается заводами
диаметром 8—80 мм и длиной 6-12 м. Периодический
профиль имеет арматура всех классов, за исключением
круглой (гладкой) арматуры класса А-t (см. рис. 5.11).
Проволочная арматура обозначается буквой В (от
слова «волочение») и подразделяется: на обыкновенную
гладкую арматурную проволоку класса В-I и рифленую (пе-
риодического профиля) класса Вр-I; на высокопрочную
гладкую класса В-II и рифленую класса Вр-ll (рис. 5.11 г);
Рис. 5.11. Виды арматуры:
а - стержневая гладкая класса А-Г, б - стержневая периодичес-
кого профиля класса А-ll; в - то же, класса А-Ill и A-IV; г - прово-
лочная рифленая класса Вр-ll; 1 - вид со стороны вмятин; 2 - вид
с гладкой стороны; д - семипроволочный канат класса К-7
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
71
на аитую проволочную арматуру; на 7-проволочные кана-
ты класса К-7; на 19-проволочные класса К-19 и др.
Механические свойства арматурных сталей и их
применение в конструкциях. Горячекатаная арматура
из стали класса A-I имеет невысокий предел текучести -
240 МПа и удлинение при разрыве до 25%, выпускается
диаметром 6-22 мм и используется для поперечной ра-
бочей арматуры и монтажных петель.
В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры приме-
няют преимущественно сталь классов А-Ill и Ат-Ill диа-
метром 6-40 мм с пределом текучести 400 МПа.
В качестве напрягаемой арматуры применяют стерж-
невую горячекатаную сталь классов A-IV и Ат-tVC диамет-
ром 10-32 мм, классов A-V и Ат-V диаметром 10-22 мм,
классов A-VI и Ат-VI диаметром 10-32 мм, имеющую вы-
сокие значения предела текучести - 600-1000 МПа.
Для армирования железобетонных элементоа длиной
более 12 м в качестве напрягаемой арматуры, в основ-
ном, применяют проволочную класса Вр-ll диаметром 5-
3 мм, В-Il диаметром 4-8 мм и канатную класса К-7 диа-
метром 6-15 мм, К-19 диаметром 14 мм.
Арматурные изделия. Для армирования железобе-
~онных конструкций используют различные арматурные
изделия. В целях индустриализации и механизации арма-
-урных работ ненапрягаемую арматуру преимущественно
'рименяют а виде сварных сеток и каркасов. Их изготав-
ливают контактной точечной сваркой из арматуры клас-
сов A-I, A-II, А-Ill, В-I и Вр-I на сварочных машинах.
Сварные сетки применяют главным образом для ар-
мирования плитных конструкций. В зависимости от на-
юавления рабочих стержней они бывают трех типов; с
’эодольной рабочей арматурой, с поперечной рабочей
зоматурой, с рабочей арматурой в обоих направлениях.
Зтержни, расположенные перпендикулярно рабочим, яв-
-чются распределительными (монтажными). Сетки могут
с^ть стандартными и индивидуального проектирования.
Стандартные сетки изготавливают из арматуры клас-
та Вр-I диаметром 4 или 5 мм и класса А-Ill диаметром 6,
" и 8 мм, кроме того, из стержневой арматуры классов А-1,
-•И. А-Ill диаметром до 40 мм. Сетки бывают плоскими и
: «лонными. В рулонных сетках наибольший диаметр про-
дольных стержней 5 мм, а их длина зависит от массы ру-
‘она (200-500 кг). Длина плоских сеток до 9 м.
Сварные каркасы применяют для армирования ли-
-ейных элементов (балок, колонн и т.п.). Они могут быть
тоскими и пространственными.
Плоские каркасы состоят из продольных рабочих и
•онтажных стержней и приваренных к ним поперечных
т-ержней (рис. 5.12). В сварных каркасах для армирова-
-.1я изгибаемых элементов продольные рабочие стержни
••<эгут располагаться в один ряд (рис. 5.12 а, б, в) и в два
г яда (рис. 5.12 г, д), а по отношению к поперечным стер-
«чям иметь одностороннее и двухстороннее расположе-
-ие. Рекомендуется применять каркасы с односторонним
размещением продольных стержней, так как при этом
.-учшаются условия контактной точечной сварки и до-
жигается лучшее сцепление арматуры с бетоном.
Арматуру железобетонных элементов проектируют
-зеимущественно в виде пространственных каркасов це-
~.1ком на все изделие или в виде крупных блоков с их пос-
едующей сборкой у места формовки.
Вязаные каркасы применяют, в основном, в моно-
-итных конструкциях сложной конфигурации при малой
"овторяемости арматурных изделий, а также в конструк-
циях, подверженных воздействию динамических или мно-
гократно повторяющихся нагрузок либо эксплуатируемых
при отрицательных температурах ниже -ЗО'С. Вязаные
каркасы образуют перевязкой стержней в местах их пе-
ресечения мягкой вязальной проволокой диаметром до
1 мм. Этот способ изготовления каркасов требует боль-
ших затрат ручного труда, но позволяет готовить арма-
турные изделия из стержней любой формы при различ-
ном их расположении.
5.3.4. Свойства железобетона
Свойства железобетона, в основном, зависят от
свойств и характеристик бетона и арматуры. Однако бла-
годаря их совместной работе (главным образом, сцепле-
нию) такие свойства как температурно-влажностные де-
формации и деформации под нагрузкой проявляются в
железобетоне несколько иначе, чем в бетоне.
Сцепление арматуры с бетоном является основ-
ным свойством железобетона, обеспечивающим его су-
ществование как строительного материала. Прочность
сцепления определяется путем выдергивания или про-
давливания стержней, заделанных в бетон, и обеспечива-
ется: склеиванием арматуры с бетоном; трением, возни-
кающим в результате зажатия стержней при усадке бето-
на; зацеплением за бетон выступов на поверхности арма-
туры периодического профиля. Наибольшее влияние на
прочность сцепления оказывает механическое зацепле-
ние арматуры в бетоне (до 75% от общего сопротивления
сдвигу).
Усадкв и ползучесть железобетона. Арматура и
бетон, благодаря возникающему между ними сцеплению,
деформируются совместно, при этом арматура препят-
ствует свободному протеканию усадки и ползучести.
Усадка бетона в железобетонном элементе приводит к
возникновению сжимающих напряжений в арматуре и ра-
стягивающих - в бетоне. При достаточно высоком содер-
жании арматуры в бетоне элемента могут возникнуть уса-
дочные трещины. При проектировании протяженных же-
лезобетонных конструкций для снижения отрицательного
влияния усадки устраивают усадочные швы, которые
обычно совмещают с температурными.
Ползучесть бетона при длительном действии нагруз-
ки приводит к перераспределению напряжений между
бетоном и арматурой.
Рис. 5.12. Плоские сварные каркасы:
а-д - для армирования изгибаемых элементов; е - для армиро-
вания колонн
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
72______________________________________________
Ползучесть бетона, в зависимости от вида железобе-
тонных конструкций, оказывает как положительное, так и
отрицательное влияние на их работу. Деформации ползу-
чести в коротких сжатых железобетонных элементах по-
зволяют полностью использовать прочностные свойства
и бетона, и арматуры. В изгибаемых и гибких сжатых эле-
ментах ползучесть приводит к увеличению прогибов и
снижению несущей способности конструкций. В предва-
рительно напряженных конструкциях ползучесть вызыва-
ет потери предварительного натяжения арматуры.
Влияние температуры на железобетон. Длитель-
ное систематическое воздействие на бетон высоких тем-
ператур (до 200"С) снижает прочность бетона до 30%. При
длительном воздействии более высоких температур (до
600‘С) и последующем охлаждении бетон может разру-
шиться полностью. В случаях кратковременного воздей-
ствия высоких температур, например при пожаре, желе-
зобетон в течение нескольких часов сохраняет свою не-
сущую способность. Предел огнестойкости (в минутах)
железобетонного элемента зависит от его размеров (се-
чения), вида арматуры и толщины защитного слоя бето-
на, предохраняющего арматурную сталь от действия вы-
сокой температуры.
Коррозия железобетона - разрушение со време-
нем железобетона под воздействием агрессивной внеш-
ней среды. Развитие коррозии зависит от состава и
свойств агрессивной среды, плотности и проницаемости
бетона, его напряженного состояния и состава. Коррозия
арматуры может происходить одновременно с коррозией
бетона и независимо от нее. В результате коррозии ар-
матуры образуется ржавчина, которая может намного
превышать первоначальный объем арматуры и вызывать
радиальное давление на бетон, что приводит к отколу за-
щитного слоя бетона, обнажению арматуры и ее быстро-
му последующему корродированию. Для уменьшения
коррозии железобетона применяют плотные бетоны, уве-
личивают защитный слой бетона, устраивают защитные
поверхностные покрытия, ограничивают раскрытие тре-
щин в бетоне, снижают агрессивность среды в процессе
эксплуатации.
5.3.5. Специальные виды армированного бетона
Армоцемент - строительный материал, представля-
ющий собой рациональное сочетание тонких стальных
сеток с мелкозернистым (песчаным) бетоном. По струк-
туре армоцемент - разновидность железобетона, но от-
личается от него заполнителем и характером армирова-
ния. Для армоцементных конструкций характерны формы
криволинейной или складчатой конфигурации.
Армоцементные конструкции изготавливают из мел-
козернистого бетона, армированного часто расположен-
ными тонкими сварными или ткаными сетками. Такое ар-
мирование называется дисперсным. Если необходимо
повысить прочность сечения конструкции, допускается
частичная замена сетчатой арматуры стержнями, кото-
рые размещают в ребрах и утолщениях, образующихся
при пересечении наклонных и горизонтальных плоско-
стей конструкции. Такое армирование называется ком-
бинированным, или сосредоточенным.
Мелкозернистый бетон в сочетании с тонкими сталь-
ными сетками (диаметр проволок 0,5-2 мм, размер ячеек
до 10 мм) дает возможность изготавливать элементы тол-
щиной 15-30 мм.
По сравнению с железобетоном армоцемент облада-
ет некоторыми преимуществами. Он более растяжим,
особенно при дисперсном армировании. Ширина рас-
крытия трещин меньше, а шаг их чаще, что зависит от
вида армирования. Водонепроницаемость, сопротивле-
ние динамическим воздействиям и истиранию также
выше, чем у железобетона.
Вместе с тем армоцементу свойственны и недостат-
ки. Наиболее существенные из них - опасность коррозии
арматуры из тонкой проволоки из-за нарушения защит-
ного слоя бетона, что иногда вызывает необходимость в
специальной защите арматуры; повышенные деформа-
ции усадки и ползучести мелкозернистого бетона; низкая
огнестойкость; большие тепло- и звукопроводность;
сложность усиления конструкций.
Армоцементные конструкции могут рационально ис-
пользоваться прежде всего в покрытиях зданий различ-
ного назначения с малыми и большими пролетами, для
возведения объемных блоков санитарно-технических ка-
бин, в сборно-разборных перегородках промышленных
зданий, в подвесных потолках, а также при строительстве
водонапорных башен, резервуаров и других сооружений.
Перспективным направлением для тонкостенных кон-
струкций является применение в них фибробетона, т.е.
бетона, хаотически армированного короткими отрезками
волокон (фибр) из различных материалов - стальной про-
волоки, асбеста, полипропилена, нейлона и др. длиной
10-30 мм и толщиной 0,2-1 мм. К настоящему времени в
достаточной мере апробированы следующие виды фиб-
робетона: сталефибробетон, стеклофибробетон, фиб-
робетон на синтетической фибре и фибробетон, ар-
мированный углеродными волокнами. Последние два
вида в отечественной практике не встречаются. Однако
Россия занимает ведущее место в мире по производству
разновидности фибробетона - асбестоцемента.
Фибробетон обладает более высокими по сравнению
с обычным бетоном прочностью на растяжение, динами-
ческой и ударной прочностью, трещиностойкостью и пла-
стичностью при разрушении. Кроме того, применение
фибробетона позволяет изготавливать тонкостенные
пространственные конструкции без сеток и каркасов, су-
щественно сокращать трудозатраты на изготовление и
монтаж, повышать выразительность архитектурно-конст-
руктивных решений.
В России, по мнению специалистов, около половины
выпускаемого сборного железобетона целесообразно
изготавливать с применением сгалефибробетона. Узло-
вым вопросом реализации достоинств сталефибробето-
на на практике является решение проблемы обеспечения
производства фибрами.
Сталежелезобетон представляет собой комбиниро-
ванный строительный материал, состоящий из железобе-
тонных и стальных элементов, объединенных в одно це-
лое для обеспечения их совместной работы. Другими
словами, это железобетон, усиленный стальными эле-
ментами.
Сталежелезобетонные элементы по конструктивному
решению и характеру работы подразделяют на четыре типа.
1. Конструкции, состоящие из жестких стальных про-
катных, сварных или гнутых профилей (двутавр, коробча-
тое и т.п. сечения), располагающихся вне железобетон-
ной части конструкции (рис. 5.13 а).
2. Конструкции, состоящие из жестких стальных про-
филей, располагающихся внутри железобетонной части
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
73
конструкции (так называемые железобетонные конструк-
ции с жесткой арматурой) (рис. 5.13 б, в).
3. Конструкции, состоящие из жестких стальных про-
филей (трубы, швеллеры, уголки) или полос, располага-
ющихся по всему периметру (трубобетон) или у одной и
более граней (рис. 5.13 г-ж).
4. Конструкции, состоящие из тонких стальных глад-
ких или профилированных листов, располагающихся с
одной или двух сторон тонкостенной железобетонной
конструкции и служащие одновременно опалубкой, изо-
ляцией и рабочей арматурой (рис. 5.13 з).
Сталежелезобетонные элементы, в которых опти-
мально сочетаются положительные свойства стали и же-
лезобетона, сохраняют в себе основные достоинства
стальных элементов, но в то же время характеризуются
значительно более высокими показателями жесткости и
огнестойкости, чем стальные.
5.4. Материалы для каменных
и армокаменных конструкций
5.4.1. Каменные материалы
Каменные материалы (изделия) подразделяют на
следующие группы:
• по виду материалов - природные, добываемые
в каменных карьерах (мелкие и крупные блоки, бут, ще-
бень); искусственные, изготавливаемые из глин, трепелов
и диатомитов путем обжига (кирпич, керамические кам-
ни, облицовочние плитки) или на основе вяжущих (сили-
катный кирпич, бетонные камни и блоки);
• по размеру изделий - блоки (камни) крупные
высотой более 50 см, блоки (камни) мелкие высотой ID-
20 см и кирпич высотой до 10 см;
• по структуре - полнотелые и пустотелые кирпи-
чи, камни, блоки;
• по прочности - марки или классы:
а) камни - по пределу прочности на сжатие (а кир-
пич - на сжатие с учетом его прочности при изгибе): 4, 7,
10, 15,25,35,50 (камни малой прочности - легкие бетон-
ные и природные камни); 75, 100, 125, 150, 200 (средней
прочности - кирпич, керамические, бетонные и природ-
ные камни); 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 (высокой
прочности - кирпич, природные и бетонные камни);
б) бетоны классов по прочности на сжатие:
• тяжелые - В3.5; В5; В7.5: В12.5; В15; В20; В25;
ВЗО;
• на пористых заполнителях - В2; В2,5; В3,5; В5;
В7,5; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО;
• ячеистые - 81; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В12,5;
• крупнопористые - В1; В2; В2,5: В3.5; В5; В7,5;
• поризованные - В2,5; В3,5; В5; В7,5;
• силикатные - В12,5; В15: В20; В25; ВЗО;
• по морозостойкости - F10; F15; F25; F35; F50;
F75; F100; F150; F200; F300.
Требования, предъявляемые к каменным конструкци-
ям по морозостойкости, зависят от региона строитель-
ства, условий эксплуатации (наружные стены, подземные
части стен), влажностного режима помещений (сухой,
нормальный, влажный, мокрый) и класса ответственности
здания (I, II и 111). Наиболее высокие требования предъяв-
ляются к конструкциям наружных стен с мокрым режимом
помещений зданий I класса ответственности - марку ка-
менных материалов по морозостойкости принимают не
менее F50.
Кирпич и камни керамические (ГОСТ 530-95) из-
готавливают из глинистых и кремнеземистых пород
(трепела, диатомита), лессов и промышленных отходов
с минеральными и органическими добавками или без
них; применяют в соответствии с проектом для кладки
стен и других элементов зданий. Кирпич может быть как
полнотелым, так и пустотелым; камни - только пустоте-
лыми (рис. 5.14; 5.15).
Рис. 5.13. Сталежелезобетонные элементы конструкций:
а, з - перекрытия: б-е - колонны; ж - балка; 1 - бетон, 2 - плос-
кий арматурный каркас; 3 - арматурная сетка; 4 - гибкий анкер
(на балке); 5 - пространственный арматурный каркас; 6 - соеди-
нительная планка; 7 - сталь полосовая; 8 - гибкая связь; 9 - про-
филированный стальной лист
Рис. 5-14. Кирпич глиняный пустотелый:
а-ж - с вертикальными пустотами; з, и - с горизонтальными пу-
стотами
74
В А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Пустоты в керамических кирпиче и камнях выполня-
ют вертикальными или горизонтальными, расположенны-
ми, соответственно, перпендикулярно или параллельно
постели. Они могут быть сквозными или несквозными,
цилиндрическим или щелевидными
По прочности керамические кирпич и камни разделя-
ют на марки: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300.
Марки по морозостойкости: F15, F25, F35, F50.
Кирпич и камни должны иметь форму прямоугольно-
го параллелепипеда с ровными гранями на лицевых по-
верхностях. Поверхность граней может быть рифленой.
Допускается изготовление кирпича и камней с закруглен-
ными углами с радиусом до 15 мм.
Кирпич и камни силикатные (ГОСТ 379-95), рядо-
вые и лицевые, изготавливают прессованием увлажнен-
ной смеси песка с другими мелкими заполнителями, из-
вести с другими вяжущими и последующим твердением
под действием пара в автоклаве. Силикатные изделия
применяют, в основном, для кладки наружных и внутрен-
них стен зданий.
Силикатные кирпич и камни изготавливают полноте-
лыми, пустотелыми (рис. 5.16), пористыми (с пористыми
заполнителя ми), пористопустотел ы м и.
Они могут быть неокрашенными, цветными и окрашен-
ными в массе, с поверхностной отделкой лицевых граней.
По прочности и морозостойкости силикатные кирпич
и камни разделяют на такие же марки, как керамические
изделия.
Камни бетонные (ГОСТ 6133-84) выпускают сплош-
ными и пустотелыми, лицевыми и рядовыми, изготовлен-
ными из тяжелых и легких бетонов Наиболее высокими
теплоизоляционными свойствами обладают камни со ще-
левидными пустотами, расположенными на пути теплово-
го потока (рис. 5.17).
В зависимости от вида вяжущего бетонные камни
разделяют на типы: СКЦ - на цементном вяжущем; СКИ -
на известковом вяжущем; СКШ - на шлаковом вяжущем;
СКГ - на гипсовом вяжущем.
Размеры камней: для стен - 390 х 190 х 138 мм;
390 х 90 х 188 мм и 410 х 200 х 200 мм, для перегоро-
док - 590 х 90 х 188 мм. Масса одного камня не должна
превышать 31 кг.
По прочности на сжатие камни подразделяют на мар-
ки: 25, 35, 50, 75. 100, 125, 150, 200.
Рис. 5.15. Камни керамические пустотелые
Блоки ячеистобетонные (ГОСТ 21520-89) применя-
ют для кладки наружных и внутренних стен, перегородок
для зданий с влажностью воздуха помещений не более
75% с ограничением по высоте в зависимости от класса
по прочности.
По сравнению с кирпичом и бетонными камнями яче-
истобетонные блоки обладают лучшими показателями по
тепло- и звукоизоляции и легко обрабатываются (пилят-
ся, строгаются, сверлятся), благодаря малой плотности и
своей структуре.
Для блоков применяется ячеистый бетон со следую-
щими показателями:
• класс по прочности на сжатие - В1; В2; В2,5;
В3.5; В5; В7.5; В 12,5, В15;
• марка по средней плотности - 500; 600; 700; 800;
900; 1000; 1100; 1200;
• марка по морозостойкости - F15, F25, F35, F50.
а 0 30
ффффф
Рис. 5.16. Кирпич (камень) силикатный утолщенный с вертикаль-
ными цилиндрическими пустотами
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
75
Номинальные размеры блоков: длина - 300, 600 мм;
ширина - 250, 300, 400 мм; высота - 100, 200. 300 мм.
Конструктивные размеры устанавливаются в зависимос-
ти от вида кладки (на растворе или на клею). Крупные сте-
новые блоки имеют длину 1,2 и 2,4 м, высоту 0,6 м и ши-
рину 0,3 и 0,4 м.
Кирпич керамический фасонный с круглыми и щеле-
видными пустотами (рис. 5.18) применяют для элементов
стен - карнизов, поясков, тяг, пилястр, а также для кладки
столбов, обрамлений различных проемов, ограждений и т.п.
Цветной фасадный кирпич (сплошной и пустоте-
лый) с гладкой, рифленой или офактуренной поверхно-
стью производится с помощью ангобирования. Дня окра-
шивания поверхности лицевого кирпича применяют мо-
розостойкие и светостойкие, различные по цвету (более
50 оттенков) составы ангобов (белый, серый, голубой, зе-
леный, красный, розовый, желтый, кремовый, коричневый
и др.). Кирпич выпускают следующих марок: 75, 100, 125,
150; морозостойкостью F25, F35, F50.
Стеновые камни, получаемые из горных пород
(ГОСТ 4001-84), предназначены для кладки стен, перего-
родок и других частей зданий.
Природные камни, в зависимости от способа добычи
и точности их формы, разделяют на следующие виды:
• пиленые и чистой тески - выступы до 2 мм;
• получистой тески - выступы до 10 мм;
• грубой тески - выступы до 20 мм;
• грубоколотые (под скобу) и плитняк - две при-
близительно параллельные грани;
• камень бутовый рваный - неправильная форма.
Наиболее распространены в строительстве природ-
ные камни правильной формы, выпиливаемые из масси-
ва горной породы - известняка и вулканического туфа -
или получаемые при распиливании блоков заготовок. Но-
минальные размеры полномерных (рядовых) камней
обычно бывают: 400 х 200 х 200 мм; 500 х 250 х 200 мм и
400 х 200 х 300 мм. Кроме того, заготавливают доборные
камни-половинки и трехчетвертки (по длине).
Стеновые камни из горных пород разделяют на мар-
ки по прочности на сжатие: 4; 7; 10; 15; 25; 35; 50; 75; 100;
125; 200; 300; 400.
Рис. 5.17. Камень бетонный с вертикальными щелевидными пу-
стотами
Камни не должны иметь следов выветривания, про-
слоек глины или пирита, видимых расслоений и трещин.
Масса камней составляет 15-40 кг.
Блоки стеновые гипсобетонные применяются для
малоэтажных зданий. Изготавливаются из гипсобетона
на основе гипсоизвестковошлакового вяжущего с верти-
кальными термовкладышами (утеплителем) из пенополи-
стирола. Выпускают блоки мелкоразмерные (390 х 190 х
190 мм и 500 х 250 х 200 мм) и крупноразмерные длиной
от 0,8 до 3,6 м, толщиной 0.4 м и высотой от 0,8 до 1,5 м
(рис. 5.19). Класс прочности на сжатие В5 и В7,5; моро-
зостойкость F25 и F35.
Блоки стеновые полистиролбетонные сплошные
представляют собой новое поколение строительных ма-
териалов, предназначенных для возведения теплоэффек-
тивных наружных стен. Полистиролбетонные блоки соче-
тают в себе достоинства таких известных материалов как
бетон (прочность), дерево (легкость обработки) и поли-
стирол (высокие тепло- и звукоизоляционные свойства).
Технические характеристики полистиролбетона при-
ведены в п. 5.3.2.
Изделие из полистиролбетона представляет собой
стандартный блок размером 600 х 300 х 200 мм и плотнос-
тью от 250 до 600 кг/м3. D250-300 применяется в качестве
утеплителя в колодцевой кладке стен и возведения перего-
родок, D350—450 применяется для самонесущих стен,
D500—600 - для несущих стен малоэтажных зданий. Блоки
могут изготавливаться с поверхностями «паз—гребень».
Блоки из стабилизированного грунта. Грунт, один
из самых древних строительных материалов, имеет пре-
обладающее применение почти во всех странах Африки,
странах Среднего Востока и Южной Америки Примене-
ние грунта в промышленно развитых странах объясняет-
ся двумя причинами: материал создает более благопри-
ятную среду жизнедеятельности человека по сравнению
с бетонами и пластмассами; энергоемкость блока из ста-
билизированного цементом грунта составляет всего 1/40
энергоемкости обожженного керамического кирпича.
Кроме того, при изготовлении грунтоблоков можно эф-
фективно утилизировать промышленные отходы - шлаки
и золы, применяемые для стабилизации грунта.
В России разработан способ изготовления конструк-
ционно-теплоизоляционного блока «Геокар». Основа бло-
ка - торф, из которого путем ряда технологических при-
емов получается новое связующее, способное заменить
традиционные связующие (цемент, известь, смолы). В
Рис. 5.18. Формы фасонного керамического кирпича
76
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
качестве наполнителя используются отходы - опил, руб-
леная солома или льнокостра.
Блоки имеют размеры 510 х 250 х 88 мм и плотность
250-450 кг/м3.
5.4- 2. Строительные растворы
С помощью строительных растворов обеспечивается
связь между отдельными камнями в кладке, уменьшается
ее продуваемость и влагопроницаемость, образуется
монолитная каменная кладка.
В зависимости от типа вяжущего материала различа-
ют следующие растворы: цементные, известковые, це-
ментно-известковые, цементно-глиняные.
Растворы по плотности (в сухом состоянии) разделя-
ют на тяжелые - плотностью выше 1500 кг/м3 и легкие -
плотностью менее 1500 кг/м3. Тяжелые растворы изготав-
ливают с применением плотных, а легкие - пористых за-
полнителей.
Маркой раствора называют предел прочности при
сжатии стандартных кубиков, выдержанных 28 суток и ис-
пытанных в соответствии с ГОСТом. Растворы, применяе-
мые в современном строительстве, имеют марки: 4; 10;
25; 50; 75; 100; 150 и 200.
Наибольшую прочность и атмосферную стойкость
имеют цементные растворы. Известковые и глиняные ра-
створы медленно твердеют, имеют низкую прочность и
быстро разрушаются при увеличении влажности, поэто-
му их применяют при небольших нагрузках в кладке вто-
ростепенных конструкций.
В последние годы в качестве кладочных растворов
используются различные сухие строительные смеси,
которые представляют собой смеси на цементной основе
с использованием фракционированного кварцевого пес-
ка, наполнителей и современных высокотехнологичных
добавок, благодаря которым растворы обладают повы-
Рис. 5.19. Блоки гипсобетонные с термовкладышами из пенопо-
листирола:
а - мелкие блоки; б - крупные блоки
шенной сцепляемостью с поверхностью, влагостойко-
стью, устойчивостью к оползанию, пластичностью и проч-
ностью. После схватывания смеси не дают усадки и не
образуют трещин.
Марку раствора для каменной кладки выбирают с
учетом требований прочности и долговечности зданий.
Для наружных стен зданий со сроком службы более
50 лет, имеющих помещения нормальной влажности (до
60%), минимальную марку раствора принимают не ниже
10, влажные помещения (60-75%) - не ниже 25 и мокрые
(более 75%) - не ниже 50. Для подземной кладки фунда-
ментов и цоколей во влажном грунте рекомендуется при-
менять цементно-известковые и цементно-глиняные ра-
створы марок 25 и 50, в насыщенных водой грунтах - це-
ментные растворы марок не ниже 50.
Для проведения кладочных работ в зимнее время в
растворы необходимо добавлять противоморозные до-
бавки.
Для получения цветных растворных смесей в их со-
став вводятся пигменты, благодаря чему можно получить
оттенки, наиболее подходящие к цвету лицевого кирпича
(камня).
Для кладки элементов с ровными поверхностями, на-
пример, ячеистобетонных блоков, возможно применение
минеральных клеев (строительных паст). Преимущества-
ми клеев (паст) по сравнению с растворами для кладки
являются: более быстрое затвердевание; предотвраще-
ние смещения элементов кладки и образования «мости-
ков холода»1 благодаря тонкому слою швов.
5.5. Теплоизоляционные материалы
и изделия
Строительные материалы, характеризующиеся малой
способностью проведения тепла, относят к теплоизоляци-
онным. Однако эти материалы подразделяют на чисто теп-
лоизоляционные и материалы, которые можно рассматри-
вать как теплоизоляционно-конструкционные, гидроизоля-
ционные, отделочные, звукоизоляционные (акустические).
При выборе теплоизоляционного материала для
утепления конкретного объекта (здания) необходимо учи-
тывать весь комплекс свойств данного материала. Созда-
ние комфортных условий в здании и эффективное энер-
госбережение определяются не только видом тепловой
изоляции (хотя это основное), но и видом конструктивных
решений (способом компоновки этой изоляции в конст-
рукции в целом).
5.5.1. Классификация
Строительные теплоизоляционные материалы и из-
делия подразделяют по форме и внешнему виду, структу-
ре, виду исходного сырья, плотности, жесткости, тепло-
проводности, возгораемости.
По форме и внешнему виду:
• штучные (плиты, блоки);
• рулонные (маты);
• шнуровые (шнуры, жгуты);
• рыхлые (вата);.
• сыпучие (песок, крошка);
• заливочные (бетоны, пенопласты).
По структуре:
• волокнистые;
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
77
• зернистые;
• ячеистые.
По виду исходного сырья:
• неорганические (минеральные);
• органические (синтетические);
• композиционные.
По средней плотности:
• особо низкой плотности (ОНП) марок 15; 25; 35;
50; 75;
• низкой плотности (НП) марок 100; 125; 150; 175;
• средней плотности (СП), марок 200; 225; 250;
300; 350;
• плотные (ПЛ) марок 400; 450; 500; 600.
По жесткости:
• мягкие (М) - сжимаемость более 30% (при
удельной нагрузке 0,002 МПа);
• полужесткие (П) - сжимаемость 6-30% (при
удельной нагрузке 0,002 МПа);
• жесткие (Ж) - сжимаемость до 6% (при удельной
нагрузке 0,002 МПа);
• повышенной жесткости (ПЖ) - сжимаемость до
10% (при удельной нагрузке 0,04 МПа);
• твердые (Т) - сжимаемость до 10% (при удель-
ной нагрузке 0,1 МПа).
По теплопроводности:
• класс А - низкая теплопроводность (до 0,06 Вт/
(м • К);
• класс Б - средняя теплопроводность (от 0,06 до
0,115 Вт/(м • К);
• класс В - повышенная теплопроводность (от
0,115 до 0,175 Вт/(м К).
По возгораемости:
• несгораемые;
• трудносгораемые;
• сгораемые;
• трудновоспламеняющиеся {материалы из пласт-
масс).
5.5.2. Неорганические материалы и изделия
1. ШТУЧНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Минераловатные плиты на синтетическом связу-
ющем мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жест-
кости и твердые, получаемые формованием и тепловой
обработкой минеральной ваты с добавками или без них.
Размеры: длина 0,9; 1,0; 1,2 м; ширина 0,45; 0,5; 0,9;
1,0 м; толщина 20-100 мм. Плотность 35-350 кг/м3. Теп-
лопроводность 0,047-0,06 Вт/(м К).
Минераловатные плиты на битумном связующем
мягкие, полужесткие и жесткие. Трудновоспламеняемые.
Размеры: длина 1-2 м; ширина 0,5 и 1 м; толщина 40-
100 мм. Плотность 50-250 кг/м3. Теплопроводность 0,05-
0,058 Вт/(м • К).
Минераловатные плиты из базальтового волок-
на полужесткие, жесткие и повышенной жесткости на
минеральном сеязующем, получаемые методом «мок-
рой» технологии. Размеры: длина 0,9 и 1,0 м; ширина
0,6 м; толщина 15-100 мм. Плотность 35—250 кг/м3.
Теплопроводность 0,033-0,05 Вт/(м К). Относятся к
группе несгораемых материалов. Отечественный товар-
ный знак «Тимлак», импортные аналоги «Парок» (Фин-
ляндия), «Роквул» (Дания).
Плиты из стеклянного волокна на синтетическом
связующем, получаемые уплотнением и тепловой обра-
боткой из штапельного волокна. По плотности плиты де-
лятся на марки: плиты жесткие строительные (ПЖС-175 и
ПЖС-200), полужесткие строительные (ППС-50, ППС-75).
Размеры: длина 1 м; ширина 0,5-1,5 м; толщина 50-
80 мм. Теплопроводность не более 0,052 Вт/(м • К). Отно-
сятся к группам негорючих (НГ) и слабогорючих (Г1) ма-
териалов. Импортный аналог - «Урса» (Германия).
2. ШТУЧНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Лигноперлитовые плиты, получаемые формовани-
ем из перлита на лигносульфатном связующем с добав-
ками. Размеры - 5000 х 1000 х 50(80) мм.
Плиты на базе силиката натрия (жидкого стекла),
получаемые из кварца, переведенного в аморфное состо-
яние. Размеры 1000 х 600 х 60(100) мм. Плотность 50-
120кг/м3.Теплопроводность 0,03-0,04 Вт/(м • К). Темпе-
ратура эксплуатации до 450"С.
Блоки из пеностекла, получаемые спеканием тонко-
измельченного стеклянного порошка с порообразовате-
лями. Размеры: длина 200-475 мм; ширина 125-400 мм;
толщина 60; 80; 100; 120 мм. Плотность 180-230 кг/м3.
Теплопроводность 0,06-0,09 Вт/(м • К). Экологически чи-
стый и пожаробезопасный (негорючий) материал. Не
подвержен коррозии, гниению, разрушению грибком, не-
проницаем для пара и влаги.
Перлитобитумные плиты, получаемые из вспученно-
го перлитового песка, глины, битумного связующего с до-
бавками асбеста (или без добавки). Размеры: длина 0,5 и
1,0 м; ширина 0,5 м; толщина 40; 50 и 60 мм. Плотность 200-
300 кг/м3. Теплопроводность от 0,076 до 0,087 Вт/(м • К).
Перлитофосфогелевые плиты, получаемые из пер-
литового песка, жидкого стекла, ортофосфорной кисло-
ты с добавками армирующих волокнистых материалов.
Размеры: длина 0,45-1,0 м; ширина 0,25-0,5 м; толщина
40-100 мм. Плотность 200-300 кг/м3. Теплопроводность
0,064-0,082 Вт/(м К).
Силопор - плиты из песка, цемента, извести, газо-
образователя и пенообразователя. Экологически чистый
и негорючий материал. Плотность 120-150 кг/м3. Тепло-
проводность 0,03-0,045 Вт/(м К).
3. РУЛОННЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Минераловатные маты на синтетическом связую-
щем, получаемые уплотнением и температурной обра-
боткой из минеральной ваты. Плотность 50-125 кг/м3.
Теплопроводность 0,048-0,056 8т/(м К)
Маты из стеклянного волокна на синтетическом
связующем, получаемые уплотнением и тепловой обра-
боткой из штапельного волокна. Размеры: длина 1,4-13
м; ширина 0,5-1,5 м; толщина 30-80 мм. Плотность ID-
25 кг/м3. Теплопроводность 0,04-0,05 Вт/(м • К). Относят-
ся к группе негорючих (НГ) материалов. Импортные ана-
логи: «Урса» (Германия), «Изовер» (Финляндия).
4. СЫПУЧИЕ ЗЕРНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Перлит вспученный - песок, получаемый из мине-
рала вулканического происхождения дроблением и на-
греванием. Пористость зерен 80-90%. Насыпная плот-
ность 50-200 кг/м3. Теплопроводность 0,043-0,093 Вт/
/(м К). Применяется в качестве теплоизолирующих за-
сыпок и при изготовлении изделий.
Вермикулит вспученный - сыпучий материал че-
шуйчатого строения, получаемый обжигом природных
слюд. Не горюч, биологически стоек, не канцерогенен.
Насыпная плотность 70-150 кг/м3. Теплопроводность
0,04-0,05 Вт/(м К). Температура применения от - 260 до
1100'С.
В.А Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
78____________________________________________
Кремнегран - новый материал, получаемый из крем-
нистых горных пород и техногенных отходов с фракцией
10-40 мм. Экологически чист, не горюч и биологически
устойчив. Насыпная плотность 150-300 кг/м3. Теплопро-
водность 0,06-0,08 Вт/(м К). Может применяться в каче-
стве заполнителя в бетоне (кремнегранбетон) и для изго-
товления изоляционных плит.
5.5.3. Органические материалы и изделия
1. ШТУЧНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Древесно-волокнистые плиты, получаемые формо-
ванием и сушкой из распущенных древесных волокон с
введением добавок. Размеры: длина до 3 м; ширина
1,2 м; толщина 8,12 и 16 мм. Плотность 200-400 кг/м3.
Теплопроводность 0,05-0,09 Вт/(м К).
Торфяные плиты и блоки «Геокар», получаемые
формованием и сушкой из малораэложившегося торфа с
введением добавок. Плотность 250-450 кг/м3. Теплопро-
водность 0,06-0,1 Вт/(м К). Предназначаются для воз-
ведения наружных стен малоэтажных зданий.
Цементно-фибролитовые плиты, получаемые
прессованием из древесной шерсти и портландцемента.
Размеры; длина до 2,4 м; ширина 0,5 м; толщина 50, 75,
100 мм. Плотность 300—500 кг/м3. Теплопроводность
0,09-0,15 Вт/(м К).
Камышитовые плиты, получаемые из стеблей ка-
мыша (тростника) путем прессования и скрепления
стальной оцинкованной проволокой. Размеры: длина 2-
3 м; ширина до 1 м; толщина 50-100 мм. Плотность 175-
250 кг/м3. Теплопроводность 0,058-0,093 Вт/(м • К). Ка-
мышит при открытом пламени не горит, но тлеет.
Фибролитовые плиты, получаемые прессованием
древесной стружки с цементом и химическими добавка-
ми. Размеры; длина 2,4 и 3 м; ширина 0,6 и 1,2 м; толщи-
на 30-150 мм. Плотность 250-500 кг/м3. Теплопровод-
ность до 0,1 Вт/(м К).
Арболитовые плиты и блоки, получаемые из дробле-
ной древесины на цементном связующем (деревобетон).
Экологически чистый, экономичный, универсальный (кон-
струкционно-изоляционный) материал, сочетающий луч-
шие свойства дерева и камня (легкий, не горит, не гниет,
не разбухает). Плотность400-800 кг/м3. Теплопроводность
0,07-0,16 Вт/(м К). Прочность при сжатии 2-3,5 МПа.
2 ШТУЧНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Пенополистирольные плиты (марки ПСБ-С и ПС) -
жесткий пенопласт с равномерной замкнутой мелкоячеи-
стой структурой, получаемый на основе полистирола.
Размеры: длина 0,8-2,4 м; ширина 0,8-1,6 м; толщина
50-80 мм. Плотность 40—400 кг/м3. Теплопроводность от
0,03 до 0,055 Вт/(м • К). Обладает пониженной горючес-
тью и самозатуханием, стоек к воздействию влаги, водя-
ных паров, химических веществ, не подвержен гниению.
Экструдированный пенополистирол (ЭППС) - пе-
номатериал нового поколения с равномерной структурой,
состоящей из мелких закрытых ячеек, изготовленный ме-
тодом экструзии в виде плит. Размеры: длина 1,0-4,5 м;
ширина 0,4-0,7 м; толщина 10-60 мм. Плотность 25-
70 кг/м3. Теплопроводность 0,025-0,04 Вт/(м • К). ЭППС
имеет сопротивление диффузии водяных паров (отсут-
ствие капилярного водопоглощения), не подвержен гние-
нию, экологически чист. Материал горючий (Г2, ГЗ), труд-
новоспламеняемый (В1). Расчетный срок службы до
120 лет. Прочность на сжатие 0,15-0,7 МПа. Отечествен-
ные торговые марки - «Пеноплэкс», «Экстрапен», «Экс-
пол»; импортные - «Стиродур» (Германия), «Флормейт»,
«Руфмейт» (США).
Пенополистиролцементные плиты - термозвукои-
зол. Размеры: длина 1,0 м; ширина 0,5 и 1,0 м; толщина
80, 100, 120, 140 мм. Плотность 330 кг/м3. Теплопровод-
ность 0,07 Вт/(м - К).
Пеноизол - материал в виде плит, изготовленный
беслрессовым способом из пенообразующего состава,
содержащего полимерную смолу, пенообразователь,
воду и модификаторы. Размеры плит 1000 х 600 х 100 мм.
Плотность 8-25 кг/м3. Теплопроводность 0.035-0,047 Вт/
/(м К). По токсичности продуктов горения относится к
группе умеренноопасных (Т2) материалов.
Пенопласт на основе поливинилхлорида (ПВХ-1,
ПВХ-2). Плиты плотностью 50-130 кг/м3. Теплопровод-
ность 0.025-0,052 Вт/(м • К). Материал горюч, но при уда-
лении источника пламени затухает.
Пенопласт фенольный - плиты плотностью 40-
80 кг/м3 для теплоизоляции стен малоэтажных зданий.
Теплопроводность 0,041-0,055 Вт/(м К). Относится к
группе трудносгораемых химически стойких материалов.
Размеры плит: длина 0,6-3 м; ширина 0,5-1,2 м; толщина
от 50 до 170 мм.
Экстузионный пенополиэтилен «Изо л он» - плиты,
представляющие собой затвердевшую пену с закрытопо-
ристой структурой плотностью 175-225 кг/м3. Теплопро-
водность 0,06 Вт/(м К).
3. РУЛОННЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Теплой - материал из вспененного полиэтилена
плотностью 40-60 кг/м3. Теплопроводность 0,023-
0,029 Вт/(м • К). Выпускается в рулонах шириной до 1,5 и
толщиной 2, 4, 6. 8, 10 мм. Применяется для утепления,
шумоизоляции и гидроизоляции стен, полов, потолков,
мансардных крыш. Материал легко режется, сваривается
и склеивается, моется, экологически чист. Фольгирован-
ный теплой используется в качестве отражающей тепло-
изоляции. Аналог - «Изолон».
Экструдированный пенополиэтилен «Этафон
ПСК» - физически связанная эластичная мелкоячеистая
пена с закрытыми порами. Выпускается в виде рулонов
толщиной 2-10 мм. Материал универсальный (тепло-,
гидро- и звукоизолятор одновременно). Теплопровод-
ность 0,032 Вт/(м • К).
Пенофол, фольма - отражающая теплоизоляция из
вспененного полиэтилена с покрытием алюминиевой
фольгой с одной или двух сторон. Выпускается в рулонах
и листах шириной от 0,6 до 1,2 м и толщиной от 2 до
10 мм. Сопротивление теплопередаче до 2 м2 'С/Вт.
Группа горючести Г1, группа воспламеняемости В1,
4. РЫХЛЫЕ И НАПЫЛЯЕМЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МА-
ТЕРИАЛЫ
Эковата - слабогорючий (Г1), трудновоспламеняе-
мый (В1) целлюлозоватный материал, состоящий из от-
работанной макулатуры, борной кислоты (антипирена) и
буры (антисептика). Плотность 35-65 кг/м2. Теплопро-
водность 0,41 Вт/(м • К). Материал гигроскопичен, явля-
ется дополнительной защитой для деревянных конструк-
ций от гниения. Применяется двумя способами монтажа
- сухая засыпка (для горизонтальных поверхностей) и на-
пыление специальной установкой, при котором изоляци-
онный слой получается целостным, «монолитным».
Полиэтрол - аналог эковаты - раствор, получаемый
путем переработки бумажной макулатуры по оригиналы-
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
79
ной технологии. Наносится на поверхности вручную или
механизированным способом.
5. ЗАЛИВОЧНЫЕ ЯЧЕИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Вермикулитобетон - бетон на цементном вяжущем
плотностью 300-800 кг/м3. Теплопроводность 0,08-0,2
Вт/(м К).
Полистиролбетон (ПСБ) - легкий бетон на цемент-
ном вяжущем со вспученным (полистирольным) заполни-
телем плотностью от 150 до 600 кг/м3. Теплопроводность
0,055-0,145 Вт/(м К). Прочность на сжатие 0,25-2 МПа.
Относится к группе слабогорючих материалов (Г1).
Пенополиуретан (ППУ) - жесткая газонаполненная
закрытопористая пластмассовая пена с высокими тепло-
и гидроизоляционными свойствами. Наносится на поверх-
ность любой конфигурации методом напыления или за-
ливки. Плотность 30-200 кг/м3. Теплопроводность 0,02-
0,035 Вт/(м К). Химически и биологически стойкий гиги-
еничный материал.
Карбамидный пенопласт, получаемый из мочевино-
формальдегидных смол. Относится к группе трудновос-
пламеняемых материалов. Плотность 10-30 кг/м3. Тепло-
проводность 0,03-0,04 Вт/(м • К).
Пеноизол - карбамидно-формальдегидный пено-
пласт нового поколения. Плотность 8-25 кг/м3. Теплопро-
водность 0,028-0,037 Вт/(м К). Стойкий к агрессивным
средам, не поддерживает горение.
Силикатный пенопласт «Силаст». В качестве связу-
ющего применяется натриевое жидкое стекло с жидким
отвердителем и пенообразователем. Материал не горюч,
не токсичен, может заливаться в любую полость непос-
редственно на стройплощадке, отверждаясь через 1—
3 минуты. Плотность 75-150 кг/м3. Теплопроводность
0,054-0,062 Вт/(м К).
Глава 6
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ
6.1. Основные положения расчета
конструкций
6.1.1. Нагрузки и воздействия
Нагрузка - механическое воздействие, мерой кото-
рого является сила, характеризующая величину и направ-
ление этого воздействия и вызывающая изменения на-
пряженно-деформируемого состояния конструкций зда-
ний и их оснований.
Воздействие - влияние несилового характера окру-
жающей среды на конструкцию, способное вызвать изме-
нения ее технического состояния (температура, влаж-
ность, агрессивность среды, усадка и ползучесть матери-
ала, сейсмические и взрывные явления, неравномерные
деформации основания).
Основное назначение несущих строительных конст-
рукций состоит в восприятии действующих на них экс-
плуатационных нагрузок различной природы и длитель-
ности. При проектировании Следует учитывать нагрузки,
возникающие не только при эксплуатации зданий, но и
при их возведении.
Нагрузки и воздействия разделяют на нормативные
и расчетные.
Нормативной нагрузкой называется установленное
нормами (СНиП 2.01.07-85*) наибольшее значение на-
грузки, при которой обеспечивается нормальная эксплу-
атация здания.
В реальных условиях эксплуатации конструкций по
каким-либо случайным причинам нагрузка может иметь
значение больше или меньше нормативного. Такую воз-
можность изменчивости нагрузок учитывают введением
коэффициента надежности по нагрузке у(, обычно
имеющего величину больше единицы.
Расчетной называют нагрузку, равную произведению
величины нормативной нагрузки на коэффициент надеж-
ности по нагрузке.
Классификация нагрузок. В зависимости от про-
должительности действия нагрузок различают постоян-
ные и временные (длительные, кратковременные, осо-
бые) нагрузки.
Нагрузка постоянная - нагрузка, которая действует
постоянно в течение всего срока службы здания.
К постоянным нагрузкам относятся:
• вес частей зданий, в том числе вес несущих и
ограждающих строительных конструкций;
• вес и давление грунтов (насыпей, засыпок);
• воздействия предварительного напряжения кон-
струкций.
Нагрузка временная - нагрузка, имеющая ограни-
ченную продолжительность действия, которая в отдель-
ные периоды срока службы здания может отсутствовать
К временным длительным нагрузкам относятся:
• вес временных перегородок;
• вес стационарного оборудования, а также вес
жидкостей и твердых тел, заполняющих оборудование:
• нагрузки на перекрытия складских помещений,
холодильников, зернохранилищ, книгохранилищ, архи-
вов, библиотек и подобных зданий и помещений;
• вес слоя воды водонаполненных плоских по-
крытий;
• технологические и климатические воздействия;
• воздействия, обусловленные деформациями
грунтового основания.
К кратковременным нагрузкам относя ши:
• вес людей, мебели и оборудования (полезные
нагрузки);
• нагрузки от подвижного подъемно-транспортно-
го оборудования (погрузчиков, электрокаров, тельферов,
мостовых и подвесных кранов);
• атмосферные нагрузки (снеговые, ветровые, тем-
пературные воздействия). К особым нагрузкам относятся:
• сейсмические воздействия;
• взрывные воздейстеия;
• нагрузки, вызванные временной неисправно-
стью или поломкой оборудования;
• воздействия от неравномерных осадок основа-
ния, сопровождающихся изменением структуры грунтов.
Сочетания нагрузок. В основном на конструкцию
одновременно действуют несколько нагрузок, поэтому
при расчете конструкций и оснований следует учитывать
их наиболее неблагоприятные сочетания. В зависимости
от состава учитываемых нагрузок сочетания разделяют на
два вида: основные и особые.
80
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
В основном сочетании, если учитывают все постоян-
ные и только одну временную нагрузку, то ее вводят в
расчет без снижения. При действии двух и более времен-
ных нагрузок значение длительных нагрузок умножают на
коэффициент сочетаний = 0,95, для кратковремен-
ных - V = 0,9.
Если максимальное усилие дают постоянные, вре-
менные и особые нагрузки, то такое сочетание называют
особым и все временные длительные нагрузки умножа-
ют на коэффициент сочетаний у = 0,95, а кратковремен-
ные - на v = 0.8-
Коэффициенты сочетаний учитывают малую вероят-
ность одновременного действия длительных и кратковре-
менных нагрузок максимального значения.
Вес конструкций. Нормативное значение веса кон-
струкций определяется на основании стандартов, рабо-
чих чертежей, а также по проектным размерам и удель-
ному весу материалов конструкций. Так, на типовые же-
лезобетонные изделия в соответствующих ГОСТах указы-
вается вес единицы изделия. Собственный вес некоторых
конструкций может определяться по данным опыта стро-
ительства аналогичных объектов.
Коэффициенты надежности по нагрузке yf для веса
конструкций: металлических - 1,05; бетонных, железобе-
тонных, каменных и деревянных -1,1; изоляционных, вы-
равнивающих и отделочных слоев конструкций, выпол-
ненных в заводских условиях - 1,2; тех же на строитель-
ной площадке - 1,3.
Нормативные значения временных равномерно
распределенных нагрузок на плиты перекрытий, лест-
ницы и полы на грунтах принимаются по СНиП. Для ори-
ентировки в табл. 6.1 приводятся некоторые данные.
Коэффициенты надежности по нагрузке для равно-
мерно распределенных нагрузок принимают: 1,2 - при
Таблица 6.1. Нормативные значения нагрузок на
перекрытия
Назначение помещений Нагрузка 0. кПа (кгс/м2) коэффициент надежности по нагрузке, Yf
Книгохранилища, архивы, сцены 5(500) 1,2
Залы: собраний, зрительные, спортивные, торговые, выставочные; вестибюли, фойе 4 (400) 1,2
Обеденные залы (в ресторанах, кафе, столовых) 3 (300) 1,2
Служебные помещения, классные помещения и кабинеты, лаборатории, бытовые помещения 2 (200) 1,2
Квартиры жилых зданий, помещения детских дошкольных учреждений, палаты больниц и санаториев 1,5(150) 1.3
чердачные помещения 0,7 (70) 1,3
нормативном значении 2,0 кПа и более; 1,3- при норма-
тивном значении менее 2,0 кПа.
Снеговая нагрузка. Ее полное расчетное значение
на горизонтальную проекцию покрытия определяется по
формуле;
S = Sq х ц,
где Sq - вес снегового покрова на 1 м2 поверхности в за-
висимости от климатического (снегового) района строи-
тельства (табл. 6.2); ц - коэффициент перехода от веса
снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покры-
тие, учитывающий ее неравномерное распределение в
зависимости от профиля покрытия.
При уклонах покрытия (крыши) менее 25’ коэффици-
ент у = 1; при уклонах более 60" коэффициент р = 0 (снег
не держится на покрытии). При промежуточных значени-
ях коэффициент определяется линейной интерполяцией.
Коэффициент надежности yf для снеговой нагрузки
равен 1,4; если отношение нагрузки от веса покрытия к
S4 менее 0,8, то yf = 1,6.
Расчетное значение ветровой нагрузки на высо-
те z над поверхностью земли определяется по формуле
wm = tn0 х к х с, где tn0 - нормативное значение ветрового
давления (табл. 6.3); к - коэффициент, учитывающий из-
менение ветрового давления по высоте; с - аэродинами-
ческий коэффициент, применяемый в зависимости от
профиля объекта.
Коэффициент надежности по ветровой нагрузке yf= 1,4.
6.1.2. Характеристики прочности материалов
В качестве основного параметра, который характери-
зует сопротивление материала силовым воздействиям,
нормы проектирования устанавливают его нормативное
сопротивление Яг, МПа (кгс/см2). Нормативные сопро-
тивления представляют собой устанавливаемые нормами
(с определенной степенью вероятности) значения напря-
жений, которые может воспринять данный материал.
Обеспеченность значений нормативных сопротивлений
материалов, прошедших приемочный контроль или сор-
тировку, принимается не менее 0,95. Это значит, что не
менее 95% испытанных образцов имеют сопротивление,
равное или большее Rn.
Кроме нормативных сопротивлений устанавливают и
др. характеристики материалов, необходимые для расче-
тов: плотность, модуль упругости, коэффициенты трения,
ползучести, усадки, сопротивление сдвигу и др.
Расчетные сопротивления R - это сопротивления
материалов, принимаемые при расчетах конструкций и
получаемые делением нормативного сопротивления Rn на
коэффициент надежности по материалу ут, т.е. R = Rn/ym.
Коэффициент надежности по материалу учитывает
возможность отклонения сопротивлений материалов в не-
благоприятную сторону от нормативных значений в зави-
Таблица 6.2. Расчетные значения веса снегового покрова на территории РФ
Снеговые районы РФ 1 II III IV V VI VII VIII
Sq, кПа(кгс/м2) 0,8(80) 1,2(120) 1,8(180) 2,4(240) 3,2(320) 4,0(400) 4,8(480) 5,6(560)
Таблица 6.3. Нормативные значения ветрового давления
Ветровые районы РФ 1а I II III IV V VI VII
ш0, кПа (кгс/м2) 0,17(17) 0,23(23) 0,3(30) 0,38(38) 0,48(48) 0,6(60) 0,73(73) 0,85(85)
2 задел i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
81
тимости от свойств материалов, статистической изменчи-
вости их прочностных показателей и других факторов.
При расчетах коэффициент надежности по материа-
лу принимают: для стального проката - 1,025-1,1; для бе-
'□на -1,3 (при сжатии) и 1,5 (при растяжении); для арма-
туры - 1,05-1,2; для древесины - 1,7-5,5.
Особенности действительной работы и предельных со-
:*ояний материалов, конструкций и зданий в целом, имею-
щие систематический характер, но не отраженные в расче-
тах прямым путем, учитываются коэффициентами усло-
вмй работы yri. величины которых установлены СНиПами.
Коэффициенты условий работы учитывают влияние темпе-
оатуры, влажности и агрессивности среды; длительности
действия нагрузок; условия, характер и стадию работы кон-
струкций; приближенность расчетных схем и др. условия.
При благоприятных условиях работы yd > 1, а при небла-
гоприятных < 1. Расчетные значения сопротивления ма-
териалов умножают на коэффициенты условий работы.
Уровни ответственности зданий (I - повышенный, II -
нормальный, III - пониженный) при расчете их конструкций
учитывают коэффициентом надежности по ответствен-
ности уг. принимаемым: для I уровня ответственности -
0.95-1,2; для II уровня ответственности - 0,95; для III уров-
ня ответственности - 0,8-0,95. На коэффициент надежно-
сти по ответственности следует умножать расчетные зна-
чения нагрузок и воздействий (или делить на него значе-
ния расчетных сопротивлений материалов конструкций).
6.1.3. Деформации и предельные состояния
конструкций
Несущую (основную) конструкцию здания можно оп-
ределить как материальное образование любого рода,
предназначенное для восприятия нагрузок. Конструкции
и их элементы при восприятии нагрузок испытывают де-
формации (деформируются).
Деформация - изменение формы или размеров тела
। части тела) под действием каких-либо физических фак-
торов (внешних сил, нагревания и охлаждения, измене-
ния влажности и других воздействий).
В твердых телах, какими и являются конструкции,
различают упругие и пластические деформации.
Деформация упругая - деформация, полностью ис-
чезающая после устранения вызвввшсй сс причины.
Деформация пластическая - остаточная деформа-
ция, происходящая без нарушения сплошности материала.'
Деформация остаточная - часть деформации, не
исчезающая после устранения нагрузок и воздействий,
вызвавших ее.
Деформативность - свойство податливости матери-
алов конструкций к изменению первоначальной формы -
связана, прежде всего, со структурой и механическими
свойствами материалов: прочностью, упругостью, пла-
стичностью, хрупкостью и твердостью.
Прочность - способность материала сопротивлять-
ся разрушению или пластическому деформированию
(необратимому изменению формы) под действием внеш-
них нагрузок.
Упругость - свойство материала (тела) деформиро-
ваться под влиянием нагрузок и воздействий, связанных
с возникновением внутренних сил, и полностью восста-
навливать свою первоначальную форму и объем после
прекращения действия нагрузок и воздействий, вызыва-
ющих деформацию.
Пластичность - свойство материала под действием
внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и раз-
меры и сохранять остаточные (пластические) деформа-
ции после устранения этих сил.
Хрупкость - способность твердых тел разрушаться при
механических воздействиях без заметной пластической де-
формации (свойство, противоположное пластичности).
Твердость - способность материала (тела) сопро-
тивляться проникновению в него другого, более твердо-
го, тела.
Одной из важнейших свойств конструкции является
ее жесткость - характеристика, оценивающая способ-
ность конструкции сопротивляться деформациям.
Деформация конструкции - изменение формы и
(или) размеров конструкции или ее части под действием
нагрузок и воздействий.
Деформация здания - изменение формы и разме-
ров, а также положения в пространстве (осадка, сдвиг,
крен и т.д.) здания под влиянием различных нагрузок и
воздействий.
Конструкции и их элементы испытывают следующие
основные виды деформаций (рис. 6.7): растяжение, сжа-
тие, изгиб, сдвиг, кручение.
Рвстяжение—сжатие - вид деформации стержнево-
го или плоского элемента под действием продольных (ра-
стягивающих или сжимающих) сил; характеризуется из-
менением длины элемента (рис. 6.1 а-г).
Изгиб - вид деформации, характеризующийся ис-
кривлением оси или серединной поверхности деформи-
руемого элемента конструкции под действием внешних
сил или температуры (рис. 6.1 д-и).
Сдвиг - вид деформации, характеризующийся изме-
нением углов элементарных параллелепипедов тела без
Рис. 6.1. Виды деформаций элементов конструкций:
а - центральное растяжение; б - центральное сжатие; в - вне-
ценгренное растяжение; г - внецентренное сжатие; д - изгиб
(чистый); е - изгиб (поперечный); ж - изгиб (продольный); з -
сжатие-изгиб (продольно-поперечный изгиб); и - растяжение-
изгиб (продольно-поперечный изгиб); к - сдвиг; л - кручение
82
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
изменения размеров их граней; вызывается касательны-
ми напряжениями (рис. 6. f к).
Кручение - вид деформации, характеризующийся
взаимным поворотом поперечных сечений стержневых
элементов под влиянием моментов (пар сил), действую-
щих в плоскости этих сечений (рис. 6.1 л).
При достижении критических напряжений в дефор-
мируемых конструкциях (элементах) происходит их раз-
рушение.
Разрушение материала конструкции - макроскопи-
ческое нарушение сплошности материала в результате на-
грузок и воздействий. Разрушение часто развивается одно-
временно с упругой или пластической деформацией. Раз-
личают начальное разрушение (образование и развитие
пор, трещин и других нарушений сплошности) и полное раз-
рушение (разделение тела на части), хрупкое разрушение
(без значительных пластических деформаций) и пластиче-
ское (или вязкое), усталостное, длительное и др. виды.
Сопротивление разрушению - напряжение, при ко-
тором происходит разрушение тела.
Различают следующие виды разрушений: разрыв, раз-
давливание, излом, срез, скалывание, смятие (рис, 6.2).
Разрыв - разрушение в результате растяжения эле-
мента конструкции под действием продольных (растяги-
вающих) сил. Сопротивление разрыву - напряжение, оп-
ределяемое отношением растягивающей нагрузки в мо-
мент разрыва к наименьшей площади поперечного сече-
ния элемента в месте разрыва.
Раздавливание - разрушение в результате сжатия
элемента конструкции под действием продольных (сжи-
мающих) сил; характерно для хрупких материалов.
Излом - поверхность, образующаяся после разру-
шения материала конструкции при изгибе; различают:
хрупкий излом (у стекла, керамики); вязкий - со следа-
ми местной пластической деформации на поверхности
(у металлов); усталостный - после разрушения в резуль-
тате многократного нагружения.
Срез - разрушение е результате сдвига одной части
материала конструкции относительно другой, возникаю-
щее под действием касательных напряжений. В отличие
от скалывания термин применяется преимущественно
Рис. 6.2. Виды разрушений элементов конструкций:
а - разрыв; б - раздавливание; в - излом; г - срез; д - скалыва-
ние; е - смятие
при пластическом разрушении при сдвиге. Срезу всегда
сопутствует или смятие, или дополнительный изгиб, или
др. побочные явления.
Скалывание - разрушение в результате сдвига од-
ной части материала конструкции относительно другой,
возникающее под действием касательных напряжений.
Термин «скалывание» применяется преимущественно для
хрупкого разрушения при сдвиге.
Смятие - поверхностное местное разрушение сжати-
ем при передаче нагрузки на малую площадь.
Технические состояния конструкций как совокупность
свойств, характеризующих их соответствие требованиям
норм и условиям обеспечения функциональных (техноло-
гических) процессов в зданиях, характеризуются следую-
щими понятиями:
исправное состояние конструкции - состояние
конструкции, при котором все ее нормируемые свойства
и параметры удовлетворяют требованиям нормативных
документов и проектной документации;
работоспособное состояние конструкции - со-
стояние конструкции, при котором она удовлетворяет
требованиям обеспечения надежности и правилам тех-
ники безопасности, хотя может несоответствовать неко-
торым требованиям действующих норм или проектной
документации;
ограниченно работоспособное состояние конст-
рукции - состояние конструкции, имеющей дефекты и
повреждения и сохраняющей работоспособность по от-
ношению лишь к части заданных функций либо при огра-
ничении на нагрузки и режимы эксплуатации;
аварийное состояние конструкции - состояние
конструкции, имеющей недопустимые дефекты и повреж-
дения, свидетельствующие о возможной потере несущей
способности, но не перешедшей в предельное состояние
потому, что еще не реализовалось расчетное сочетание
нагрузок;
предельное состояние конструкции - состояние
конструкции при ее переходе из работоспособного состо-
яние в неработоспособное, при котором она перестает
удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям.
При достижении предельного состояния несущей
конструкции происходит отказ и (или) авария.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении рабо-
тоспособного состояния элемента, узла, а также конст-
рукции здания в целом.
Авария - полное или частичное обрушение (разруше-
ние) здания, его чести или отдельных конструкций либо
такая их деформация, которая вызывает полную остановку
функционального (технологического) процесса или созда-
ет непосредственную угрозу безопасности людей.
Строительные элементы (конструкции), их форма и
конструктивная сущность находятся в тесной зависимо-
сти от материала, иэ которого они выполнены, а также от
нагрузок, которые на них воздействуют, и размеров.
Прочность материала используется наилучшим обра-
зом, если он в конструкции работает на сжатие или рас-
тяжение (вызывающие однозначные напряжения) и наи-
худшим, если на изгиб (вызывающий двухзначные напря-
жения). В этом можно убедиться в результате простых
расчетов.
Напряжение от осевого сжатия (или растяжения) си-
лой N, приложенной к элементу сечением b х h, таково:
о = N/(b х h) (рис. 6.3 а).
дел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
83
В изгибаемом элементе такого же сечения и проле-
_ом I - 10 х h (такое соотношение размеров обычно при-
-имается на практике), нагруженной силой N посредине
~полета напряжение:
о = M/W {рис. 6.3 б).
Подставив сюда значения изгибающего момента:
М = N х //4 = N х 10 х h/4 = 2,5 х N х h
,i момента сопротивления:
W = b х h2/6,
^случим:
о = 2,5 х 6 х N х h/(b х h2) = 15N/(b х h).
При сопоставлении обоих значений о видно, что на-
'эяжения в изгибаемом элементе в 15 раз больше, чем е
: жатом (растянутом), хотя оба они нагружены одинаковой
тилой N и имеют одинаковые сечения или, иначе, при оди-
наковых напряжениях в материале конструкции сжатый
□астянутый) элемент несет нагрузку в 15 раз меньшую,
-ем изгибаемый элемент того же поперечного сечения.
При вычислениях легко убедиться, что с уменьшени-
ем пролета изгибаемого элемента напряжение также
уменьшается, а с увеличением - увеличивается, или, ина-
-е, чем больше пролет изгибаемого элемента, тем боль-
ше он проигрывает по сравнению со сжатым (растяну-
тым) того же поперечного сечения.
Работа конструктивных элементов на сжатие зависит
эт их длины. Существуют два совершенно разных по ха-
эактеру типа разрушения сжатых элементов ~ коротких и
длинных.
Короткий элемент, у которого длина не превышает 5-
3 размеров сечения, обычно разрушается вследствие
сдвига или образования локальных складок. Величина
-агрузки, при которой происходит разрушение, зависит
только от площади поперечного сечения и от прочности
материала на сжатие.
Элемент, у которого длина значительно больше раз-
меров сечения, характеризуется другим видом разруше-
ния. При перегрузке он выгнется в сторону и потеряет
свою несущую способность, хотя материал сохранит уп-
эугость, т.е. при снятии нагрузки элемент восстановит
Рис. 6.3. К сопоставительному расчету стержня на осевое сжа-
тие и на изгиб-
а - колонна; б - балка
свою первоначальную форму и не разрушится. Такой вид
потери несущей способности называется потерей ус-
тойчивости.
В общем случае величину критической силы сжатия,
при которой прямолинейная форма стержня (элемента
конструкции) становится неустойчивой, определяют по
формуле Эйлера:
Ркр = jt2 х Е х !//02,
где Е - модуль продольной упругости материала стержня
(МН/м2); I - минимальный осевой момент инерции попе-
речного сечения стержня (м4); /0- расчетная длина стерж-
ня (м), зависящая от схемы нагружения и закрепления
стержня.
Необходимо отметить, что в формулу Эйлера не вхо-
дит какая-либо характеристика прочности материала. На-
грузка, при которой стержень теряет устойчивость, зави-
сит только от момента инерции сечения (I) и модуля уп-
ругости (жесткости) материала (Е).
Поскольку величина Е для большинства материалов
постоянна, то видно, что для увеличения критической на-
грузки (увеличения несущей способности элемента) в
действительности можно лишь увеличить момент инер-
ции поперечного сечения (I), т.е. каким-то образом раз-
вить сечение, например, сделав его в форме двутавра,
коробчатым или трубчатым.
Поучительно сравнить, как выдерживает нагрузку эле-
мент в условиях растяжения и сжатия. К примеру, возьмем
длину элемента 10 м, а вес (нагрузку) - 10 кН (1 тс).
Растяжение. Стальной канат {трос) при допустимом
напряжении в 350 МН/м2 (35 кгс/мм2) будет весить, при-
мерно, 3,5 кг.
Сжатие. Пытаться нагрузить один сплошной стальной
стержень длиной 10 м было бы, по меньшей мере, нецеле-
сообразно: чтобы избежать потери устойчивости, его при-
шлось бы сделать очень толстым и, следовательно, очень
тяжелым. На практике можно, например, использовать
стальную трубу диаметром около 16 см с толщиной стенки
5 мм. Такая труба будет весить около 190 кг. Ее вес будет в
54 раза больше, чем вес стального стержня (каната). Сто-
имость тоже выше примерно в той же пропорции.
Из вышеизложенного следует: с позиций эффектив-
ного использования конструкционного материала наибо-
лее рациональны конструкции, работающие на растяже-
ние, затем - на сжатие и в последнюю очередь - на из-
гиб. Однако на практике преимущественно применяют
(особенно в многоэтажных зданиях) конструкции, рабо-
тающие на сжатие (стены, колонны) и изгиб (перекрытия),
что обуславливается технико-экономическими, техноло-
гическими факторами и спецификой архитектурно-конст-
руктивных структур.
6.1.4. Сущность расчетов по предельным состояниям
Строительные конструкции рассчитывают по методу
предельных состояний, основные положения которого
направлены на обеспечение безотказной работы конст-
рукций с учетом изменчивости свойств материалов, на-
грузок и воздействий, геометрических характеристик
конструкций, условий их работы, а также степени ответ-
ственности проектируемых объектов.
Предельные состояния подразделяют на две группы.
Первая группа включает предельные состояния, ко-
торые ведут к полной непригодности к эксплуатации кон-
84
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
струкций (зданий в целом) или к полной (частичной) по-
тере несущей способности зданий. Предельные состоя-
ния первой группы характеризуются:
• разрушением любого характера (например, пла-
стическим, хрупким, усталостным) (рис. 6.4 а);
• потерей устойчивости формы, приводящей к
полной непригодности в эксплуатации [рис. 6.4 б);
• потерей устойчивости положения (рис. 6.4 в):
• переходом в изменяемую систему (рис. 6.4 г);
• качественным изменением конфигурации (рис.
6.4 д);
• чрезмерными деформациями в результате пол-
зучести, пластичности, сдвига в соединениях, раскрытия
трещин.
Вторая группа включает предельные состояния, за-
трудняющие нормальную эксплуатацию конструкций и
уменьшающие долговечность зданий по сравнению с
предусматриваемым сроком службы. Предельные состо-
яния второй группы характеризуются:
• достижением предельных деформаций конст-
рукций (например, предельных прогибов, поворотов);
• достижением предельных уровней колебаний
конструкций;
• образованием трещин;
• достижением предельных раскрытий или длин
трещин;
• потерей устойчивости формы, приводящей к
затруднению нормальной эксплуатации.
Предельные состояния, по которым требуется вы-
полнять расчеты, определяются стандартами на проек-
тирование.
Расчет по предельным состояниям имеет цель обес-
печить надежность здания в течение всего его срока
службы, а также при производстве работ. Условия обес-
печения надежности заключаются в том, чтобы расчет-
ные значения нагрузок или ими вызванных усилий, на-
пряжений, деформаций, перемещений, раскрытий тре-
Рис. 6.4. Предельные состояния конструкций по первой группе:
а - разрушение фермы; б - потеря устойчивости формы каркаса;
в - потеря устойчивости положения (опрокидывания здания); г -
переход в изменяемую систему каркаса здания; д - изменение
конфигурации свода
щин не превышали соответствующих им предельных
значений, устанавливаемых нормами проектирования
конструкций.
При проектировании и возведении зданий необходи-
мо стремиться к созданию экономичных и надежных кон-
струкций. Если усилия и деформации окажутся значи-
тельно меньше предельных, это означает, что выбранные
геометрические размеры сечения больше требуемых, что
приведет к перерасходу материалов и увеличению объе-
мов строительных работ, т.е. к удорожанию конструкции.
С другой стороны, если усилия и деформации превысят
предельные значения, то может произойти разрушение
или конструкция перестанет удовлетворять требованиям
нормальной эксплуатации.
Условие расчета по первой группе предельных
состояний в общем виде можно выразить так:
N(pn, Yf, Yn) < Ft(Rn, A, v yd),
где N - усилие в сечении от наиболее невыгодного соче-
тания нагрузок (нормальная сила, изгибающий момент и
др.), зависящее от метода расчета, коэффициентов на-
дежности по нагрузке и надежности по ответственности;
Fu - наименьшая несущая способность сечения, завися-
щая от нормативного сопротивления материала, геомет-
рических размеров сечения, коэффициентов надежности
по материалу и коэффициентов условий работы.
При расчетах по второй группе предельных со-
стояний общая расчетная формула имеет вид:
f^fu.
где f - расчетное значение деформации или перемеще-
ния с учетом пластических свойств материалов и дли-
тельности действия нагрузки; fu - соответствующее пре-
дельное значение, установленное нормами и гарантиру-
ющее нормальную эксплуатацию.
Железобетонные и каменные конструкции при расче-
тах по второй группе проверяют по образованию и рас-
крытию трещин.
При расчетах по образованию трещин формула име-
ет вид:
N < N
СГС ~~ crc.u’
где Ncrc - усилие, действующее в сечении; Ncrc u - усилие
трещинообразования в сечении.
При расчетах по раскрытию трещин:
асгс ~ acrc.u’
где асгс - ширина раскрытия трещин; асгси - предельно
допустимая ширина раскрытия трещин.
Все расчеты при проектировании строительных кон-
струкций следует выполнять в единой международной си-
стеме единиц СИ [Приложение 7).
Расчет конструкций обычно проходит в три этапа:
сбор нагрузок; определение усилий в элементах; подбор
сечений элементов с проверкой их прочности, устойчиво-
сти и деформаций.
Сбор нагрузок - начальный этап, представляющий
собой процедуру суммирования всех силовых воздей-
ствий на рассчитываемую конструкцию.
В зависимости от расчетной ситуации нагрузка мо-
жет быть поверхностной (кН/м2), линейной (кН/м) или со-
средоточенной (кН).
Нагрузка поверхностная - нагрузка, прилагаемая
непрерывно к данной поверхности, приходящаяся на еди-
ницу площади действия (на квадратный метр).
- е л i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
85
Нагрузка линейная (погонная) - нагрузка, прилага-
т‘.*ая непрерывно к данной поверхности, приходящаяся
-з единицу длины (на метр).
Нагрузка сосредоточенная - нагрузка, прилагае-
мая к весьма малой площадке (точечная нагрузка).
К поверхностным (распределенным по площади)
-агрузкам относятся: собственный вес ограждающих
'Счструкций (перекрытий, покрытий), эксплуатацион-
-э>е {полезные) нагрузки на перекрытия, вес снегового
“окрова на покрытия, давление ветра.
Для определения линейной и сосредоточенной на-
зузок используется понятие «грузовая площадь», озна-
-ающее геометрическую площадь, приходящуюся на рас-
зчитываемую конструкцию или ее узел. Например, грузо-
вая площадь А, приходящаяся на узел фермы, равна шагу
оермы В, умноженному на расстояние по горизонтали b
между узлами (рис. 6.5 г).
Линейную нагрузку определяют умножением поверх-
-остной нагрузки на ширину грузовой площади (шагу эле-
ментов).
Рис. 6.5. Грузовые площади и соответствующие им эпюры нагру-
зок для линейных несущих конструкций (балок, ферм, колонн)
при их расположении:
а, г - параллельном; б, в - радиальном; д - треугольном
Сосредоточенную нагрузку определяют умножением
поверхностной нагрузки на грузовую площадь. Так, напри-
мер, сосредоточенные нагрузки на узел фермы равны:
от снега: Р = S х А;
от веса кровли: G = q х A/cosa.
Определение усилий в злементах конструкций -
следующий этап - называют статическим расчетом. Его
выполняют методами строительной механики в соответ-
ствии с расчетными моделями конструкций.
Расчетные модели (расчетные схемы, основные
предпосылки расчета) конструкций должны отражать дей-
ствительные условия их работы. При этом должны учиты-
ваться факторы, определяющие напряженно-деформиро-
ванные состояния, особенности взаимодействия элемен-
тов конструкций, пространственная работа конструкций,
их геометрические характеристики и др. условия.
Современные программные комплексы автоматизи-
рованного проектирования позволяют решать самые раз-
нообразные задачи определения усилий, действующих в
самых сложных конструктивных системах. Для архитекто-
ра на стадии выбора конструктивного решения иногда
важно просчитать простую конструкцию (элемент) «вруч-
ную» для того, чтобы наглядно проследить ее работу.
Подбор сечений элементов - заключительный этап
расчета - называют конструктивным расчетом. Формулы
для непосредственного подбора сечений существуют
только для простых случаев - центрального растяжения и
изгиба. В большинстве вариантов приходится предвари-
тельно назначать габариты, геометрию и сечения конст-
рукций с последующей проверкой прочности, устойчиво-
сти и деформаций.
6.2. Основы металлических конструкций
6.2.1. Области применения.
Достоинства и недостатки
Стальные конструкции, благодаря высоким механи-
ческим характеристикам стали и показателям надежно-
сти, связанным с однородностью структуры материала,
применяют в ответственных сооружениях, при больших
пролетах и высотах зданий, при повышенных нагрузках.
Ввиду относительной дороговизны стальные конструкции
применяют в случаях, когда они экономически и техноло-
гически выгоднее, чем железобетонные.
Основные области применения стальных конст-
рукций:
• каркасы одноэтажных промышленных зданий
(цехи металлургических, машиностроительных, самоле-
тостроительных и других заводов);
• каркасы высотных гражданских и многоэтажных
производственных зданий;
• покрытия большепролетных зданий (гаражи, ан-
гары, эллинги, рынки, спортивные сооружения, выставоч-
ные павильоны, торговые центры и т.п.);
• специальные сооружения (мачты и башни радио-
связи и телевидения, мосты больших пролетов, нефтяные
и буровые вышки, надшахтные копры, эстакады, краны,
резервуары, бункеры и др.).
Алюминиевые конструкции могут применяться прак-
тически во всех областях строительства наряду со сталь-
ными за исключением тяжело нагруженных каркасов про-
мышленных зданий. Однако более высокая стоимость
86
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
алюминиевых сплавов и некоторые их особенности (вы-
сокий коэффициент линейного расширения, низкая огне-
стойкость) делают применение алюминиевых конструк-
ций эффективным там, где проявляются их отличитель-
ные положительные свойства: эстетичность, легкость,
большая надежность при низких температурах, отсут-
ствие искрообразования при ударе и др. Сюда входят:
• каркасы и покрытия общественных и промыш-
ленных зданий;
• листовые конструкции резервуаров, силосов -
для хранения зерна, жидкостей, газов и трубопроводы
для их транспортировки;
• кровельные и стеновые панели промышленных и
общественных зданий;
• архитектурно-строительные детали фасадов и
интерьеров, каркасы витражей, оконные переплеты, две-
ри и др. изделия.
Достоинства стальных конструкций заключаются в
следующем:
• надежность работы, определяемая высокой од-
нородностью механических свойств стали и ее способно-
стью воспринимать как статические, так и динамические
нагрузки;
• высокая прочность, способность воспринимать
большие нагрузки при относительно небольших размерах
сечений элементов;
« относительная легкость, обуславливаемая высо-
ким коэффициентом конструктивного качества; конструк-
ции из стали легче однотипных железобетонных в 4 раза;
• высокая сборность, что обеспечивается соеди-
нением элементов с помощью болтов;
• разборность, легкая заменяемость элементов и
их усиление;
• индустриальность изготовления на высокомеха-
низированных заводах без значительных затрат ручного
труда;
• газо- и водонепроницаемость, обусловленные
большой плотностью стали.
Основные достоинства алюминиевых конструкций:
• легкость, обуславливаемая самым высоким ко-
эффициентом конструктивного качества алюминиевых
сплавов из всех традиционных строительных материалов;
алюминиевые конструкции легче подобных стальных в 2-
2,5 раза;
• высокая стойкость против коррозии;
• повышенная надежность работы при низких тем-
пературах (способность сохранять пластичность) и сей-
смостойкость;
• отсутствие искрообразования при ударе;
• возможность получения разнообразных форм
поперечного сечения элементов конструкций, так как спо-
соб прессования алюминиевых профилей проще и де-
шевле прокатки стальных.
Недостатки стальных конструкций.
• подверженность коррозии под воздействием
влаги, газов и солей (появление ржавчины - оксида же-
леза), требующая специальных методов защиты и частич-
но ограничивающая область применения;
• малая огнестойкость; при температуре выше 500‘С
сталь теряет несущую способность, поэтому при необходи-
мости следует защищать конструкции от перегрева;
• сравнительно высокая стоимость.
Недостатки алюминиевых конструкций:
• малая огнестойкость;
• повышенная температурная деформативность;
• высокая стоимость материала.
6.2.2. Общие понятия о стержневых элементах
металлических конструкций
Стойки. В архитектурном словаре Васмута, изданном
в 1930 г, дается следующее определение: «Стойки - это
собирательное понятие для всех строительных деталей
стержневой формы, работающих в вертикальном положе-
нии, как, например, колонны и столбы».
Колонна является древнейшим элементом строи-
тельной конструкции. Еще в V в. до н.э. колонна заняла
центральное место в колоннадах общественных зданий у
древних греков и римлян. Тогда колонны воздвигались ис-
ключительно из каменных материалов по эмпирическим
правилам (по опыту). Научный подход к изучению пробле-
мы работы сжатых элементов начался в XVIII в., когда
была построена установка для испытаний на сжатие, а
Л. Эйлер получил свою знаменитую формулу. Было уста-
новлено, что несущая способность центрально сжатого
стержня обратно пропорциональна квадрату его длины,
т.е. в два раза более длинный стержень несет в четыре
раза меньшую нагрузку.
Стойки (колонны) и др. сжатые элементы конструкций
с точки зрения их расчета имеют общие черты (формаль-
ные признаки) - все они работают на сжатие или на сжа-
тие с изгибом, а их длина в 10-20 раз и более превышает
размеры поперечных сечений.
По форме силуэта сжатые стержни (рис. 6.6) могут
быть постоянного сечения, переменного сечения и сту-
пенчатыми. Изменение сечения по длине позволяет сни-
зить материалоемкость, но незначительно, поэтому такие
стержни проектируют из архитектурных соображений.
Типичными представителями сжатых стержневых
конструкций являются стойки и колонны, состоящие иэ
стержня, оголовка, базы, иногда консоли (рис. 6.6 д).
Оголовок служит для опирания и крепления вышележа-
щих конструкций. База выполняет две функции - распре-
деляет усилие, передаваемое колонной на фундамент,
снижая напряжение до расчетного сопротивления фунда-
мента, и обеспечивает прикрепление к нему колонны с
Рис. 6.6. Силуэты сжатых стержней:
а - постоянного сечения; б, в - переменного сечения; г - ступен-
чатый; д - постоянного сечения с консолью; 1 - стержень; 2 -
оголовок; 3 - консоль; 4 - база
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
87
помощью анкерных болтов. На консоли могут опираться
подкрановые балки, стеновые панели, технологические
коммуникации и т.п.
Мощные стержни типа колонн, стоек, элементов тяже-
лых ферм выполняют из одиночных широкополочных дву-
тавров или их составляют из нескольких прокатных профи-
лей (рис. 6.7). Составные стержни могут быть сплошно-
стенчатыми (сплошными) и сквозными. Последние в
свою очередь делят на стержни с безраскосной решет-
кой (б, в), решетчатые (г) и перфорированные (д, е)
Ветви (пояса) безраскосных стержней объединяют план-
ками из листовой стали (б), жесткими вставками (в) или
перфорированными листами. Перфорированные стержни
могут быть выполнены также гнутосварными из зигзагооб-
разно разрезанных листов (д) или из прокатных профилей,
которые после предварительной фигурной резки объеди-
няют в крестообразное сечение (е).
Элементы стержневых конструкций небольших попе-
речных размеров проектируют из круглых или прямоу-
гольных труб, одиночных либо спаренных уголков.
По виду напряженного состояния стержни делят на
центрально сжатые, внецентренно сжатые и сжато изги-
баемые. Аналогичную классификацию используют для
наименования растянутых элементов.
Балки. Балками называют линейные несущие эле-
менты, воспринимающие, в основном, изгибающие уси-
лия, возникающие в элементе под воздействием нагру-
зок, действующих перпендикулярно оси балки.
Область применения балок в строительстве очень
широка: от небольших элементов междуэтажных пере-
крытий гражданских зданий до большепролетных балок
покрытий, тяжело нагруженных подкрановых балок про-
изводственных зданий.
По статической схеме различают однопролетные
(разрезные), многопролетные (неразрезные) и консоль-
ные балки (рис. 6.8). Разрезные балки проще неразрез-
ных в изготовлении и монтаже, нечувствительны к осад-
кам опор, но уступают последним по расходу металла
Консольные балки могут быть как однопролетными, так и
многопролетными. Консоли разгружают балки в пролетах
и тем самым повышают их экономичность.
По типу сечения балки могут быть прокатными и со-
ставными: сварными, болтовыми, клепаными (рис. 6.9).
Наиболее часто применяют балки двутаврового сечения,
так как они удобны в компоновке, технологичны и эконо-
мичны по расходу металла.
Экономическая эффективность сечений (в том числе
балок) тесно связана с их тонкостенностью. Предельно воз-
можная тонкостенность прокатных балок определяется не
только требованиями местной устойчивости стенок, но и
возможностями заводской технологии прокатки профилей
Толщина стенки балки, найденная по условиям проч-
ности, обычно мала по сравнению с толщиной, необходи-
мой по условию местной устойчивости. Увеличение тол-
щины стенки для обеспечения ее местной устойчивости
приводит к неоправданно высокому расходу металла Для
повышения устойчивости стенки устанавливают (прива-
ривают) ребра жесткости, разделяющие стенку на от-
дельные отсеки (рис. 6.10).
Не исключена и постановка продольных ребер жест-
кости, которые наиболее часто используют для усиления
тонких стенок, когда в сжатой зоне целесообразно исклю-
Рис. 6.7. Технические решения составных стержней:
а - сплошной стержень; б-е - сквозные стержни; б - на планках,
в - на жестких вставках, г - решетчатый; д - перфорированный
замкнутого типа; е - то же, открытого типа
Рис. 6 8. Статические схемы балок
а - разрезная; б - неразрезная, в - консольная
Рис. 6 9 Типы сечений балок:
а - прокатные; б - составные сварные; в - болтовые и клепаные
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
чить образование волн выпучивания от нормальных на-
пряжений (общего изгиба и местного давления). Кроме
поперечных ребер жесткости и продольного ребра ставят
еще и промежуточные короткие поперечные ребра, что
дополнительно повышает устойчивость стенки.
Прокатные балки применяют для перекрытия не-
больших пролетов элементами ограниченной несущей
способности, что связано с номенклатурой выпускаемых
прокатных профилей.
В сравнении с составными прокатные балки более
металлоемки за счет увеличенной толщины стенки, но ме-
нее трудоемки в изготовлении и более надежны в эксплу-
атации. Стенки прокатных балок не требуется укреплять
ребрами жесткости за исключением опорных зон и мест
приложения значительных сосредоточенных сил.
Составные балки используют в тех случаях, когда
требуются конструкции, несущая способность и жест-
кость которых превышают возможности прокатных про-
филей. Наибольшее применение получили балки двутав-
рового симметричного (рис. 6.11 а), реже — несиммет-
ричного (б) сечений. Такие балки состоят из трех элемен-
тов - верхнего и нижнего поясов, объединенных тонкой
стенкой. Перспективными являются сечения в виде дву-
Рис. 6.10. Пример расстановки ребер жесткости на стенке бал-
ки:
1 - основные поперечные; 2 - продольные: 3 - дополнительные
поперечные
Рис. 6.11. Типы сечений составных сварных балок
тавра, в качестве полок которого используют прокатные
тавры (в) и холодногнутые профили (г).
Наилучшим решением экономии стали будет обла-
дать балка, момент сопротивления которой повторяет
очертание эпюры изгибающих моментов. При этом кри-
волинейное очертание балки приведет к повышению тру-
доемкости изготовления и не всегда удобно для констру-
ирования. Поэтому на практике используют дискретную
форму изменения сечения, разбивая пролет на несколь-
ко участков и подбирая для каждого из них свои размеры
балки по максимальному в пределах участка изгибающе-
му моменту.
8 сварных элементах используют два варианта изме-
нения сечений: за счет изменения ширины пояса или вы-
соты стенки (рис. 6.12). В балках с поясными соединени-
ями на высокопрочных болтах сечение изменяют количе-
ством поясных листов.
Наибольший эффект дает изменение сечения на рас-
стоянии 1/6 пролета от опоры. Определив изгибающий
момент (М) в этом сечении, можно найти требуемый мо-
мент сопротивления (W) и подобрать новую ширину пояса.
Стыки балок, как и в других конструкциях, выполня-
ют в заводских условиях при изготовлении отправочных
элементов, а в условиях строительной площадки при
объединении отправочных элементов в единую конструк-
цию. В первом случае используют заводские стыки, во
втором - монтажные.
Монтажные стыки прокатных балок выполняют на ли-
стовых накладках (рис. 6.13 а). С целью уменьшения вли-
яния сварочных напряжений сварные швы не доводят до
оси стыка на 25 мм с каждой стороны.
Рис. 6.12. Изменение сечения балок по длине:
а - изменение ширины полки: б - изменение высоты стенки
Рис. 6.13. Стыки балок:
а - балки из прокатных профилей; б - балки составного сечения
-азде я '. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
89
Стыки составных балок могут быть сварными и бол-
товыми. Сварные стыки возможно устраивать без накла-
док с полным проваром (рис. 6.13 6). Стык растянутого
пояса следует предусматривать косым под углом не ме-
нее 65".
Монтажные стыки на болтах (рис. 6.14 б) выполняют с
накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке).
Предпочтение следует отдавать высокопрочным болтовым
соединениям. Достаточно эффективны фланцевые болто-
вые соединения с уменьшенным количеством болтов.
Балки замкнутого сечения обладают рядом пре-
имуществ по сравнению с открытыми. К ним относятся:
• более высокая несущая способность при работе
на изгиб в двух плоскостях и на кручение;
• исключается изгибо-крутильная форма потери
устойчивости;
• элементы более устойчивы при монтаже.
Несмотря на эти достоинства, конструктивные эле-
менты с замкнутыми сечениями (рис. б. 15} не нашли ши-
рокого применения прежде всего из-за низкой техноло-
гичности и, как следствие, большой трудоемкости изго-
товления.
Балки с гофрированной стенкой. Одним из путей
снижения металлоемкости балок является гофрирование
их стенок (рис. 6.16). Гибкость таких стенок можно значи-
тельно повысить, к тому же чем тоньше стенка, тем легче
выполнить ее гофрирование. Толщину стенок принимают
в пределах 2-8 мм, что обеспечивает все преимущества,
определяемые тонкостенностью. При выборе конструк-
тивного решения балки с гофрированной стенкой прихо-
Рис. 6.14. Типы монтажных стыков в балках:
а - сварные, б - болтовые с накладками, в - фланцевые
дится учитывать требования технологичности. Наиболее
просты и технологичны в изготовлении стенки с треуголь-
ными гофрами, но стенки с волнистыми гофрами более
устойчивы. Практикуется и применение полос из готово-
го профилированного листа (рис. 6.16 г).
Балки с перфорированной стенкой. Стенка прокат-
ного двутавра разрезается по зигзагообразной ломаной
линии с регулярным шагом с помощью газовой резки или
на мощных прессах, и затем обе половины разрезанной
балки соединяются сваркой в совмещенных между собой
выступах стенки (рис. 6.17). Конечный результат приво-
дит к увеличению высоты балки и позволяет перераспре-
делить материал сечения, концентрируя его ближе к пол-
Рис. 6.16. Гофрированные стенки балок:
а - треугольная, б - волнистая; в - прямоугольная; г - трапецие-
видная
Рис. 6.17. Перфорированные балки:
а - схема разрезки стенки двутавра; балки после объединения
частей сваркой с закрытым видом конца (б) и открытым (в)
90
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
кам. Это существенно повышает такие геометрические
характеристики сечения как момент инерции и момент
сопротивления. Образуется своеобразная конструктив-
ная форма - балка с проемами в стенке.
Изменение высоты исходного сечения в полтора раза
примерно во столько же раз повышает момент сопротив-
ления и почти вдвое - момент инерции. Малоиспользуе-
мая часть сечения стенки в центральной зоне как бы изы-
мается (35-40% материала стенки), что для балок не
представляет какой-либо опасности. Расход металла в
таких балках меньше на 20-30%, чем в обычных прокат-
ных, при одновременном снижении стоимости.
Фермы. Фермой называют систему стержней (обыч-
но прямолинейных), соединенных между собой в узлах и
образующих геометрически неизменяемую конструкцию.
Основой ферм является плоский или пространствен-
ный неподвижный (жесткий) треугольник, образованный
из стержней. Комбинации треугольника приводят к со-
зданию многообразнейших несущих структур, использу-
емых в самых разных областях строительства.
Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов
фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то же-
сткость узлов несущественно влияет на работу конструк-
ций и в большинстве случаев их можно рассматривать как
шарнирные. При этом все стержни фермы испытывают
только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благода-
ря этому металл в фермах используется более рацио-
нально, чем в балках, и они экономичнее балок по расхо-
ду материала, но более трудоемки в изготовлении. Эф-
фективность ферм возрастает с увеличением перекрыва-
емых пролетов и уменьшением нагрузки.
Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в од-
ной плоскости) и пространственными. Плоские фермы
{рис. 6.18 а) могут воспринимать нагрузку, приложенную
только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из сво-
Рис. 6.18. Плоская (а) и пространственные (б, в) фермы
Рис. 6.19. Элементы ферм:
1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - раскосы; 4 - стойка; 5 -
опорный раскос; 6 - опорная стойка; 7 - коньковый узел
ей плоскости связями или другими элементами. Про-
странственные фермы {рис. 6.18 б, в) образуют жесткий
пространственный брус, способный воспринимать на-
грузку, действующую в любом направлении. Каждая грань
такого бруса представляет собой плоскую ферму.
Основными элементами ферм являются пояса, обра-
зующие контур фермы, и решетка, состоящая из раско-
сов и стоек {рис. 6.19). Расстояние между узлами пояса
называют панелью (d), расстояние между опорами -
пролетом (/), расстояние между осями (или наружными
гранями) поясов - высотой фермы (бф).
Соединения элементов в узлах осуществляют путем
непосредственного примыкания одних элементов к дру-
гим {рис. 6.20 а) или с помощью узловых фасонок (рис.
6.20 б). Для того, чтобы стержни ферм работали, в основ-
ном, на осевые усилия, их следует центрировать по осям,
проходящим через центры тяжести.
По статической схеме фермы бывают: балочные
(разрезные, неразрезные, консольные), рамные, ароч-
ные и вантовые {рис. 6.21).
Рис. 6.20. Узлы ферм:
а-в - при непосредственном примыкании элементов решетки к
поясу, г - при соединении элементов с помощью фасонки
Рис. 6.21. Системы ферм:
а - балочная разрезная; б - балочная неразрезная; в - консоль-
ная; г - рамная; д - арочная; е - вантовая
Раздел 1. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
91
В покрытиях зданий балочные разрезные фермы
(рис. 6.21 а) просты в изготовлении и монтаже, не требу-
ют устройства сложных опорных узлов, но достаточно
металлоемки. При больших пролетах (более 40 м) разрез-
ные фермы получаются негабаритными для транспорти-
рования, и их приходится собирать из отдельных элемен-
тов при монтаже. При двух пролетах и более применяют
неразрезные фермы {рис. 6.21 б}. Они экономичнее по
расходу металла и обладают большей жесткостью, что
позволяет уменьшить их высоту. Консольные фермы ис-
пользуют для навесов. Рамные системы экономичны по
расходу стали, имеют меньшие габариты, но более слож-
ны в монтаже. Их применение рационально для больше-
пролетных покрытий одноэтажных зданий. Применение
арочных систем тоже дает экономию стали, но приводит
к увеличению объема помещения и поверхности ограж-
дающих конструкций. В вантовых фермах все стержни
работают только на растяжение и могут быть выполнены
из гибких элементов, например, стальных канатов. Рас-
тяжение всех элементов таких систем достигается выбо-
ром очертания поясов и решетки, а также созданием
предварительного напряжения.
В зависимости от очертания поясов фермы подразде-
ляют на сегментные, полигональные, трапециевидные,
с параллельными поясами и треугольные (рис. 6.22}.
Теоретически наиболее экономичной по расходу мате-
риала является ферма, очерченная по эпюре моментов.
Для однопролетной балочной системы с равномерно рас-
пределенной нагрузкой таковой является сегментная фер-
ма с параболическим верхним поясом. Однако криволи-
нейное очертание пояса повышает трудоемкость изготов-
ления, поэтому такие фермы практически не применяют.
Более приемлемым является полигональное очерта-
ние с переломом пояса в каждом узле или через узел.
Оно достаточно близко соответствует параболическому
очертанию эпюры моментов и не требует изготовления
криволинейных элементов. Из-за усложнения изготовле-
ния эти фермы в настоящее время не применяют.
Фермы трапециевидного очертания имеют конструк-
тивные преимущества прежде всего за счет упрощения
узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии
позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает
жесткость каркаса.
Фермы с параллельными поясами по своему очер»а-
нию далеки от эпюры моментов и по расходу стали не
экономичны. Однако равные длины элементов решетки,
наибольшая повторяемость элементов и деталей и воз-
можность их унификации способствуют их широкому при-
менению для покрытий зданий (Глава 21).
Фермы треугольного очертания рациональны для
консольных систем, а также балочных покрытий при со-
средоточенной нагрузке в середине пролета (подстро-
пильные фермы). Основной конструктивный недостаток -
острый опорный узел ~ допускает только шарнирное со-
пряжение с колоннами. В некоторых случаях их примене-
ние для стропильных конструкций диктуется необходимо-
стью обеспечения большого уклона кровли или создания
одностороннего освещения (шедовые покрытия).
Типы решеток, применяемые в фермах, показаны на
рис. 6.23. Выбор типа решетки зависит от схемы прило-
жения нагрузок, очертания поясов и конструктивных тре-
бований. Во избежание изгиба пояса места приложения
сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элемен-
тами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол
между раскосами и поясом принимают в пределах 30-50*.
Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна
быть по возможности простой с наименьшим количе-
ством элементов и дополнительных деталей.
Треугольная система решетки имеет наименьшую
суммарную длину элементов и наименьшее количество
узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими
опорными раскосами. Если опорный раскос идет от ниж-
него опорного узла фермы к верхнему поясу, то его назы-
вают восходящим. При направлении раскоса от верхнего
опорного узла - нисходящим. В местах приложения сосре-
доточенных нагрузок (например, опирания прогонов) уста-
навливают дополнительные стойки или подвески (рис. 6.23
б). Стойки и подвески работают только на местную нагруз-
ку. Недостатком треугольной решетки является наличие
длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного
расхода стали для обеспечения их устойчивости.
В раскосной системе решетки все раскосы имеют
усилия одного знака, а стойки - другого. Так, в фермах с
параллельными поясами при восходящем раскосе стой-
ки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем - наобо-
рот. При проектировании ферм следует стремиться, что-
бы наиболее длинные элементы были растянуты, а корот-
кие - сжаты.
Применение раскосной решетки целесообразно при
малой высоте ферм и больших узловых нагрузках.
Шпренгельную решетку применяют при енеузловом
приложении нагрузок к верхнему поясу, а также при не-
обходимости уменьшения расчетной длины элементов
пояса.
Рис. 6.22. Очертания поясов ферм:
а - сегментное; б - полигональное; в - трапециевидное; г - с па-
раллельными поясами; д-з - треугольное
В.А. Пономарёв- АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Применение крестовой решетки целесообразно,
если нагрузка на ферму может действовать как в одном,
так и в другом направлении (например, ветровая нагруз-
ка). Раскосы такой решетки могут быть выполнены из гиб-
ких элементов. В этом случае сжатые раскосы, вслед-
ствие большой гибкости, выключаются из работы и ре-
шетка работает как раскосная с растянутыми раскосами
и сжатыми стойками.
Перекрестную решетку можно применить в фермах
с поясами из тавров с креплением раскосов из одиноч-
ных уголков непосредственно к стенке тавра (см. рис.
6.20 а).
Ромбическая и полураскосная решетки, благодаря
двум системам раскосов, обладают большой жесткостью;
эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях
для уменьшения расчетной длины стержней. Они рацио-
нальны при большой высоте ферм и работе конструкций
на значительные поперечные силы.
В одной ферме возможна комбинация различных ти-
пов решетки.
По величине максимальных усилий условно различа-
ют легкие фермы с сечениями элементов из прокатных
или гнутых профилей (при усилиях в стержнях до 3000 кН)
и тяжелые фермы с элементами составного сечения
(усилия более 3000 кН).
В настоящем учебнике рассматриваются только лег-
кие разрезные балочные фермы, имеющие широкое при-
менение в строительстве зданий (Главы 21; 22).
а
б
в
Z Z Z Z к \
Z Z ZZ
Д
е
ж
На стадии начального этапа проектирования фермы
выбирается статическая схема и очертание фермы, на-
значается вид решетки и определяются генеральные раз-
меры. При этом необходимо учитывать требования по
унификации и типизации.
Выбор статической схемы и очертания ферм зависит
от назначения и архитектурного решения здания. Так, для
конструкций перекрытий применяют фермы с параллель-
ными поясами. Для покрытий зданий выбор вида фермы
зависит от типа кровли, требуемого уклона, способа со-
единения ферм с колоннами (шарнирное или жесткое).
Высоту ферм принимают с учетом минимизации рас-
хода стали, обеспечения необходимой жесткости, воз-
можности транспортировки укрупненными элементами.
Усилия в поясах балочных ферм возникают от изгиба-
ющего момента, а в решетке - от поперечной силы. Чем
больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и их
масса. Масса решетки, наоборот, с увеличением высоты
фермы возрастает, так как увеличивается длина раскосов
и стоек. Следовательно, может быть найдена оптималь-
ная высота фермы, при которой общая масса поясов и
решетки будет наименьшей. Для ферм с параллельными
поясами и трапециевидных оптимальная высота составля-
ет 1/4—1/5 пролета. По условиям транспортировки пре-
дельная высота конструкций не должна превышать 3,8 м.
Кроме того, при определении высоты фермы следует
учитывать и др. факторы. Например, для ферм покрытий
возрастание их высоты приводит к увеличению объема
здания и повышению расходов на его отопление, увеличи-
вается и площадь стенового ограждения (в пределах вы-
соты фермы). Обычно с учетом требований всех факторов
высоту ферм принимают в пределах 1/7-1/12 пролета
(меньшие значения принимают при меньших нагрузках.
Для ферм треугольного очертания высота зависит от
требуемого уклона. При уклонах 25-45' высота фермы
составляет 1/2-1/4 пролета.
Размеры панели должны соответствовать расстоя-
нию между элементами, передающими нагрузку на ферму,
и одновременно отвечать оптимальному углу наклона рас-
косов. Оптимальный угол наклона раскосов в треугольной
решетке составляет 45", в раскосной решетке - 35'.
Для исключения работы пояса на изгиб желательно
обеспечить передачу нагрузки от кровли в узлах фермы.
Поэтому в покрытиях из крупноразмерных железобетон-
ных плит расстояние между узлами назначают равным
ширине плит (обычно 1,5 или 3 м), а в покрытиях с прого-
нами - шагу прогонов. Для уменьшения размеров панели
пояса иногда применяют шпренгельную решетку.
Наиболее распространенные типы сечений элемен-
тов легких ферм показаны на рис. 6.24.
3
и
Рис. 6.23. Типы решеток ферм:
а - треугольная; б - треугольная со стойками, в, г - раскосная;
д - шпренгельная; е - крестовая; ж - перекрестная; з - ромби-
ческая; ж - полураскосная
Рис. 6.24. Типы сечений элементов легких ферм
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
93
По расходу стали для сжатых стержней ферм наибо-
лее эффективным является тонкостенное трубчатое сече-
ние. Круглая труба обладает наиболее благоприятным для
сжатых элементов распределением материала относи-
тельно центра тяжести. Большим преимуществом круглых
труб является хорошая обтекаемость - на трубах мало за-
держивается влага, поэтому они более стойки против кор-
розии, легко очищаются и окрашиваются. Однако опреде-
ленные конструктивные трудности сопряжения элементов
из круглых труб ограничивают их применение.
Прямоугольные гнутозамкнутые сечения, широко
применяемые в последние годы, обладая почти теми же
преимуществами, что и круглые трубы, позволяют упрос-
тить узлы сопряжения элементов.
До последнего времени легкие фермы проектировали,
в основном, с сечениями из двух уголков. Такие сечения
имеют большой диапазон площадей поперечного сечения,
удобны в конструировании узлов на фасонках и прикреп-
ления примыкающих конструкций (связей, прогонов, пане-
лей). Недостатками такой конструктивной формы являют-
ся: большое количество элементов с различными типораз-
мерами, значительный расход металла на фасонки и про-
кладки, высокая трудоемкость изготовления и наличие
щели между уголками, что способствует коррозии.
При относительно небольших усилиях стержни ферм
можно выполнять из одиночных уголков (рис. 6.24 е). Такое
сечение проще в изготовлении при бесфасоночных узлах.
Использование для поясов ферм тавров (рис. 6.24 ж)
позволяет значительно упростить узлы. В такой ферме
уголки раскосов и стоек можно приваривать непосред-
ственно к стенке тавра без фасонок.
Если пояс фермы работает помимо осевого усилия и на
изгиб (при внеузловой передаче нагрузки), рационально
сечение из двутавра или двух швеллеров (рис. 6.24 з, и).
Стержни тяжелых ферм отличаются от легких более
мощными и развитыми сечениями, составленными из не-
скольких элементов (рис. 6.25). Сечения поясов обычно
проектируют двухстенчатыми, а решетку располагают в
двух плоскостях.
6.2.3. Расчет элементов
Строительные стали и алюминиевые сплавы пред-
ставляют собой однородные материалы, подчиняющиеся
закону Гука, поэтому для их расчета используют формулы
сопротивления материалов (с учетом пластических де-
формаций сталей).
Расчет по первой группе предельных состояний вы-
полняют для всех металлических конструкций, подверга-
ющихся силовым воздействиям. В основу расчета поло-
Рис. 6.25. Типы сечения элементов тяжелых ферм
жено условие, чтобы наибольшие напряжения не превы-
шали расчетного сопротивления материала. Оно гаранти-
рует предотвращение нарушения несущей способности
от разрушения материала или потери устойчивости. Не-
обходимо стремиться, чтобы напряжения в сечении были
близки к установленным расчетным сопротивлениям. Это
дает возможность избежать перерасхода материала и
получить экономичную конструкцию.
При расчете прочности металлических элементов
расчетная формула имеет вид:
. > Усилие (N, М) _
Напряжение (о)=-------------------------< к х yd/yn
(Неметрическая характеристика (A, W}
В формуле: N - продольная сила при растяжении, М -
изгибающий момент при изгибе, А - площадь сечения,
W - момент сопротивления при изгибе, R - расчетное со-
противление металла, уй - коэффициент условия работы,
- коэффициент надежности по ответственности соору-
жения.
При расчете устойчивости:
Усилие (N. М)
Напряжение (о) = ----- - < R х уд/уп.
Геометрическая характеристика ф
где tp - понижающий коэффициент продольного изгиба.
Расчет по второй группе предельных состояний дол-
жен не допустить чрезмерное развитие деформации
(прогибы, углы поворота) и колебания конструкций.
Чаще всего расчет сводится к проверке относительного
прогиба (f/0-
Для металлов нормативные сопротивления устанав-
ливают по значениям предела текучести = оу и вре-
менного сопротивления Run = gu.
При изготовлении металлов пределы текучести и
прочности контролируют выборочно, поэтому случайные
отклонения этих характеристик учитывают с помощью ко-
эффициента надежности по материалу = 1.025-1,1.
Расчетные сопротивления устанавливают, деля нор-
мативные сопротивления на коэффициенты надежности
по материалу. Расчетные сопротивления различают по
пределу текучести Ry - Ryn/ym и временному сопротивле-
нию Ru = Rur,/y4ll- Нормативные и расчетные сопротивле-
ния принимают в зависимости от марки, вида и толщины
проката.
Коэффициенты условий работы металлических конст-
рукций yd изменяются в пределах 0,7-1,1 и зависят от
типа конструкции и материала, вида соединения и вида
нагружения.
Для большинства металлических конструкций очень
важным фактором является устойчивость, так как в сжа-
тых элементах возможна потеря несущей способности не
из-за разрушения материала, а в результате потери ус-
тойчивости при значительно меньших нагрузках, чем тре-
буется на разрушение металла. Различают два основные
вида потери устойчивости: общую и местную.
Общая потеря устойчивости - явление, когда при на-
грузке, превышающей некоторое критическое значение,
происходит потеря первоначальной формы конструкции,
приводящая к изгибу или закручиванию (рис. 6.26 а, б).
Местная потеря устойчивости - такое явление, ког-
да элемент в целом сохраняет первоначальную форму, а
его отдельные части теряют форму, искривляясь в соста-
94
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
ве конструкции (рис. 6.26 в, г). Местная потеря устойчи-
вости часто предшествует общей потере устойчивости.
Выход из работы стенки или полки элемента вследствие
местной потери устойчивости резко ослабляет сечение
всего элемента.
Расчет центрально-растянутых элементов. Цент-
рально-растянутыми элементами считаются такие, в ко-
торых точка приложения и направление растягивающей
силы совпадают с линией, проходящей через центр тяже-
сти поперечного сечения стержня (ось элемента).
При центральном растяжении стержня возникают
нормальные напряжения, которые равномерно распреде-
ляются по его площади. Расчет выполняется по формуле:
N/An<Ryxyd>
где Ап - площадь поперечного сечения. В элементах, ос-
лабленных отверстиями (для заклепок и болтов), разрыв
будет естественно происходить по ослабленному сечению,
поэтому в расчет вводят площадь поперечного сечения
нетто, т.е. за вычетом площади ослабления: Аъ = А - Ао
(рис. 6.27).
Цель расчета на центральное растяжение - подбор
наименьшей требуемой площади поперечного сечения
элемента, для которой должно выполняться условие
прочности. Поэтому определяют:
Далее по таблицам сортамента находят требуемый
профиль, площадь которого принимают равной Ал или
ближайшему большему его значению.
Рис. 6.26. Потеря устойчивости элементов стальных конструк-
ций:
а, б - общей (колонной и балкой); в, г - местной (полками колон-
ны и стенками балки)
Рис. 6.27. Схема работы элементов на центральное растяжение:
а - центрально растянутый элемент; б - то же, ослабленный в
сечении отверстием
Расчет заканчивается определением гибкости растя-
нутого элемента:
где /е1 - расчетная (условная) длина элемента, зависящая
от условий закрепления и других факторов; i - радиус
инерции сечения.
Рассчитанная гибкость не должна превышать пре-
дельно допустимой (при статических нагрузках - 300-
400, при динамических - 150-350). Зто объясняется тем,
что очень гибкие элементы под действием собственного
веса могут провисать, а при динамических воздействиях
испытывать колебания с большой амплитудой.
Центрально-сжатые элементы. Расчет на проч-
ность центрально-сжатых элементов выполняют по
формуле:
N/An<Ryxyd.
Для большинства центрально-сжатых элементов ме-
таллических конструкций разрушение происходит из-за
потери общей устойчивости (выпучивания), наступающей
значительно раньше потери прочности. Устойчивость
центрально-сжатого элемента рассчитывают по формуле:
N/q> х А < Ryxyd,
где ф - коэффициент продольного изгиба, учитывающий
уменьшение расчетного сопротивления для предотвраще-
ния выпучивания стержня при упругой работе металла.
Значение коэффициента <р зависит от гибкости эле-
мента л, которая определяется по формуле:
где /е, = / • ц - расчетная длина стержня (/ — геометричес-
кая длина стержня; р - коэффициент приведения длины
стержня, зависящий от закрепления концов (рис. 6.28);
i - радиус инерции сечения элемента (по сортаменту).
Гибкость стержня - очень важная расчетная характе-
ристика, так как от ее значения зависит значение коэф-
фициента продольного изгиба ф = f(X), следовательно,
именно гибкость характеризует способность стержня со-
противляться потере устойчивости при сжатии.
Рис. 6.28. К определению расчетной длины центрально сжатого
стержня (ц - коэффициент приведения длины стержня)
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
95
Для определения коэффициента продольного изгиба
составлены специальные таблицы, которые облегчают
расчет, позволяя находить значение <р без предваритель-
ного анализа упругой или пластической стадии работы
элемента конструкции (табл. 6.4).
При проектировании центрально-сжатых элементов
металлических конструкций необходимо учитывать сле-
дующее: потеря устойчивости элемента происходит в
плоскости наименьшей жесткости, следовательно, необ-
ходимо предварительно вычислить гибкость в двух плос-
костях и Лу и определить коэффициент ф для наиболь-
шей из них; для одного и того же сжатого элемента рас-
четная длина (условия закрепления) может быть различ-
на в разных плоскостях.
Несущая способность элемента при расчете устойчи-
вости зависит, в основном, от гибкости и модуля упруго-
сти материала, который практически не меняется в зави-
симости от марки стали, поэтому применение высоко-
прочных сталей в данном случае малоэффективно. Эко-
номическая эффективность достигается путем уменьше-
ния гибкости за счет применения эффективных профи-
лей, радиус инерции которых равносимметричен относи-
тельно двух центральных осей (трубчатых, коробчатых,
широкополочных двутавров и др.).
Расчет изгибаемых элементов. Наиболее распрост-
раненными элементами, работающими на изгиб, являются
балки, загруженные равномерно распределенной, сосредо-
точенной или комбинированной нагрузкой, приложенной
перпендикулярно к продольной оси балки (рис. 6.29).
При поперечном изгибе в расчетных сечениях метал-
лического стержня возникают изгибающие моменты и
Таблица 6.4. Значения коэффициента продоль-
ного изгиба центрально-сжатых элементов
Гиб- кость. А Коэффициент ф для элементов из стали с расчетным сопротивлением Ну, МПа
200 240 i 280 360 440 520
10 0,988 0,987 0,985 0,983 0,981 0,979
20 0,967 0,962 0,959 0,952 0,946 0,941
30 0,939 0,931 0,924 0,911 0,900 0,891
40 0,906 0,894 0,883 0,863 0,846 0,832
50 0,869 0,852 0,836 0.809 0,785 0,764
60 0,827 0.805 0,785 0,749 0,696 0,650
70 0,782 0,754 0,724 0,654 0,595 0,542
80 0,734 0,686 0,641 0,566 0,501 0,442
90 0,665 0,612 0,565 0,483 0,413 0,349
100 0,599 0,542 0,493 0.408 0,335 0,286
110 0,537 0,478 0,427 0,338 0,280 0,239
120 0,479 0,419 0,366 0,287 0,237 0,203
130 0,425 0,364 0,313 0,247 0,204 0,175
140 0,376 0,315 0,272 0,215 0,178 0,153
150 0,328 0,276 0,239 0,189 0.157 0,134
160 0,290 0,244 0,212 0,167 0,139 0,120
170 0,259 0,218 0,189 0,150 0,125 0.Ю7
180 0,233 0,196 0,170 0,135 0,112 0,097
190 0,210 0,177 0,154 0,122 0,102 0,088
200 0,191 0.161 0.140 0,111 0,093 0,080
210 0,174 0,147 0,128 0,102 0,085 0.074
220 0,160 0,135 0,118 0,094 0,077 0,068
поперечные силы. При этом расчетное сечение в зоне
действия максимальных сил (изгибающего момента) мо-
жет находиться в пределах упругой работы материала
(рис. 6.29 в) или в пластической стадии работы материа-
ла (рис. 6.29 г). Расчет на прочность элементов по упру-
гой стадии, изгибаемых в одной плоскости, выполняют по
формуле:
М / Wn,min 5 Ry х Yd >
гр,е М - изгибающий момент; Wn min - минимальный мо-
мент сопротивления сечения нетто.
Подбор сечений прокатных балок производится сле-
дующим образом: подсчитывают изгибающий момент М,
после этого определяют требуемый момент сопротивле-
ния сечения W. Затем, выбрав тип профиля балки, по тре-
буемому моменту сопротивления подбирают номер бал-
ки по сортаменту.
Потеря устойчивости изгибаемых элементов может
наступить раньше, чем потеря прочности. Разрушение
конструкции может произойти из-за потери общей устой-
чивости, из-за потери местной устойчивости сжатой пол-
ки или потери местной устойчивости стенки. Потеря об-
щей устойчивости выражается в нарушении плоской фор-
мы изгиба с искривлением и закручиванием (см. рис.
6.26 б).
Устойчивость балок можно не проверять, если внеш-
няя нагрузка передается через жесткий настил, непре-
рывно опирающийся на сжатый пояс балки (железобетон-
ные плиты, плоский или профилированный металличес-
кий настил и т.п.}. В этом случае настил, образуя жесткий
диск в плоскости верхнего пояса изгибаемого элемента,
полностью предотвращает выпучивание.
Расчет деформаций (прогибов) изгибаемых элемен-
тов выполняют из условия, что относительный прогиб
конструкции не должен превышать предельно допусти-
мый относительный прогиб, определяемый нормами. В
зависимости от типа рассчитываемой конструкции значе-
ние предельно допустимого прогиба принимают равным
1/150-1/600.
Выше изложены простые и распространенные виды
расчетов элементов металлических конструкций с целью
понимания их работы. Кроме них существуют и др., а
именно:
• расчет элементов на действие осевой силы с из-
гибом (на прочность и устойчивость);
• расчет прочности изгибаемых элементов на
сдвиг (на касательные напряжения);
• расчет прочности изгибаемых элементов по нор-
мальным напряжениям с учетом пластических деформаций;
Рис. 6.29. Работа стержня на изгиб:
а - расчетная схема балки; б - поперечное сечение балки; в, г -
эпюры нормальных напряжений
96
В.А. Пономарей. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
• расчет на устойчивость балок двутаврового се-
чения;
• расчет на прочность элементов, изгибаемых в
двух плоскостях;
• проверка устойчивости стенок и поясов изгиба-
емых и сжатых элементов;
• расчет элементов конструкций на выносливость;
• расчет на прочность с учетом хрупкого разру-
шения;
• расчет соединения элементов конструкций и др.
Излагать в настоящем издании все эти виды расче-
тов нецелесообразно, так как они достаточно сложны и
надобности для архитектора не представляют. Зто каса-
ется и конструкций из других материалов.
6.2.4. Соединения элементов
Преимущественно металлические конструкции изго-
тавливают в заводских условиях из отдельных элементов
(профилей и листов), которые соединяют различными
способами. Выбор вида соединения зависит от ряда фак-
торов; типа конструкции, величины и характера действу-
ющей нагрузки, условий работы формы сопрягаемых эле-
ментов, технологии изготовления и др.
Для изготовления металлических конструкций ис-
пользуют следующие виды соединений: сварные, болто-
вые, клееболтовые.
Сварные соединения. Наиболее распространенным
видом соединений стальных конструкций являются элек-
тросварные соединения с преимущественным примене-
нием электрической дуговой сварки (ручной, автомати-
ческой и полуавтоматической).
Широкое применение сварки объясняется преиму-
ществами этого вида соединения: экономия металла,
снижение трудоемкости изготовления, отсутствие ослаб-
лений в стыках (нет отверстий для болтов), компактность
соединений, упрощение конструктивной формы узлов,
плотность соединений.
Главным недостатком сварных соединений является
деформация изделий от усадки сварных швов и наличие
остаточных напряжений в элементах, которые могут испы-
тывать хрупкое разрушение при воздействии низких темпе-
ратур и динамических нагрузок. Кроме этого трудно осуще-
ствлять исчерпывающий контроль качества сварных швов.
Электродуговая сварка основана на явлении воз-
никновения электрической дуги между стальным стерж-
нем (электродом) и свариваемыми деталями, которая
расплавляет основной металл и металл электрода, сме-
шивает их, в результате чего при охлаждении образуется
сварной шов, соединяющий детали между собой. Глубину
проникновения наплавленного металла в основной ме-
талл называют проваром.
Ручная электрическая сварка широко распростра-
нена, так как может выполняться в любых положениях
швов, а также в труднодоступных местах. Недостатки руч-
ной сварки: небольшая глубина проплавления (провара)
основного металла, невысокая производительность, ма-
лая стабильность.
Для защиты расплавленного металла от воздушного
воздействия, улучшения химического состава и структуры
шва, ускорения и облегчения процесса сварки электроды
для ручной сварки покрывают специальными обмазками.
В процессе автоматической сварки сварочная го-
ловка, имеющая полностью автоматизированное управ-
ление, перемещается вдоль шва и подает к месту сварки
сварочную проволоку без покрытия. Место сварки покры-
вается флюсом (порошковым материалом) из специаль-
ного бункера, перемещаемого совместно со сварочной
головкой, через шланг. Флюс изолирует место сварки от
воздуха, одновременно легируя расплавленный металл
примесями флюса. В результате получается плотный од-
нородный шов с глубоким проваром и высокими механи-
ческими показателями.
Производительность автоматической сварки выше
ручной в 10-15 раз вследствие применения большой
силы тока и автоматизации процесса. Поэтому автомати-
ческую сварку желательно применять во всех соединени-
ях, где это возможно. Ее недостаток - невозможность на-
несения в вертикальном и потолочном положениях.
При полуавтоматической сварке электродная про-
волока диаметром до 3 мм (без покрытия) подается ме-
ханизмом к держателю и через него - к месту сварки.
Сварщик перемещает держатель вдоль шва вручную.
Флюс подается из воронки держателя, на котором нахо-
дятся кнопки управления. Скорость полуавтоматической
сварки в 1,5-2 раза ниже автоматической.
Современная технология сварки позволяет получать
сварные соединения с механическими свойствами не
ниже аналогичных свойств свариваемой стали.
Для соединений конструкций из алюминиевых спла-
вов применяют преимущественно аргонно-дуговую
сварку. Особенность этого способа заключается в том,
что расплавленный металл имеет газовую защиту в виде
струи аргона, которая предотвращает попадание в на-
плавленный металл вредных примесей из воздуха. Аргон-
но-дуговая сварка может выполняться вольфрамовым
электродом с применением присадочной проволоки или
плавящимся алюминиевым электродом. В первом случае
выполняется ручная сварка, во втором - автоматическая
или полуавтоматическая.
Сварные швы соединений классифицируют следу-
ющим образом.
По конструктивному признаку швы подразделяют
на стыковые, угловые (валиковые) и комбинированные
(рис. 6.30).
Стыковые швы служат для стыкования элементов,
лежащих в одной плоскости. Они эффективны, так как
дают наименьшую концентрацию напряжений.
Угловые (валикоеые) швы навариваются в угол, обра-
зованный элементами, расположенными в разных плос-
костях. В этом случае шов имеет форму валика. Если уси-
лие действует вдоль углового шва, он называется флан-
говым, если поперек - лобовым.
Ограничение длины угловых фланговых швов или не-
достаточная несущая способность стыковых приводят к
необходимости применения комбинированных (стыково-
го с угловым) швов.
По форме обработки кромок стыковые швы быва-
ют U-, V-, X- и К-образными (рис. 6.31). Для U- и V-образ-
ных швов, завариваемых с одной стороны, обязательна
подварка корня шва, выполняемая с другой стороны - для
устранения возможных непроваров.
По положению в пространстве при их выполнении
сварные швы бывают нижними, горизонтальными, вер-
тикальными и потолочными (рис. 6.32). Сварка нижних
швов наиболее удобна, легко поддается механизации,
дает лучшее качество шва. Другие швы выполняются пре-
имущественно при монтаже. Они плохо поддаются меха-
Рис. 6.30. Виды сварных швов и соединений
Внахлестку
с накладками без накладок
Угловые швы
Встык
Стыковой
шов
аздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
низации, выполнять их вручную трудно, качество шва по-
лучается хуже, поэтому их применение в конструкциях
следует ограничивать.
По месту изготовления швы разделяют на завод-
ские и монтажные. Первые выполняют на заводе-изго-
товителе, вторые - на строительной площадке.
По количеству слоев, накладываемых во время свар-
ки, швы могут быть однослойными и многослойными.
По назначению швы могут быть рабочими (подле-
жат расчету на прочность) и связующими (назначаются
конструктивно).
По протяженности рабочие швы могут быть непре-
рывными, при этом связующие швы в некоторых случаях
допускается делать прерывистыми.
Условные обозначения швов сварных соединений по-
казаны на рис. 6.33.
Используя стыковые и угловые швы, можно получить
различные виды сварных соединений: встык, внахлест-
ку, впритык и комбинированные (см. рис. 6.30].
В стыковых соединениях элементы соединяются
стыковым швом, при этом один элемент как бы является
продолжением другого. Толщина свариваемых элементов
такого вида соединений практически не ограничена. Сты-
ковые соединения применяют, в основном, для листового
металла и выполняют прямым или косым швом.
В соединениях внахлестку элементы сваривают уг-
ловым швом, накладывая их друг на друга, что часто де-
лают при сварке листовых конструкций из стали неболь-
Рис. 6.31. Сварные стыковые швы по форме обработки кромок:
а - без обработки; б - V-образный; в - Х-образный: г - U-образ-
ный; д - со скосом одной кромки; е - К-образный
Рис. 6.32. Положение швов в пространстве:
а - нижние стыковой и угловой; б - горизонтальные; в - верти-
кальные; г - потолочные
шой толщины (3-6 мм) в решетчатых и других конструк-
циях. К соединениям внахлестку относятся соединения с
накладками, применяемые для элементов из профильно-
го металла и для усиления стыков. Они отличаются про-
стотой, но более металлоемки, чем стыковые, к тому же
вызывают концентрации напряжений, что ограничивает
их применение при низких температурах эксплуатации и
действии динамических нагрузок.
В соединениях впритык (в тавр) торец одного эле-
мента приваривается угловым швом к поверхности дру-
гого элемента. Такие соединения отличаются простотой
исполнения, высокой прочностью и экономичностью, ши-
роко применяются в металлических конструкциях. Подоб-
ными свойствами обладают и соединения впритык в угол,
где свариваемые элементы расположены под углом один
к другому ребрами кромок.
Конструктивные требования. Для предотвращения
хрупкого разрушения сварных соединений следует ис-
пользовать стали спокойных плавок и стремиться к умень-
шению концентрации сварочных напряжений. Для этого
необходимо избегать пересечения и скопления швов в од-
ном месте конструкции; применять, в основном, стыковые
швы вместо угловых; принимать количество и длину швов
минимальными; избегать надрезов, щелей, резких изме-
нений сечений; переход от одной толщины или ширины
стыкуемых элементов к другой устраивать плавным; коли-
чество монтажных швов сводить к минимуму.
Для снижения влияния возможных непроваров мини-
мальный размер катета шва (рис. 6.34; 6.35) принимают
равным kf = 4-10 мм в зависимости от типа сварки и тол-
щины более толстого из свариваемых элементов. Макси-
Заводские
Монтажные
1
о з
ХХХХХХХХХХ*
2
II llllllllllllllll
хххххххххх?
IJ1LL _Ц_Ш_
I Г I ГТ Г Тf Mill
Hili Hill Hitt
XXXXXX XXX
8
X
co
XXX__xxx
XXX--XXX
Hill
11111
&
Рис. 6.33. Обозначения сварных швов:
1 - стыковые швы; 2 - угловые швы
“ 6
Раздел 1. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
99
мальную толщину углового шва ограничивают во избежа-
ние перекоса свариваемых элементов величиной к, = 1,2t
(t - наименьшая толщина элемента). Для уменьшения
концентрации напряжений, возникающих в начале и в
конце шва, минимальная расчетная длина флангового
или лобового шва должна быть не менее 40 мм, или 4k,.
Болтовые соединения. Соединения с помощью бол-
тов просты в установке, надежны, не требуют сложного
оборудования для их устройства, незаменимы в сборно-
разборных сооружениях, поэтому их широко применяют
в монтажных соединениях. Их недостатки - повышенная
металлоемкость по сравнению со сварными, ослабление
сечений соединяемых элементов отверстиями под болты,
повышенная деформативность (податливость).
Различают болты грубой, нормальной и повышен-
ной точности диаметром 10-30 мм (обычные болты), а
также высокопрочные болты диаметром 16-42 мм. Болты
имеют головку, гладкую часть стержня и нарезную часть,
на которую надевается шайба и завинчивается гайка.
Болты грубой и нормальной точности и гайки к ним
изготавливают из углеродистой стали и вводят в отвер-
стия, образованные продавливанием или сверлением в
элементах. Диаметр отверстия должен быть на 2-3 мм
больше диаметра болта, что облегчает посадку болтов и
упрощает образование соединения. Однако неплотная
посадка болтов в отверстиях повышает деформативность
соединения при работе на сдвиг и увеличивает неравно-
мерность работы отдельных болтов.
Рис. 6.34. Поперечные сечения и катеты угловых швов:
а - нормальный выпуклый: б - пологий выпуклый; в - вогнутый
Рис. 6.35. Доступность мест наложения швов при ручной сварке
В болтах повышенной точности (из углеродистой
или легированной стали) поверхность гладкой части болта
обтачивается до строго цилиндрической формы, а диа-
метр отверстия для таких болтов должен быть больше ди-
аметра болта на 0,3 мм. Гладкая поверхность отверстий
достигается либо сверлением отверстий в собранных эле-
ментах через специальные кондукторы-шаблоны, либо
рассверловкой отверстий до расчетного диаметра после
сборки элементов. Из-за сложности изготовления соеди-
нения с болтами высокой точности применяют редко.
Обычные болты, в зависимости от механических
свойств сталей, разделяют на семь классов по прочности:
4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 10.9, где первое число, умно-
женное на 100, указывает значение временного сопро-
тивления в МПа; второе число, умноженное на 10, пока-
зывает отношение предела текучести к временному со-
противлению в %.
Расчет соединений на болтах грубой, нормальной и
повышенной точности производится для двух видов ра-
боты. Если внешнее усилие направлено поперек оси бол-
та, то соединение работает на сдвиг, а болты работают на
.срез и смятие (рис. 6.36 а, б). Иногда усилие действует
вдоль болта (рис. 6.36 в). В этом случае болты работают
на растяжение, а разрушение соединения наступает пос-
ле больших пластических деформаций. Усилие распреде-
ляется поровну между всеми болтами.
Для высокопрочных болтов применяют легирован-
ные стали марок 40Х «селект» ЗОХЗМФ и др. с времен-
ным сопротивлением разрыву 800-1350 МПа. Болты в
готовом виде подвергают термической обработке. Высо-
копрочные болты ставят в отверстия большего, чем болт,
диаметра. Гайки затягивают специальным ключом с боль-
шой силой натяжения болтов. Сила натяжения плотно
стягивает соединяемые элементы и обеспечивает значи-
тельные силы трения между соединяемыми элементами,
препятствуя их взаимному сдвигу (рис. 6.37 а). В некото-
рых элементах конструкций высокопрочные болты приме-
няют в работе на растяжение (рис. 6.37 б).
Для соединения элементов из алюминиевых спла-
вов используют стальные или алюминиевые болты нор-
мальной и повышенной точности, а также высокопрочные
стальные болты. Для предотвращения электрохимичес-
кой коррозии в эонах контакта алюминия со стальными
элементами последние оцинковывают или кадмируют.
Рис. 6.36. Схемы работы обычных болтов:
а - односрезное соединение: б - двухсрезное; в - на растяже-
ние; 1 - плоскость среза; 2 - смятие стенок отверстий
100
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Размещение болтов. Количество болтов по одну
сторону стыка в рабочем элементе конструкции принима-
ется не менее двух. В стыках и узлах прикреплений рас-
стояние между болтами должно быть минимальным для
экономии материала накладок. В связующих (конструк-
тивных) соединениях расстояние должно быть макси-
мальным, чтобы уменьшить количество болтов.
Размещение болтов в листах и профилях может быть
рядовым и в шахматном порядке (рис. 6.38). Линии. про-
Рис. 6.37. Схемы работы соединений нв высокопрочных болтах:
а - работа за счет сил трения; б - работа фланцевого соедине-
ния на растяжение
Рис. 6.38. Расположение болтов (а, б), обозначение болтовых со-
единений (в), болтов и отверстий (г):
1 - риски; 2 - шаг; 3 - дорожка; 4 - болт; 5 - постоянный болт в
заводском и монтажном соединениях; 6 - высокопрочный болт;
7 - временный болт в монтажном соединении; 8 - круглое отвер-
стие; 9 - овальное отверстие
ходящие по центрам отверстий, называют рисками. Рас-
стояние между рисками вдоль усилия называют шагом, а
поперек усилия - дорожкой.
Минимальное расстояние между центрами болтов
обычно составляет 2,5d, максимальное расстояние в
крайних рядах болтов - 8d или 12t, где d - диаметр болта,
t - толщина наиболее тонкого наружного элемента, а в
средних рядах болтов оно увеличивается в 1,5-2 раза;
минимальное расстояние от центра болта до края эле-
мента при прокатных кромках составляет 1,2d, а макси-
мальное - 4d или 8t. Минимальные расстояния, назван-
ные выше, определяются условиями прочности основно-
го металла между отверстиями под болты. Максимальные
расстояния лимитированы возможностью потери устой-
чивости сжатых частей элементов в промежутках между
болтами, а также возможностью нарушения плотности
соединения элементов, что может привести к попаданию
в щели влаги и коррозии металла.
При конструировании болтовых соединений нужно
стремиться к применению болтов одного диаметра для
каждого конструктивного элемента и к наименьшему коли-
честву диаметров болтов всей конструкции. Наиболее рас-
пространены диаметры 20-24 мм (в конструкциях средней
мощности) и 24-30 мм (в тяжелых конструкциях).
Для улучшения работы соединений в некоторых слу-
чаях применяют комбинированное кпееболтовое соеди-
нение. Поверхности соединяемых элементов склеивают
специальным клеем, а затем стягивают высокопрочными
болтами.
6.2.5. Требования по проектированию
При проектировании металлических (стальных и алю-
миниевых) конструкций следует:
• выбирать оптимальные в технико-экономиче-
ском отношении схемы зданий и сечения элементов;
• применять экономичные профили проката, эф-
фективные стали и алюминиевые сплавы;
• применять прогрессивные виды конструкций;
• предусматривать технологичность изготовления
и монтажа конструкций;
• применять конструкции, обеспечивающие наи-
меньшую трудоемкость их изготовления и монтажа;
• предусматривать применение заводских соеди-
нений прогрессивных типов (автоматической сварки, со-
единений фланцевых, с фрезерованными торцами, на
болтах, в том числе на высокопрочных, и др.);
• предусматривать, как правило, монтажные со-
единения на болтах.
При проектировании зданий необходимо принимать
конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, ус-
тойчивость и пространственную неизменяемость зданий
в целом, а также их отдельных элементов при транспор-
тировании, монтаже и эксплуатации.
Элементы металлических конструкций должны иметь
минимальные сечения по расчетам - недонапряжение не
должно превышать 5%.
Гибкости сжатых элементов не должны превышать
нижеследующих значений.
1. Пояса, опорные раскосы и стойки, передающие
опорные реакции:
а) плоских ферм, структурных конструкций и про-
странственных конструкций из труб и парных уголков вы-
сотой до 50 м - 140;
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
101
б) пространственных конструкций из одиночных угол-
ков, из труб и парных уголков высотой свыше 60 м - 120.
2. Элементы, кроме указанных в позиции 1:
а) плоских ферм, сварных пространственных и струк-
турных конструкций из одиночных уголков, простран-
ственных и структурных конструкций из труб и парных
уголков - 170;
б) пространственных и структурных конструкций из
одиночных уголков с болтовыми соединениями - 190.
3. Верхние пояса ферм, не закрепленные в процессе
монтажа, - 220.
4. Основные колонны - 140.
5. Второстепенные колонны - 170.
6. Элементы связей - 200.
Гибкость сжатых элементов алюминиевых конструк-
ций не должна превышать следующих значений:
• пояса, опорные раскосы и стойки ферм - 100;
• прочие элементы ферм, элементы решетки ко-
лонн, стойки фахверка - 120;
• связи, ненагруженные элементы - 150,
Стальные конструкции следует защищать от корро-
зии в соответствии со СНиП по защите строительных кон-
струкций от коррозии.
6.3. Основы деревянных конструкций
63.1. Общие положения
Древесина - традиционный строительный материал
с многовековым опытом применения — используется в
современном строительстве в виде цельнодеревянных,
клеедеревянных, фанерных и комбинированных конструк-
ций заводского изготовления, а также отходов деревооб-
работки (арболит, фибролит, стружечные плиты и др.).
Основные области применения деревянных кон-
струкций:
• жилые малоэтажные дома;
• общественные одноэтажные здания зального
типа (спортивные, зрелищные, выставочные, торговые,
многоцелевые);
• промышленные здания (цехи, склады, хранили-
ща и др. вспомогательные здания);
• сельскохозяйственные производственные здания.
Положительные качества деревянных конструкций:
• легкость, обусловленная высокой удельной
прочностью (отношением сопротивления к плотности),
близкой к удельной прочности алюминиевых сплавов;
• химическая стойкость (во многих агрессивных
средах долговечность деревянных конструкций выше,
чем металлических и железобетонных);
• малая теплопроводность, что позволяет использо-
вать материал одновременно как несущий и ограждающий;
• конструкционная универсальность (приблизитель-
но одинаковая способность работы древесины на растяже-
ние и сжатие) обеспечивает свободу расположения элемен-
тов в пространстве - комбинаторность формообразования;
• легкая обрабатываемость, способность к склеи-
ванию и гнутью пиломатериалов, что позволяет получать
крупногабаритные и криволинейные конструктивные эле-
менты для покрытий большепролетных зданий;
• разнообразие способов соединений элементов
способствует расширению диапазона конструктивных ре-
шений;
• сырьевые ресурсы и низкая энергоемкость про-
изводства пиломатериалов обеспечивают экономическую
эффективность деревянных конструкций в сравнении с
металлическими и железобетонными;
• природные декоративные свойства древесины
(цвет, блеск, текстура), эстетическая сочетаемость с дру-
гими природными и искусственными материалами во
многом предопределяют решение художественных задач
в организации внутреннего пространства зданий с при-
менением деревянных конструкций.
Наряду с положительными качествами, имеющими
решающее значение для архитектурно-строительной
практики, деревянным конструкциям свойственны и неко-
торые недостатки:
• гигроскопичность древесины и, как следствие, -
усушка, разбухание, растрескивание и коробление эле-
ментов;
• естественные пороки древесины (сучки, косо-
слой, червоточина и др.), существенно снижающие проч-
ность и ограничивающие применение;
• возгораемость древесины и низкая биостой-
кость, требующие дополнительных трудовых и матери-
альных затрат по защите конструкций и ограничивающие
сферу их применения.
Применение деревянных конструкций допускается,
если температура окружающего воздуха не превышает
50°С (для конструкций из неклееной древесины) и 35’С
(для конструкций из клееной древесины).
Для изготовления деревянных конструкций следует
применять древесину преимущественно хвойных пород (со-
сны, ели, лиственницы). Древесину твердых лиственных по-
род рекомендуется использовать для соединительных эле-
ментов, опорных подушек и других ответственных деталей.
Влажность древесины, применяемой в конструкциях,
ограничивается в зависимости от условий эксплуатации
(внутри зданий или на открытом воздухе, относительной
влажности воздуха в помещениях) и вида конструкций (из
клееной или неклееной древесины). Так, из древесины
влажностью менее 40% можно изготавливать конструк-
ции. эксплуатируемые на открытом воздухе при условии
защиты их от гниения; влажностью до 25% - конструкции,
эксплуатируемые в помещениях с повышенной влажнос-
тью; из древесины влажностью до 20% - неклееные кон-
струкции, а влажностью 9-15% - любые конструкции, в
том числе клееные.
6.3.2. Расчет элементов
Расчет элементов на центральное растяжение
выполняют по условию:
N/A^Rp.
где N - продольная сила от расчетных нагрузок; Ант - пло-
щадь рассчитываемого сечения нетто (с учетом ослабле-
ний); Rp - расчетное сопротивление древесины растяжению
с учетом коэффициентов надежности и условий работы.
Площадь поперечного сечения нетто растянутых эле-
ментов должна быть не менее 50 см2.
Центральное сжатие. Потеря несущей способности
сжатого деревянного элемента может произойти в резуль-
тате потери прочности или потери устойчивости. Пороки
древесины меньше влияют на работу деревянных конст-
рукций при сжатии, чем при растяжении, поэтому расчет-
ное сопротивление сжатию выше, чем растяжению.
102
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Для коротких центрально-сжатых элементов (при от-
ношении длины к наименьшей ширине поперечного сече-
ния < 8) расчет проводится только на прочность. Более
длинные элементы рассчитывают и на устойчивость.
Прочность центрально-сжатых элементов прове-
ряют по условию;
N/AHT<RC,
где _ площадь поперечного сечения элемента с уче-
том ослабления; Rc - расчетное сопротивление древеси-
ны сжатию вдоль волокон.
Устойчивость центрально-сжатых элементов про-
веряют по условию:
N/‘PxApaC4SRc>
где ф - коэффициент продольного изгиба; Арасч - расчет-
ная площадь поперечного сечения элемента.
Коэффициент продольного изгиба <р определяют по
формулам:
при гибкости элемента < 70 ф = 1 - а (?7Ю0)2;
при гибкости элемента > 70 ф = АД2,
где коэффициенты а = 1 и А = 2500 - для фанеры, а = 0,8
и А = 300 - для древесины.
Гибкость элементов цельного сечения определяют по
формуле:
= W' >
где /0 - расчетная длина элемента; i - радиус инерции
сечения элемента.
Расчетную длину элемента /0 определяют умножени-
ем его свободной длины на коэффициент ц0;
/о = /хц0.
Коэффициент следует принимать равным:
1 - при шарнирно закрепленных концах;
0,8 - при одном шарнирно закрепленном и другом
защемленном конце;
2,2 - при одном защемленном и другом свободном
нагруженном конце;
0,65 - при обоих защемленных концах.
При расчетах устойчивости центрально-сжатых эле-
ментов необходимо учитывать, что возможны различные
условия закрепления элемента во взаимно перпендику-
лярных плоскостях. Поэтому следует определять гибко-
сти и вести расчет в плоскости наибольшей гибкости.
Для предотвращения больших прогибов элементов
нормами установлены значения предельных гибкостей:
для поясов, опорных раскосов, стоек ферм и колонн -
120, для прочих элементов - 150; для связей - 200.
Изгибаемые элементы. Элементы, работающие на
изгиб, менее чувствительны к порокам древесины, чем
растянутые, однако более чувствительны, чем сжатые.
Изгибаемые элементы (балки, прогоны, настилы) рассчи-
тывают по двум группам предельных состояний.
Расчет на прочность по нормальным напряжениям
цельного элемента выполняют по формуле:
M/WHT<RH,
где М - изгибающий момент от расчетного сочетания на-
грузок; WHT - расчетный момент сопротивления нетто
рассматриваемого поперечного сечения; Ru - расчетное
сопротивление древесины изгибу.
Кроме проверки прочности на нормальные напряже-
ния, изгибаемые элементы следует рассчитывать на дей-
ствие касательных напряжений - на прочность по ска-
лыванию. Эта проверка имеет важное значение для ко-
ротких балок (при //h < 5) с большими нагрузками и для
балок с большими сосредоточенными силами у опор.
Расчет по предельным состояниям второй группы
выполняют как проверку допустимого относительного
прогиба (f//) изгибаемой конструкции от нормативных
нагрузок в предположении упругой работы древесины.
Прогибы элементов конструкций не должны превышать
предельных, установленных нормами (в долях пролета):
• балки консольные, обрешетки, настилы - 1/150;
• балки чердачных перекрытий, прогоны, стро-
пильные ноги - 1 /200;
• балки междуэтажных перекрытий, плиты, эле-
менты фахверка - 1/250;
• фермы, клееные балки - 1/300;
• несущие элементы ендов - 1/400.
6.3.3. Соединения элементов
Соединения являются ответственными частями в дере-
вянных конструкциях. При изготовлении многих соединений
в элементах конструкций делаются врезки и отверстия, ос-
лабляющие их сечения и повышающие деформативность.
Разрушения конструкций во многих случаях начинаются в
соединениях. Поэтому от правильного решения, расчета и
исполнения соединений зависят прочность и деформатив-
ность конструкций в целом. Анизотропия строения, малая
прочность древесины при скалывании и смятии, легкая об-
рабатываемость и гвоздимость являются причинами мно-
гообразия типов соединений деревянных конструкций.
Наиболее просто и надежно решаются соединения
сжатых деревянных элементов, в которых усилия переда-
ются непосредственно от элемента к элементу и не тре-
буется специальных рабочих связей. Сложнее осущест-
вляются соединения изгибаемых элементов, в которых
для передачи усилий необходимы специальные рабочие
связи, подлежащие расчету. Наиболее сложно решаются
соединения растянутых элементов вследствие опасности
разрушения древесины по ослабленным сечениям, ска-
лывания поперек волокон. Сложность соединений растя-
нутых деревянных элементов приводит в ряде конструк-
ций к замене их на стальные с получением металлодере-
вянных конструкций.
Соединение элементов по длине называют сращива-
нием, по ширине - сплачиванием, под углом и крепле-
ние к опорам - анкеровкой (табл. 6.5).
Лобовые упоры относятся к самому простому и на-
дежному типу соединений и применяются для передачи
усилий на опору или на другой деревянный элемент. Они
работают и рассчитываются на смятие, возникающее в
них от действия сжимающих усилий. Работать на растя-
жение они не могут.
В зависимости от расположения элементов лобовые
упоры бывают: на опору (фундамент, стену, столб), про-
дольными, поперечными (рис. 6.39} и наклонными
(рис. 6.40).
Лобовой упор на опору - это соединение нижнего
элемента деревянной конструкции с передачей усилий
сжатия на конструкцию из другого материала (бетонный
фундамент, каменную стену, столб и др.) через изоляци-
онные прокладки.
Продольный лобовой упор - соединение обрезан-
ного под прямым углом сжатого стержня с таким же стер-
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
103
жнем в сжатом стыке. Стержни скрепляются двухсторон-
ними конструктивными деревянными (или другими) на-
кладками длиной не менее трех высот сечения стягива-
нием конструктивными болтами.
Поперечный лобовой упор - соединение двух стер-
жней под прямым углом, при котором торец сжатого эле-
мента упирается в пласть другого и закрепляется нера-
ботающими связями (штырями, накладками, гвоздевыми
стальными плитами, уголками). В таком соединении дре-
весина торца стойки работает на смятие вдоль волокон, а
древесина пласти горизонтального элемента - поперек
волокон. Поскольку прочность на смятие поперек волокон
намного меньше, в соединениях применяют вставки и
подкладки из твердых пород древесины.
Наклонный лобовой упор представляет собой со-
единение концов двух сжатых элементов, оси которых
расположены под углом друг к другу, или таких же эле-
ментов, опирающихся на пласть третьего элемента. Все
они закрепляются от смещения неработающими связями.
Конструктивные врубки (рис. 6.41-6.43} - соедине-
ния, в которых усилия от одного элемента передаются
Рис. 6.39. Лобовые упоры продольные и поперечные:
а - упор на опорную конструкцию (фундамент, стену, столб); б -
продольный лобовой упор с накладками и стяжными болтами;
в - поперечный упор с накладками; г - упор через подкладку из
твердой древесины; д - упор с деревянными вставками; е - упор
с простым шипом; ж - упор с потайным шипом; з - упор с угол-
ковым потайным шипом
Таблица 6.5. Соединения в деревянных конструк-
циях
Типы соединений ! 1 5 _> а 1 с 4 3 3 с < 5 с по длине -j - .. Т5 3 сплачивание г по ширине i ... т ' 3 UI1 r.k- в узлах 1
Соединения без специальных рабочих связей: а) лобовые упоры б) конструктивные врубки Соединения с металлическими связями: а) с болтами б) на гвоздях в) на винтах г) на гвоздевых пластинках д) с пластинчатыми вставками в узлах Соединения с клеевыми связями: а)внахлест б) на «ус» в) зубчатый шип г) встык с накладками Соединения комбинированные: а)клеегвоздевое б)клеевинтовое в) клееболтовое г) на вклеенных стержнях неподатливые податливые 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 +
Рис. 6.40. Лобовые упоры наклонные:
а - трех элементов - вертикального и наклонных; б - горизон-
тального в наклонный; в - двух вертикальных в наклонный; г -
двух наклонных; д, е - наклонного и горизонтального; ж - двух
наклонных в горизонтальный
104
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
другому по площадкам смятия и скалывания без специ-
альных рабочих связей с устройством специфических вы-
емок, вырезок, профилей в соединяемых элементах.
Для передачи монтажных и случайных нагрузок в со-
единениях врубками устанавливают вспомогательные
крепления: болты, штыри, скобы, накладки, хомуты и др.
Врубки, как и упоры, бывают продольными, попереч-
ными и наклонными и применяются для сращивания по
длине, сплачивания по ширине и анкеровки элементов
между собой.
В деревянных конструкциях находят применение кон-
структивные врубочные соединения в четверть, в шпунт,
в полдерева, лобовая врубка, косой прируб, с шипами,
гребнем, полусковороднем, «ласточкин хвост» и др.
Соединение в четверть (применяется в обшивках)
представляет собой сплачивание досок кромками по ши-
рине, для чего в кромках устраивают односторонние пазы.
Соединение в шпунт (применяется в настилах) пред-
ставляет собой сплачивание досок или брусьев кромка-
ми, в одной из которых вырезан паз, а в другой - гребень.
Гребень входит в паз и обеспечивает совместную работу
элементов на изгиб.
Соединение в полдерева - соединение элементов с
вырезками в месте примыкания до половины их толщи-
ны, иногда стянутое конструктивным болтом.
Лобовая врубка представляет собой непосред-
ственный упор соответственно опиленных элементов, ко-
а
Рис. 6.41. Конструктивные врубки (сплачивание и сращивание):
а - сплачивание в четверть; б - сплачивание в шпунт; в - про-
дольная врубка коренным шипом; г - в полдерева; д - косой при-
руб; е - прямым накладным замком; ж - косым накладным зам-
ком; з - прямым натяжным замком; и - «ласточкин хвост»; к -
«ласточкин хвост» в полдерева
торые между собой находятся под углами 40-60". Чаще
всего применяют в узлах ферм и стропильных конструк-
ций (см. рис. 6.43).
Косой прируб - продольное сращивание брусьев
или бревен, в концах которых сделаны односторонние на-
клонные вырезки длиной, равной утроенной высоте сече-
ния с торцами. Соединение имеет конструктивные болты
и применяется в прогонах и балках.
Рис. 6.42. Конструктивные врубки поперечные:
а - в поддерева: б - полусковороднем; в - «ласточкин хвост»; г -
замком с зубом; д - в четверть дерева; е - пороговым шипом;
ж - в поддерева; з - коренным (простым) шипом; и - замковая
полусковороднем; к - зажимная «в полулапу»; л - на «ус» с по-
тайным шипом; м - простым гребнем; н - двойным гребнем; о -
крестообразным гребнем
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
105
Соединения гребнем, полусковороднем, «ласточкин
хвост», замком, шипами (см. рис. 6.42} применяются для
предотвращения смещения элементов (обычно горизон-
тальных) относительно друг друга.
Врубки не следует применять в растянутых и изгибае-
мых элементах при значительных ослаблениях их сечений.
Соединения со специальными рабочими связя-
ми - это соединения деревянных элементов, в которых
действующие в них усилия передаются при помощи
стальных болтов, стержней, трубок, гвоздей, винтов, хо-
мутов, башмаков, пластин и других изделий. Соедини-
тельные элементы (связи) по форме бывают цилиндри-
ческими, пластинчатыми и фасонно-пространственными
(гнутыми и сварными). Наиболее распространенные
стальные связи - болты и гвозди.
Болты, применяемые в деревянных конструкциях, из-
готавливаются без точной обработки и поэтому называют-
ся черными. Их большая длина соответствует значитель-
ным размерам сечений деревянных элементов, а толстые
квадратные шайбы предназначены для распределения
усилий в болте на достаточную площадь древесины, рабо-
тающую в этом случае на смятие. Преимущественно при-
меняются болты с диаметрами 12,16 и 20 мм.
Для постановки болтов в соединяемых элементах
просверливают отверстия, соответствующие диаметру
болтов. Сверлить отверстия рекомендуется одним прохо-
дом сверла через соединяемые элементы или по шабло-
нам. Болтовые соединения бывают со стяжными, растя-
нутыми и изгибаемыми болтами.
Соединения со стяжными болтами применяют для
плотного сопряжения элементов при их поперечном
сплачивании в некоторых конструкциях. В них могут воз-
никать лишь незначительные усилия, поэтому их не рас-
считывают. Диаметр болтов принимают по конструктив-
ным соображениям: не меньше 12 мм и не менее 1/20 об-
щей толщины соединяемых элементов.
Рис. 6.43. Конструктивные врубки наклонные:
а - передним зубом; б - то же, с двух сторон; в - задним зубом;
г - двойным зубом; д - упор во врезную вставку; е - то же, с двух
сторон; 1 - стяжной (аварийный) болт; 2 - штырь; 3 - врезная
вставка; 4 - тяж
Соединения с растянутыми болтами применяются
при анкеровке конструкций к опорам, при подвеске эле-
ментов перекрытий (рис. 6.44), в узлах некоторых видов
конструкций. Они работают и рассчитываются на растя-
гивающие силы. Определяется площадь сечения (диа-
метр болтов) и проверяется прочность древесины на
местное смятие от шайбы.
Рис. 6.44. Соединение на растянутых болтах:
а - болт; б - схема работы болта; 1 - шайба; 2 - головка; 3 - стер-
жень; 4 - гайка
Рис. 6.45. Соединения на изгибаемых болтах:
а - схемы расстановки болтов; б - расчетные схемы; 1 - прямая
расстановка; 2 - шахматная; 3 - со стальными накладками; 4 - в
соединениях под углом; 5 - симметричное двухсрезное; 6 - не-
симметричное односрезное
106
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
В соединениях с изгибаемыми болтами (рис. 6.45)
последние работают, главным образом, на изгиб и, в не-
значительной степени, на срез. Такие соединения широ-
ко применяются в узлах деревянных конструкций, препят-
ствуя взаимным сдвигам соединяемых элементов, в ко-
торых усилия могут быть переменными - сжимающими
или растягивающими. От действия продольных сил в со-
единении по площади контакта болта со стенками отвер-
стия в древесине возникают напряжения смятия вдоль
волокон, а также растяжения поперек волокон. В резуль-
тате реактивного давления древесины в болте возникают
усилия изгиба и среза.
Расстановка болтов в соединении прямая или шах-
матная производится по правилам, исключающим преж-
девременное разрушение древесины от скалывания и
растяжения поперек волокон. Расстояния между осями
болтов вдоль волокон древесины и до торцов элемента
должны быть не менее 7d, поперек волокон - не менее
3,5d и до кромок - 3d.
Соединения на болтах, в зависимости от способа за-
гружения, разделяют на симметричные и несимметрич-
ные, а по количеству плоскостей сдвига - на одно-, двух- и
многосрезные. Например, наиболее распространенный
болтовой стык растянутых элементов с двухсторонними
деревянными накладками является симметричным двух-
срезным соединением, а такой же стык с односторонней
накладкой - несимметричным односрезным соединением.
Болтовые соединения со стальными накладками
обычно выполняют из листовой или уголковой стали с
двух сторон. Расстояние от осей болтов до краев накла-
док должно быть не менее двух диаметров болтов вдоль
и полутора - поперек направления действия сил. При
стальных накладках болты работают на изгиб лучше, так
как частично защемлены в отверстиях накладок.
Соединения с изгибаемыми стальными стержня-
ми выполняются с применением сладкой арматурной ста-
ли класса A-I. Эти соединения работают и рассчитывают-
ся так же, как соединения с изгибаемыми болтами. Стер-
жни расставляются по тем же правилам, что и болты. В
болтовых соединениях для снижения стоимости 3/4 бол-
тов могут заменяться стержнями.
Гвоздевые соединения просты, но трудоемки, и
применяются, в основном, при построечном изготовле-
нии конструкций вспомогательного назначения при не-
большом их объеме. Наибольшее применение е деревян-
ных конструкциях находят гвозди диаметром 3,4,5 и 6 мм
и длиной 80,100,150 и 200 мм соответственно. Гвозди за-
бивают в цельную древесину ручным способом или пнев-
момолотком.
Гвоздь при забивке раздвигает и частично разрывает
волокна древесины, уплотняя ее. Вследствие этого
гвоздь прочно зажимается в древесине и хорошо сопро-
тивляется выдергиванию. Низкая изгибная жесткость
гвоздей является причиной повышенной ползучести (по-
датливости) гвоздевых соединений.
Соблюдение правил расстановки гвоздей (аналогич-
ных расстановке болтов) в соединениях исключает опас-
ность раскалывания древесины соединяемых элементов.
Диаметр гвоздей должен быть не больше четверти тол-
щины элемента. Минимальные расстояния между осями
гвоздей и до торцов указаны на рис. 6.46.
Соединения с изгибаемыми гвоздями применяют-
ся в стыках и узлах дощатых конструкций, препятствуя
взаимным смещениям соединяемых элементов. Соеди-
нения работают и рассчитываются аналогично соедине-
ниям с изгибаемыми болтами - гвозди работают на из-
гиб. а окружающая древесина - на смятие. Соединения с
изгибаемыми гвоздями и стальными накладками приме-
няют для некоторых неответственных конструкций. Здесь
гвозди забиваются через отверстия в стальных наклад-
ках. Это соединение по отношению к работе гвоздей яв-
ляется несимметричным и односрезным.
Соединения с выдергиваемыми гвоздями (рис.
6.47} относятся к классу соединений с растянутыми свя-
зями. Они применяются для крепления досок (брусьев,
фанеры), подшивок потолков, щитов перекрытий, опалу-
бок. От действия нагрузок растягивающие силы стремят-
ся выдернуть гвозди из деревянного элемента. Этому
усилию сопротивляются силы трения между поверхно-
стью гвоздей и окружающей древесиной. Количество
гвоздей, необходимых для восприятия растягивающей
силы, определяется делением этой силы на несущую спо-
собность Одного гвоздя при выдергивании.
Соединения на винтах (рис. 6.48). Винты представ-
ляют собой стандартные стальные изделия и состоят из
головки, гладкой и нарезной частей. Винты диаметром
(измеряется по гладкой части) меньше 12 мм называются
шурупами, а более 12 мм - глухарями. Последние име-
ют квадратные или шестигранные головки для заверты-
вания в древесину ключами.
Винты применяются для крепления стальных или фа-
нерных накладок и других деталей к деревянным элемен-
Рис. 6.46. Соединения на изгибаемых гвоздях:
а - схемы расстановки; б - расчетные схемы; в - схема работы
гвоздя; 1,2- прямая и шахматная расстановки; 3 - со стальны-
ми накладками; 4 - в соединениях под углом; 5 - симметричное
деухсрезное; 6 - несимметричное односрезное
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
107
там в узлах конструкций. Они завертываются через от-
верстия в стальных деталях в отверстие в древесине, рав-
ное 0,8 диаметра гладкой части винта.
Расстояния между винтами должны быть вдоль воло-
кон не менее десяти их диаметров - 10d, поперек воло-
кон - не менее 5d. Заглубление в древесину рекоменду-
ется не менее 5d.
Соединения с изгибаемыми винтами (рис. 6.48 в}
относятся к классу соединений с изгибаемыми связями.
Винты препятствуют смещению прикрепляемых ими эле-
ментов при действии продольных сил и работают на из-
гиб, а окружающая древесина - на смятие.
Соединения с выдергиваемыми винтами (рис.
6.48 г) относятся к соединениям с растянутыми связями.
Винты здесь препятствуют отрыву от древесины элемен-
тов, которые к ней прикреплены. Выдергиванию винта
сопротивляется древесина стенок винтовых желобков,
образованных нарезной частью винта, работающих на
смятие. Сопротивление выдергиванию винтов выше, чем
сопротивление выдергиванию гвоздей.
Соединения на металлических гвоздевых пласти-
нах (металлических зубчатых пластинах - МЗП) выполня-
ются при помощи стальных пластин прямоугольной фор-
мы толщиной 1-5 мм (рис. 6.49}. Эти пластины имеют
многочисленные односторонние или двухсторонние ост-
рия, условно называемые гвоздями (зубьями), которые
образуются методом штамповки или контактной привар-
ки проволочных стержней диаметром 4-6 мм. Они впрес-
совываются одновременно с обеих сторон соединяемых
элементов или между ними (двухсторонние пластины)
при изготовлении конструкций. При этом соединяемые
элементы могут располагаться параллельно или под уг-
лом. Преимущество таких соединений - быстрота и низ-
кая трудоемкость изготовления, а основной недостаток -
невысокая несущая способность. Соединения восприни-
мают продольные растягивающие или сжимающие уси-
лия. При этом гвозди (зубья) пластин работают на изгиб,
древесина вокруг них - на смятие, а сама пластина - на
растяжение или сжатие.
Несущая способность гвоздевых пластин определя-
ется экспериментально, а расчет соединений элементов
сводится к определению требуемой площади пластин -
количеству гвоздей (зубьев). Гвоздевые пластины (или
МЗП) применяются, в основном, в малопролетных конст-
рукциях из досок.
Соединения на цилиндрических связях с метал-
лическими вставками в узлах. Если в узлах действуют
большие усилия или соединяются несколько элементов,
обеспечить передачу усилий через контактные поверхно-
сти всех сопрягаемых элементов сложно. В таких случаях
целесообразно использовать различные вставки в виде
узловых пластин (рис. 6.50}. 8 качестве узловых вставок
чаще всего применяют пластинки из стали, которые рас-
полагаются внутри деревянного элемента в специальных
разрезах (шлицах) с тем, чтобы рабочие связи могли ра-
ботать как многосрезные. Так соединяются многие эле-
менты клееных деревянных конструкций.
Соединения со вставками на болтах или глухих ци-
линдрических штырях допускаются в тех случаях, когда
обеспечена необходимая плотность постановки болтов
или штырей. В таких соединениях обычно применяют
стальные пластинки толщиной не менее 5 мм. Отверстия-
Рис. 6.47. Соединение на выдергиваемых гвоздях:
а - гвоздь; б - схема работы; в - деформация древесины
Рис. 6.48. Соединения на винтах:
а - глухарь; б - шуруп; в - схема работы винтов на изгиб; г - то
же, на выдергивание
Рис. 6.49. Соединения на металлических гвоздевых пластинах:
а - разновидности пластин; б - сплачивание элемента по сече-
нию; в - стык по длине с двумя накладками; г - узловой стык с
накладками
108
В.А. Пономаоёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
гнезда для болтов сверлят, как правило, одновременно и
в дереве, и в пластинке. Технология изготовления этих
соединений относительно трудоемка, но оправдана тем,
что при размещении металлических элементов внутри
древесины повышаются огнестойкость и химическая
стойкость конструкций.
Намного проще изготовление соединений на узловых
пластинках толщиной до 2 мм, которые без предвари-
тельного просверливания могут быть пробиты насквозь
гвоздями (рис. 6.50 д).
Соединения со стальными вставками следует рас-
сматривать как обычные соединения деревянных элемен-
тов, определяя несущую способность связей (болтов, шты-
рей, гвоздей) из условия их изгиба и смятия древесины в
гнезде. Стальные пластины нужно проверять на растяже-
ние по ослабленному сечению и на смятие под связью.
В последние годы все чаще для соединений элементов
применяют фасонные детали иэ листовой стали - различ-
ных форм хомуты, кронштейны, башмаки (рис. 6.51}.
Соединения с клеевыми связями, относясь к непо-
датливым соединениями, обеспечивают монолитность эле-
Рис. 6.50. Соединения на цилиндрических связях с пластинчаты-
ми вставками в узлах:
а - вставка для опирания балки на стойку; б - вставка для зак-
репления затяжки; в, г - гнутые пластинки для крепления второ-
степенных балок; д - тонкие стальные пластинки для соедине-
ния на гвоздях трех элементов; е - пластины, приваренные к тру-
бе («звезда»), для соединения шести элементов; ж - шестиуголь-
ная пластина; 1 - цилиндрические связи (болты, штыри, гвозди)
ментов. Это наиболее прогрессивный вид соединений в де-
ревянных конструкциях при их заводском изготовлении.
Клеевые соединения выполняют на водостойких и
биостойких синтетических клеях и имеют следующие до-
стоинства: практически отсутствующую податливость,
технологичность, химическую стойкость к агрессивным
средам, малую трудозатратность, возможность получе-
ния элементов различных длин и сечений (сращивание и
сплачивание).
Основным недостатком клеевых соединений являет-
ся то, что склейка деревянных элементов допускается
только в специализированных цехах при тщательном кон-
троле и соблюдении требований по охране труда.
Клеевые соединения (стыки) по их расположению и
особенностям работы подразделяются на продольные,
поперечные и угловые (соответственно сращивание,
сплачивание и анкеровка; рис. 6.52}.
Рис. 6.51. Соединения с помощью фасонных металлических де-
талей:
а - накладной двухсторонний кронштейн из гнутой полосовой
стали; б - боковой гнуто-сварной башмак; в - гнутый башмак; г -
сварной кронштейн; д - накладной гнуто-сварной кронштейн
Рис. 6.52. Виды клеевых соединений:
сращивание по длине: а - в нахлест, б - на «ус», в - зубчатое, г -
встык с накладками; сплачивание по ширине: д - по пластям, е -
по кромке, ж - по пластям и кромкам, з - по пласти и кромке;
анкеровка под углом: и - в нахлест, к - на «ус» с накладками, л -
в полдерева, м - зубчатая
Раздел I ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
109
Основной вид клеевого соединения - поперечный
стык по пластям - представляет собой клеевое соеди-
нение досок пластями для получения клеедеревянных
элементов требуемой высоты сечения с обеспечением их
изогнутой формы подлине. Клеевые соединения препят-
ствуют распрямлению изогнутых досок в элементе, вос-
принимая скалывающие напряжения, которые возникают
и в прямолинейных элементах при их изгибе от нагрузок.
Стык по кромкам применяется при изготовлении
клеедеревянных элементов с шириной сечений большей,
чем ширина применяемых досок. По высоте сечения в
элементе эти стыки располагают обычно вразбежку.
Стык по пласти и кромке представляет собой клее-
вое соединение пласти одной доски с кромкой другой.
Применяется при изготовлении элементов тавровой, дву-
тавровой и коробчатой форм (рис. 6.53),
Стык на зубчатые шипы представляет собой клее-
вое соединение концов досок по зубчатой поверхности в
виде ряда острых клиньев, выходящих на пласти или
кромки досок. Такая форма придается концам досок на
фрезерном станке.
В зависимости от способа фрезерования зубчатые
шипы могут иметь различную конфигурацию (рис. 6.54).
Увеличение прочности зубчатого стыка связано с уве-
личением длины шипов и уменьшением их затупления.
Стык на зубчатые шипы эффективен экономически, так
как имеет малую длину, позволяет соединять короткие
доски и может изготавливаться автоматически.
Угловой стык на зубчатые шипы (рис. 6.52 м) име-
ет ту же форму, что и прямой, и применяется, главным
Рис. 6.53. Формы сечений коротких деревянных элементов (без
сращивания по длине):
1 - доска; 2 - брусок; 3 - брус; 4 - четвертина; 5 - горбыль; 6 -
фанера; 7 - прокладка; 8 - полость
образом, при изготовлении клеедеревянных рам с распо-
ложением элементов под углом более 120'. В этом случае
зубчатый стык работает на сжатие с изгибом.
Усовое соединение представляет собой клеевое
продольное соединение концов досок по наклонным по-
верхностям, образованным их обрезкой под уклоном 1:10
к осям. Его иногда применяют при заготовке длинных до-
сок (плетей) для клеедеревянных элементов. Клеевой шов
работает в усовом соединении, как и в зубчатом, на скалы-
вание и растяжение и достаточно прочен. Однако он имеет
значительную длину (при толщине досок 30 мм - 300 мм),
может сдвигаться в процессе склеивания и меньше соот-
ветствует требованиям автоматизации изготовления.
Все клеевые швы должны иметь минимальную толщи-
ну (доли миллиметра) и высокую прочность, превосходя-
щую прочность древесины при сжатии. Прочность клее-
вых швов при растяжении вследствие их хрупкости неве-
лика и приблизительно соответствует прочности древе-
сины при растяжении поперек волокон. Клеевые соеди-
нения не должны разрушаться при нагружении выше пре-
дела прочности по клеевым швам. Разрушение элемента
должно происходить по цельной древесине.
Расчет клеевых соединений ввиду того, что они име-
ют прочность выше прочности древесины, не требуется.
Комбинированные соединения. Простейшим ви-
дом такого соединения является клеегвоздевое - гвоз-
девой прижим при склеивании {рис. 6.55 а). Гвоздевой
прижим используется при изготовлении криволинейных
элементов и фанерных конструкций. Размеры и расста-
новка гвоздей зависят от толщины склеиваемых элемен-
тов, качества обработки, степени коробления и плотности
древесины. Для склеивания многослойных изделий дли-
на гвоздей должна быть не менее 2-2,5 толщин досок, а
Рис. 6.54. Виды (расположение) зубчатых шипов для соединений
при сращивании пиломатериалов по длине:
а - поперек пласти; б - горизонтальное; в - горизонтально-угло-
вое; г - поперечно-угловое; д - диагональное; е - поперечно-ду-
говое; ж - параметры зубчатых шипов
110
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
расстояние между гвоздями - 4-8 толщин. Для соедине-
ния фанеры с деревянным каркасом гвозди забивают с
более частой расстановкой, учитывая небольшую толщи-
ну фанеры.
Другими видами комбинированных соединений,
применяемых при сборке конструкций, являются клее-
винтовые и клееболтовые. Это соединения, е которых
элементы запрессованы, т.е., прижаты друг к другу в
процессе склеивания при помощи шурулов, винтов,
болтов, остающихся в соединении после отверждения
клея (рис. 6.55 б, в).
Соединения на вклеенных стержнях представляют
собой клеевые соединения клеедерееянных элементов
при помощи коротких стержней из арматуры периодичес-
кого профиля классов А-II и A-III диаметром 12-25 мм или
стеклопластиковых стержней. Они вклеиваются в круглые
отверстия или прямоугольные пазы с накладками клеем с
наполнителями (например, цемент). Глубина вклеивания
составляет от 10 до 30 диаметров стержня, диаметр от-
верстия или ширина паза выполняется на 3-5 мм больше
диаметра стержня. Расстояние между осями стержней
принимается не менее 3d,а до краев сечения - не менее
2d. Вклеенные стержни применяются для продольного,
поперечного и углового соединений клеедерееянных эле-
ментов (рис. 6.55 г. д, е), работающих на продольные
силы или изгибающие моменты. Соединения восприни-
мают растягивающие силы (выдергивание) или сжимаю-
щие (вдавливание).
Соединения на поперечно вклеенных стержнях эф-
фективно применяются в опорных и промежуточных узлах
конструкций. При этом исключается работа древесины
элемента на смятие поперек волокон и размеры соеди-
нений существенно уменьшаются.
Наклонно вклеенные стержни имеют высокую проч-
ность и могут широко применяться в соединениях клее-
деревянных конструкций крупных сечений для восприя-
тия продольных усилий.
6.3.4. Массивные дощатоклееные элементы
Клееные элементы из досок - слоистые изделия, вы-
полненные прессованным способом склеивания досок,
уложенных плашмя друг на друга таким образом, что во-
локна всех слоев приблизительно параллельны. Изделия
могут различаться породой древесины, размерами и
формой сечения, количеством и толщиной слоев досок, а
также конфигурацией [рис. 6.56).
Для изготовления массивных дощатых элементов
применяется древесина хвойных пород - сосны, ели,
лиственницы.
|> || )
|1 II I* ||
I, 1
Рис. 6.55. Комбинированные соединения:
а - клевгвоэдевое; б - клеевинтовое; в - клееболтовое; г-на
продольно вклеенных стержнях; д - на поперечно вклеенных
стержнях; е - на наклонно вклеенных стержнях
Рис. 6.56. Массивные дощатоклееные элементы:
а - формы и структура поперечных сечений; б - примеры конфи-
гурации элементов
ГТ Т.Д-...Т и
-i.-дея I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
111
Размеры поперечного сечения прямоугольных эле-
ментов обычно составляют: ширина - 90-205 мм (соот-
Ее-ствует ширине пиломатериалов с учетом обработки):
зысота превышает ширину в 3-10 раз и может достигать
2 злее 2 м. Длина - по необходимости для конкретных
• обструкций - может достигать 40 м. Чаще всего длина
“раничивается возможностями специального технологи-
-еского оборудования и транспортирования.
Массивные клееные элементы могут быть прямоли-
-ейными и криволинейными. Необходимая конфигурация
достигается гнутьем в процессе склеивания досок, при
атом их толщина не должна превышать 1/150 радиуса
«сивизны (рис. 6.57). В прямолинейных элементах ис-
пользуются доски максимальной толщины 40 мм, а е кри-
волинейных - 16-32 мм в зависимости от радиуса гнутья.
Переменная высота сечения элемента достигается за
2-ет необходимого набора количества досок по длине или
распиливанием одного элемента для получения двух с
переменным сечением.
Количество склеиваемых досок может достигать не-
рхольких десятков и зависит от конфигурации и размеров
требуемого сечения элемента.
Клееные элементы массивного сечения имеют лучшие
"сказатели свойств по сравнению с цельнодеревянными в
результате достижения необходимой для склеивания сте-
пени сушки пиломатериала и сведения до минимума его
дефектов. Степень улучшения свойств клееных элементов
повышается с увеличением количества досок (увеличени-
ем сечения). Маловероятная концентрация скрытых поро-
ков древесины в смежных слоях досок обуславливает вы-
сокую конструктивную надежность клееных элементов в
заботе как на сжатие и изгиб, так и на растяжение.
Клееные деревянные конструкции из элементов мас-
сивных сечений имеют высокую огнестойкость - во время
“ожара ведут себя значительно надежнее металлических.
Клееные элементы целесообразно применять в по-
крытиях большепролетных зданий, где собственный вес
конструкции часто имеет решающее значение.
6.3.5. Основные требования по проектированию
При проектировании и изготовлении деревянных кон-
струкций следует:
• учитывать производственные возможности
предприя1ий-из1иговителей деревянных конструкций;
• учитывать возможности транспортирования кон-
струкций на строительную площадку;
• предусматривать меры по обеспечению устойчи-
вости и неизменяемости отдельных конструкций и всего
здания в целом при монтаже и эксплуатации;
• предусматривать защиту конструкций от атмос-
ферных воздействий (влаги, ультрафиолетового излуче-
ния) конструктивными и химическими методами;
• предусматривать защиту древесины конструк-
ций от коррозии, вызываемой действием биологических
агентов (дереворазрушающие грибы и др.), консервиро-
ванием, антисептированием, покрытием лакокрасочными
материалами или поверхностной пропиткой составами
комплексного действия;
• предусматривать защиту древесины конструкции
от химической коррозии, вызываемой химически агрес-
сивными средами (газообразными, жидкими и твердыми),
покрытием лакокрасочными материалами или поверхност-
ной пропиткой составами комплексного действия;
• предусматривать защиту элементов конструкций
от возгорания конструктивными и химическими методами,
переводящими древесину в трудносгораемое состояние.
Долговечность деревянных конструкций должна обес-
печиваться конструктивными мерами и в необходимых слу-
чаях защитной обработкой, предусматривающей предохра-
нение их от увлажнения, биоповреждения и возгорания.
Конструктивные меры должны предусматривать:
• предохранение древесины конструкций от не-
посредственного увлажнения атмосферными осадками,
грунтовыми, талыми и производственными водами;
• предохранение древесины конструкции от про-
мерзания, капиллярного и конденсационного увлажнения;
• систематическую просушку элементов конструк-
ций путем создания осушающего температурно-влажно-
стного режима (естественная и принудительная вентиля-
ция помещений, устройство в конструкциях осушающих
продухов).
Деревянные конструкции должны быть открытыми,
хорошо проветриваемыми, по возможности доступными
во всех частях для осмотра и возобновления защитной
обработки древесины.
Не допускается глухая заделка частей деревянных
конструкций в каменные стены.
Несущие клееные деревянные конструкции, эксплуа-
тируемые на открытом воздухе, должны иметь сплошное
сечение; верхние горизонтальные и наклонные грани этих
конструкций следует защищать антисептированными
досками, козырьками из оцинкованной кровельной стали,
алюминия, стеклопластика или другого атмосферостой-
кого материала.
Опирание несущих деревянных конструкций на фунда-
менты, каменные стены, стальные и железобетонные ко-
лонны и др. элементы конструкций из более теплопровод-
ных материалов (при непосредственном их контакте) сле-
дует осуществлять через гидроизоляционные прокладки.
Расстояние от низа несущих деревянных конструкций
до пола должно быть не менее 15 см, до уровня земли
снаружи - не менее 30 см.
Металлические накладки в соединениях конструкций,
эксплуатируемых в условиях, где возможно выпадение
конденсата, должны отделяться от древесины гидроизо-
ляционным слоем.
В соединениях элементов конструкций, эксплуатиру-
емых в условиях агрессивной по отношению к стали сре-
Рис. 6.57. Запрессовка гнутого элемента для склеивания в вин-
товом горизонтальном прессе
В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
ды, следует использовать алюминиевые сплавы, стекло-
пластики, древесину твердых лиственных пород.
При пролетах безраспорных конструкций более 30 м
одна из опор должна быть подвижной.
Пространственную жесткость и устойчивость дере-
вянных конструкций следует обеспечивать постановкой
вертикальных и горизонтальных связей.
6.4. Основы бетонных
и железобетонных конструкций
6.4.1. Особенности заводского производства
При проектировании железобетонных элементов
предусматривают возможность их изготовления на спе-
циальных заводах и удобного монтажа на строительных
площадках путем выбора оптимальных габаритов, форм
сечения, рациональных способов армирования.
Конструктивные решения элементов и технология их
изготовления находятся в тесной взаимосвязи. Технологич-
ными являются элементы конструкций, которые допускают
массовое их изготовление в заводских условиях с исполь-
зованием высокопроизводительных машин и механизмов.
Производство сборных железобетонных элементов осуще-
ствляется по различным технологическим схемам.
Конвейерная технология. Элементы изготавливают в
формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по
рельсам конвейера от одного агрегата к другому. По мере
продвижения вагонетки последовательно выполняются
необходимые технологические операции: установка арма-
Рис 6.5В. Сварные соединения арматуры:
а, б - крестообразные при контактной точечной сварке; в - кон-
тактно-стыковое; г - стыковое на ванной сварке; д - впритык; е -
стыковое С накладными стержнями; ж, з - нахлесточное
турных каркасов, натяжение арматуры предварительно на-
пряженных элементов, установка вкладышей-пустотообра-
зователей (для элементов с пустотами), укладка бетонной
смеси и уплотнение, извлечение вкладышей, термовлаж-
ностная обработка для ускорения твердения бетона. Фор-
мы-вагонетки перемещаются в установленном принуди-
тельном порядке. Производительная конвейерная техно-
логия применяется на крупных заводах при массовом вы-
пуске элементов относительно малой массы.
Агрегатно-поточная технология. Агрегаты, выполня-
ющие необходимые технологические операции, неподвиж-
ны, а форма с изделием перемещается от одного агрегата
к другому. Технологический ритм перемещения форм не
установлен заранее и не является принудительным.
Стендовая технология. Особенность этой техноло-
гии в том, что изделие в процессе изготовления остается
неподвижным, а агрегаты, выполняющие технологиче-
ские операции, перемещаются вдоль форм. Стенды обо-
рудованы передвижными кранами, подвижными бетоно-
укладчиками и вибраторами для уплотнения смеси. По
стендовой технологии изготавливают крупноразмерные и
предварительно напряженные элементы - фермы, балки
покрытий, колонны и др. Разновидностью стендовой тех-
нологии является кассетный способ, широко применяе-
мый для изготовления плит перекрытий и стеновых пане-
лей. Элементы изготавливают на неподвижном стенде в
пакете вертикальных металлических кассет на несколько
изделий. Арматурные каркасы устанавливают в отсеках
кассеты, а затем укладывают бетонную смесь, подавае-
мую пневмотранспортом по трубам.
Вибропрокатная технология. Плиты перекрытий и
панели стен формуют на непрерывно движущейся ленте,
поверхность которой образует форму изделия. После ус-
тановки арматурного каркаса бетонную смесь, поданую
на ленту, вибрируют и уплотняют с помощью валков. Пос-
ледовательно прокатываемые изделия, укрытые сверху и
подогреваемые снизу, во время перемещения по ленте
(несколько часов) набирают необходимую прочность, а
после охлаждения на стеллажах транспортируются на
склад готовой продукции.
6.4.2. Общие положения конструирования
элементов
Сварные соединения арматурных стержней. Ар-
матурные стержни соединяют контактной точечной свар-
кой. соединением встык, внахлестку или накладкой до-
полнительных стержней (рис. 6.58).
Контактной точечной сваркой соединяют стержни для
образования сеток и каркасов из арматуры классов A-I,
А Н, А-Ill и проволоки классов В-I и Вр-П (рис. 6.58 а, б).
Контактная стыковая сварка применяется для соеди-
нения по длине арматурных стержней диаметром не ме-
нее 10 мм (рис. 6.58в). Соединения встык арматуры диа-
метром 20 мм и более выполняют ванной сваркой с при-
менением инвентарных приспособлений (рис. 6.58 г).
Соединение стержней фланговыми швами, внахлест-
ку (рис. 6.58 ж, з) или впритык с приваркой дополнитель-
ных стержней (рис. 6.58 е) применяют для арматуры диа-
метром не менее 10 мм; длина шва должна быть не ме-
нее 4d при двухсторонней сварке и 8d — при односто-
ронней сварке.
Соединение в тавр (рис. 6.58 д) применяется для из-
готовления закладных, стальных деталей, при этом арма-
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
113
турные стержни принимают диаметром не менее 8 мм, а
пластины - толщиной не менее 0,75 диаметра стержня.
Сварные соединения термически упрочненных арма-
турных стержней, высокопрочной проволоки и арматур-
ных канатов не допускаются.
Стыки арматуры внахлестку без сварки. Стыки
сварных сеток и каркасов с односторонним расположени-
ем рабочих стержней выполняют, как правило, внахлест-
ку без сварки (рис. 6.59}.
Длину перепуска (нахлестки) сеток /н принимают в
зависимости от направления рабочей арматуры класса и
диаметра стержней, применения сеток в растянутом или
сжатом бетоне. Длина нахлестки определяется из усло-
вия достаточной анкеровки арматуры. В любом случае
величина /н > 20d и > 250 мм при расположении стыков
внахлестку в растянутом бетоне и /н > 15d и > 200 мм - в
сжатом бетоне.
Стыки сварных сеток в направлении рабочей армату-
ры из гладких стержней необходимо проектировать так,
чтобы в пределах длины нахлестки располагалось не ме-
нее двух поперечных стержней (рис. 6.59 a-в). Стыки
сварных сеток из горячекатаной стали периодического
профиля выполняют либо без поперечных стержней в
пределах стыка в обеих сетках, либо без поперечных
стержней в одной из стыкуемых сеток (рис. 6.59 г).
Сварные сетки в нерабочем направлении укладывают
внахлестку с перепуском на 50 мм при диаметре распре-
делительной арматуры d( < 4 мм и 100 мм - при d4 > 4 мм
(рис. 6.59 д, е). При диаметре рабочей арматуры более
16 мм сетки укладывают впритык, а стык перекрывают
дополнительной сеткой с напуском в каждую сторону не
менее 100 мм и не менее 15d, (рис. 6.59 ж}.
Сцепление арматуры с бетоном. В железобетонных
элементах скольжение арматуры в бетоне под нагрузкой
не происходит благодаря сцеплению материалов. Проч-
ность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопро-
тивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных
стержней, заделанных в бетон. Прочность сцепления зави-
сит от следующих факторов: зацепления за бетон высту-
пов на поверхности арматуры периодического профиля;
сил трения между арматурой и бетоном; склеивания арма-
туры и бетона, возникающего благодаря клеящей способ-
ности цементного геля. Наибольшее значение на проч-
ность сцепления оказывает первый фактор: сцепление ар-
матуры периодического профиля с бетоном в 2-3 раза
выше, чем гладкой арматуры. Прочность сцепления возра-
стает с повышением класса бетона, уменьшением водоце-
ментного отношения, с увеличением возраста бетона.
В некоторых случаях (гладкие арматурные стержни,
высокопрочная проволока, арматура в виде пучков, кана-
тов) сил сцепления бывает недостаточно, тогда применя-
ют специальные анкеры.
Анкеровка арматуры. Закрепление концов армату-
ры в бетоне - анкеровка - достигается запуском (задел-
кой) арматуры за рассматриваемое сечение на длину
зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловлен-
ную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помо-
щью анкерных устройств.
Стержни ненапрягаемой рабочей арматуры заводят
за нормальное к продольной оси элемента сечение, в ко-
тором они учитываются с полным расчетным сопротивле-
нием на длину анкеровки /ап, определяемую расчетом.
При анкеровке отдельных гладких стержней на концах
устраивают крюки, отгибы или петли (рис. 6.60 a-в}. В
сварных сетках и каркасах анкерами служат стержни по-
перечного направления, поэтому их применяют без крю-
ков и отгибов на концах (рис. 6.60 д, е). Также не имеют
крюков стержни периодического профиля, обладающие
значительно лучшим сцеплением с бетоном (рис. 6.60 г}.
Если невозможно разместить в элементе длину анке-
ровки по расчету, то на концах стержней устраивают спе-
циальные анкеры в виде пластин, шайб, уголков и т.п.
(рис. 6.60 ж-и} или отгибают анкеруемый стержень на 90'
(рис. 6.60 к).
На крайних свободных опорах изгибаемых элементов
(плит, балок) продольные растянутые стержни заводят
для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину (/ап)
не менее 10d, а если наклонные трещины в растянутой
зоне не образуются - то на длину не менее 5d.
Закладные детали и их анкеровка. Для соединения
железобетонных элементов между собой, а также для
крепления к ним технологических коммуникаций и раз-
личных устройств, применяют закладные детали — сталь-
ные детали, выходящие обычно на поверхность железо-
бетонного элемента и надежно заанкеренные в нем.
Закладные детали могут быть расчетными (восприни-
мающими действующие на них усилия) и нерасчетными
(конструктивными).
Рис. 6.59. Стыки сварных сеток внахлестку:
а-в - в направлении рабочей арматуры из гладких стержней; г -
то же, из стержней периодического профиля; д-ж - в направле-
нии распределительной арматуры; d - диаметр рабочей армату-
ры; d.| - диаметр распределительной арматуры
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРО8АНИЕ
Наибольшее распространение получили унифициро-
ванные закладные детали в виде листового или фасонно-
го проката из стали марки ВСтЗкп2 с приваренными ан-
керами из стержневой арматуры классов А-ll и А-Ill. Ан-
керные стержни соединяют с пластинами или прокатом
сваркой в тавр или внахлестку (рис. 6.61 а). Диаметр ан-
кера принимается не менее 8 мм, длина - 15-65d в зави-
симости от условий анкеровки, классов бетона и стали.
Толщину пластин принимают не менее 6 мм, а толщину
полок фасонного проката - не менее 5 мм. Производство
сварных закладных деталей весьма трудоемко.
Для снижения металле-, энерго- и трудоемкости эф-
фективно изготовление закладных деталей методом хо-
лодной штамповки. Штампованные детали изготавлива-
ют единым элементом, при этом часть его выполняет
роль полосовых анкеров (рис. 6.61 б).
Штампосварными закладными деталями называют та-
кие, в которых одновременно применяют штампованную
пластину с выдавленными выступами или полосовыми ан-
керами и стержневые приваренные анкеры (рис. 6.61 в).
Рис. 6.60. Анкеровка ненапрягаемой арматуры:
а - крюком: б - отгибом; в - петлей (в горизонтальной плоско-
сти); г - зацеплением за бетон; д, е - поперечными стержнями;
ж - пластиной; з - шайбой; и - уголком; к - отгибом
Защитный слом бетона. Для лучшего сцепления ар-
матуры с бетоном и обеспечения их совместной работы, а
также для защиты арматуры от коррозии и быстрого нагре-
вания от высоких температур, арматура удаляется от наруж-
ных поверхностей элементов на величину защитного слоя.
При назначении толщины защитного слоя бетона учи-
тывают вид и толщину элемента конструкции, диаметр и
назначение арматуры (рабочая, распределительная), ус-
ловия эксплуатации, класс бетона.
Толщину защитного слоя для рабочей арматуры (не-
напрягаемой и напрягаемой) принимают не менее диамет-
ра стержня или каната и не менее: в плитах и стенках тол-
щиной до 100 мм - 10 мм; при толщине плит и стенок более
100 мм, а также в балках и ребрах высотой менее 250 мм -
15 мм (рис. 6.62 а, б); в балках и ребрах высотой 250 мм и
более и в колоннах - 20 мм; в фундаментных балках и бло-
ках сборных фундаментов - 30 мм; для нижней арматуры
монолитных фундаментов при наличии бетонной подготов-
ки - не менее 35 мм и 70 мм при отсутствии подготовки.
Для распределительной, поперечной и конструк-
тивной арматуры толщина защитного слоя бетона дол-
жна быть не менее диаметра указанной арматуры и не
менее: при h < 250 мм - 10 мм и при h > 250 мм - 15 мм
(рис. 6.62 а-в).
Для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных
средах (действие паров, кислот, дыма и т.п.), при повы-
шенной температуре или влажности толщина защитного
слоя бетона увеличивается на 10-20 мм.
Расстояние от концов продольной ненапрягаемой ар-
матуры до торца элемента должно быть не менее 10 мм, а
для элементов большой длины (более 9 м) не менее 15 мм.
Рис. 6.61. Примеры конструкций сварных (а), штампованных (б)
и штампосварных (в) закладных деталей:
1 - нормальные анкеры (приваренные тавровым соединением);
2 - отверстие для фиксации; 3 - наклонные анкеры; 4 - упор, ра-
ботающий в двух направлениях; 5 - то же, в одном направлении
Раздел (. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
115
В элементах с продольной напрягаемой арматурой,
натягиваемой на бетон и располагаемой в каналах (бал-
ки, нижний пояс ферм и др.), толщина защитного слоя
бетона от нижней грани элемента до поверхности канала
нормами установлена не менее 40 мм и не менее шири-
ны канала, а до боковых граней - не менее половины вы-
соты канала (рис. 6.62 д).
Минимальные расстояния между стержнями ар-
матуры. Расстояние в свету между отдельными стержня-
ми ненапрягаемой продольной арматуры, между продоль-
ными стержнями соседних плоских сварных каркасов и
напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон, принима-
ется не менее наибольшего диаметра стержней, а также:
а) если стержни при бетонировании занимают гори-
зонтальное или наклонное положение - не менее 25 мм
для нижней арматуры и 30 мм - для верхней арматуры;
если нижняя арматура располагается по высоте более
чем в два ряда, то для вышерасположенных рядов (кроме
двух нижних) расстояние между стержнями в горизон-
тальном положении принимают не менее 50 мм;
б) если стержни при бетонировании занимают верти-
кальное положение, то просвет между стержнями должен
быть не менее 50 мм.
Рис. 6.62. Защитные слои бетона и минимальные расстояния
между стержнями в сечениях железобетонных элементов:
а - в балках и ребрах; б - в плитах; в-в колоннах; г, д - в пред-
варительно напряженных элементах; 1 - напрягаемая арматура;
2 - ненапрягаемая рабочая арматура; 3 - поперечная арматура
В железобетонных плитах, армированных сварными
сетками, расстояния между осями рабочих стержней,
расположенных в средней части пролета плиты и над опо-
рой (вверху), принимают не менее 50 мм и не более
200 мм при толщине плиты до 150 мм и не более 1,5hn
при толщине плиты более 150 мм. На всех участках плиты
расстояния между стержнями распределительной арма-
туры должны составлять не более 300 мм.
6.4.3. Понятие о предварительно напряженном
железобетоне
Бетон обладает малым сопротивлением растяжению.
Вследствие этого существенным недостатком железобе-
тонных конструкций является возможность образования
трещин (в изгибаемых и растянутых элементах) при на-
грузках меньше эксплуатационных. Стремление устра-
нить этот недостаток, а попутно и другие - большую соб-
ственную массу и невозможность использования высоко-
прочных сталей, привело к созданию более совершенных
в техническом отношении предварительно напряженных
конструкций.
Идея таких конструкций состоит в том, что путем
искусственного предварительного обжатия бетона в тех
местах конструкций, где эксплуатационная нагрузка вы-
зывает растягивающие усилия, появление нежелатель-
ных растягивающих усилий в бетоне отодвигается на
более поздний этап загружения или даже совсем исклю-
чается. Принципиальное отличие предварительно напря-
женных конструкций от обычных заключается в том, что
еще до установки в проектное положение (при отсутствии
нагрузок) в них уже созданы выгодные с точки зрения эк-
сплуатации начальные напряжения.
Предварительно напряженными называют такие же-
лезобетонные конструкции, в которых в процессе изготов-
ления искусственно созданы значительные сжимающие на-
пряжения в бетоне натяжением высокопрочной арматуры.
Они имеют следующие преимущества перед обыч-
ными:
• повышенная трещиностойкость - расчетом и
конструированием можно обеспечить полное отсутствие
трещин или ограничение ширины их раскрытия;
• возможность рационального использования вы-
сокопрочных стали и бетона, что приводит к экономии ма-
териалов и облегчению конструкций;
• возможность целесообразного применения кон-
струкций больших пролетов, что расширяет область ис-
пользования железобетона;
• повышенная жесткость и меньшая деформа-
тивность.
Переход к предварительно напряженным конструкци-
ям значительно расширил область применения железо-
бетона за счет увеличения пролетов, уменьшения сече-
ний, изготовления тонкостенных конструкций.
Предварительному напряжению подвергаются пре-
имущественно изгибаемые элементы - плиты и балки, а
также растянутые элементы - нижние пояса и раскосы
ферм, конструкции специальных сооружений (элевато-
ров, силосов, резервуаров и т.п.).
8 производстве предварительно напряженных эле-
ментов возможны два метода создания предваритель-
ного натяжения: натяжение арматуры на упоры (до бе-
тонирования) и натяжение арматуры на бетон (после бе-
тонирования и затвердевания бетона).
116
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
Наибольшее распространение получил метод на-
тяжения на упоры (рис. 6.63 а). При этом арматуру ус-
танавливают в форме до бетонирования, один конец
закрепляют в упоре, другой конец натягивают до задан-
ных напряжений (механическое натяжение) и закрепля-
ют в упоре. Затем элемент бетонируют. После приоб-
ретения бетоном необходимой прочности для восприя-
тия усилий предварительного обжатия (передаточная
прочность) арматуру отпускают с упоров. Стремясь
восстановить свою первоначальную длину, арматура
обжимает бетон. Передача усилий на бетон происходит
за счет сил сцепления бетона и арматуры, а также с по-
мощью специальных анкеров арматуры, находящихся в
бетоне (рис. 6.64).
Метод натяжения на бетон более трудоемок. Его
применяют в тех случаях, когда натяжение на упоры за-
труднено или не может быть осуществлено (при строи-
тельстве уникальных сооружений больших размеров на
строительной площадке, укрупнительной сборке состав-
ных конструкций из сборных элементов, возведении мо-
нолитных конструкций). Первоначально изготавливают
бетонный или малоармированный элемент, в котором
предусмотрены каналы или пазы для размещения напря-
гаемой арматуры (рис. 6.63 б). Каналы имеют размеры,
несколько большие диаметра напрягаемой арматуры. Их
создают, укладывая гофрированные стальные тонкостен-
ные трубки, которые остаются в конструкции, или с помо-
щью каналообразователей, извлекаемых из бетона. При
достижении бетоном требуемой передаточной прочности
в каналы (пазы) заводят арматуру, натягивают ее до не-
обходимого напряжения и закрепляют (заанкеривают) на
торцах конструкции. Бетон оказывается обжатым. Для
сцепления арматуры с бетоном в каналы инъецируют
мелкозернистый бетон.
Натяжение арматуры осуществляется механичес-
ким, электротермическим, комбинированным и физико-
химическим (самонапряжение) способами.
При механическом способе арматуру натягивают
гидравлическими или винтовыми домкратами и другими
механизмами. При электротермическом способе арма-
туру нагревают до 300*С посредством пропуска через нее
электрического тока, заводят в форму и закрепляют на
упорах. В процессе остывания арматура укорачивается и
получает предварительные растягивающие напряжения.
Рис. 6.63. Схемы методов создания предварительного напряже-
ния бетона:
а - натяжение на упоры; б - натяжение на бетон; 1 - упор; 2 -
домкрат; 3 - анкер
Комбинированный способ сочетает электротермический
и механический способы натяжения арматуры, осуществ-
ляемые одновременно. При физико-химическом спосо-
бе натяжение арматуры достигается в результате расши-
рения бетона, изготовленного на специальном напрягаю-
щем цементе (НЦ) при его гидротермической обработке.
Арматура в бетоне препятствует увеличению его объема и
растягивается, а бетон получает сжимающие напряжения.
Достоинство применения напрягающего цемента - отсут-
ствие приспособлений для натяжения арматуры.
Для преднапряженных конструкций применяют стер-
жневую арматуру периодического профиля классов А-IV,
Ат-IV, A-V, Ат-V, A-VI, At-VI, проволочную классов В-Н, Bp-il
и арматурные канаты классов К-7 и К-19. При длине эле-
ментов более 12 м преимущественно применяют арма-
турные канаты и проволочную арматуру. Бетон применя-
ют класса В20 и выше в зависимости от класса арматуры.
Предварительно напрягаемая арматура в зависи-
мости от способа натяжения анкеруется в бетоне либо за
счет сил сцепления, либо с помощью специальных анке-
ров, располагаемых в теле бетона или на торце элемента.
При натяжении на упоры (до бетонирования) высоко-
прочной рифленой проволоки (Вр-Н), канатов однократной
свивки (К-7), стержней периодического профиля анкеров-
ка арматуры обеспечивается за счет сцепления с бетоном,
и установка анкеров у концов элемента не требуется.
При недостаточном сцеплении с бетоном арматуры,
натягиваемой на упоры (например, гладкой проволоки),
устраивают внутренние анкеры, располагаемые у концов
элемента в виде колец с коротышами (рис. 6.64 а). Для
стержневой арматуры применяют анкеры в виде выса-
женных головок, приваренных коротышей, колец или
шайб, гаек, навинчиваемых на нарезанный конец стерж-
ня (рис. 6.64 б-ж).
Для анкеровки арматуры, натягиваемой на бетон (пос-
ле бетонирования), а также для захвата, натяжения и за-
крепления на упорах арматуры, натягиваемой до бетони-
Рис. 6.64 Анкеровка напрягаемой арматуры:
а - кольца с коротышами; б - высаженная головка; в - нарезной
наконечник с гайкой; г - приварка коротышей; д - обжатая шай-
ба; е - приварка кольца; ж - нарезной конец с гайкой
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
117
рования, применяют специальные анкеры - гильзовые, с
колодкой и пробкой, стаканного типа и другие устройства.
Величина предварительного напряжения, контро-
лируемого при изготовлении преднапряженных конструк-
ций, не должна быть слишком низкой, иначе эффект
предварительного напряжения будет со временем утра-
чен вследствие неизбежных потерь этого напряжения. С
другой стороны, величина предварительного напряжения
не должна быть слишком высокой, иначе возникает опас-
ность развития остаточных деформаций в арматуре или
даже ее разрыв.
6.4.4. Изгибаемые элементы
К изгибаемым железобетонным элементам относят-
ся плиты и балки. Они могут быть самостоятельными или
входить в состав конструкций - ребристых перекрытий.
По способу изготовления плиты и балки бывают сборны-
ми, монолитными и сборно-монолитными с предвари-
тельно напрягаемой арматурой и ненапрягаемой армату-
рой, однопролетными (сборные) и многопролетными
(монолитные и сборно-монолитные) (рис. 6.65).
Плиты балочные. Плитами называют плоские эле-
менты, толщина которых значительно меньше их длины и
ширины. По статическим и конструктивным признакам
различают плиты балочные и опертые по контуру. Если
плита опирается на все свои стороны (по контуру) и име-
ет отношение сторон меньше 1:2, то она изгибается (ра-
ботает) в двух направлениях и называется опертой по
контуру. При опирании по двум противоположным сторо-
нам плита работает по балочной схеме на изгиб в перпен-
дикулярном направлении относительно опор (стен или
балок). Поэтому такие плиты называются балочными.
Толщину плит, по возможности, назначают минималь-
ной, так как их вес составляет значительную долю постоян-
ной нагрузки и расхода бетона в здании. Толщина плит
должна удовлетворять требованиям прочности и жесткости.
В монолитных конструкциях толщину плит при сво-
бодном опирании принимают не менее 1 /35 пролета, а при
заделке в стенах - на менее 1/40 пролета. Толщину моно-
литных плит назначают кратной 10 мм, но не менее; для
покрытий - 40 мм, для междуэтажных перекрытий граж-
данских зданий - 50 мм, для междуэтажных перекрытий
промышленных зданий - 60 мм, для плит из легкого бето-
на во всех случаях - 70 мм. При полезных нагрузках более
10 кН/м2 (1000 кг/м2) независимо от назначения плит их
толщину рекомендуется принимать не менее 100 мм.
Монолитные плиты выполняют сплошными по сече-
нию и армируют, как правило, ненапрягаемой арматурой
в виде сеток, состоящих из рабочих и распределительных
(монтажных) стержней.
Рабочую арматуру укладывают в растянутых зонах
плиты вдоль пролета в соответствии с эпюрой изгибаю-
щих моментов (рис. 6.66). В однопролетных плитах ее
размещают только внизу (рис. 6.66 а). Часть стержней
рабочей арматуры для экономии стали может заканчи-
ваться в пролете (рис. 6.66 а, вар. 2). При этом до опоры
доводят столько стержней, чтобы площадь их сечения на
1 м ширины плиты составляла не менее 1/3 площади се-
чения стержней в пролете. Диаметр рабочих стержней со-
ставляет 3-12 мм, а в очень нагруженных плитах -16-
20 мм. Расстояние между осями стержней на участках с
максимальными моментами принимают не более 200 мм
при толщине плиты до 150 мм и не более полутора толщин
плиты - при hn > 150 мм. На остальных участках это рассто-
яние должно быть не более 400 мм при любой толщине.
Площадь сечения рабочей арматуры в плите должна
быть не менее 0,05% от площади сечения бетона (про-
цент армирования > 0,05).
Распределительная (монтажная) арматура диамет-
ром 3-8 мм располагается поперек пролета обычно с ша-
гом 250-350 мм и служит для обеспечения проектного
положения рабочих стержней. При армировании плит
толщиной более 120 мм и при содержании рабочей ар-
матуры до 1,5% допускается увеличение расстояния меж-
ду стержнями распределительной арматуры до 600 мм.
Площадь сечения распределительной арматуры должна
составлять не менее 10% от сечения рабочей арматуры в
месте наибольшего изгибающего момента.
На всех участках плиты расстояния между стержнями
и рабочей, и распределительной арматуры должны быть
не менее 50 мм.
Для армирования плит используют сварные сетки или
отдельные стержни (вязаные сетки). Применяют два вида
армирования монолитных плит сварными сетками; непре-
рывное (рулонными сетками) и раздельное.
Непрерывное армирование применяют при диа-
метре рабочих стержней до 10 мм. Рулонные сетки с про-
дольным расположением рабочих стержней раскатывают
по опалубке вдоль пролета плиты (рис. 6.66 б). На опорах
сетку укладывают на арматурные каркасы балки, а в про-
лете крепят к опалубке через специальные прокладки для
обеспечения защитного слоя бетона.
Раздельное армирование применяется при диа-
метре рабочей арматуры 6 мм и более. Рулонные сетки с
Рис. 6.65. Изгибаемые железобетонные элементы:
а - сборное перекрытие; б - монолитное перекрытие; 1 - плита;
2 - балка
118
В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ
поперечными рабочими стержнями раскатывают поперек
пролета плиты {рис. 6.66в). В этом случае вместо рулон-
ных сеток можно применять и плоские сетки.
Армирование монолитных плит отдельными стержня-
ми — как неиндустриальный способ — следует допускать
только в небольших объемах работ, а также в плитах, ког-
да использование сварных сеток нецелесообразно - в
плитах с большим количеством отверстий, плитах слож-
ной конфигурации и т.д.
Сборные плиты применяют различных видов и раз-
меров в зависимости от их назначения. В поперечном се-
Рис. 6.66. Армирование монолитных плит:
а - однопролетной; б - многопролетной с непрерывным армиро-
ванием; в - то же, с раздельным армированием; 1 - рабочие
стержни; 2 - монтажные (распределительные) стержни
чении сборные плиты бывают сплошными, ребристыми и
пустотными {рис. 6.67).
Минимальная толщина полок и ребер плит составля-
ет 25-35 мм и определяется расположением и диамет-
ром арматуры, а также величиной защитного слоя бето-
на. Полная высота плит назначается из условия их проч-
ности и жесткости и составляет 1/15-1/30 пролета.
Сборные плиты армируют плоскими сварными сетками
и каркасами, которые объединяют в один пространствен-
ный каркас, удобный для установки в форму. В многопустот-
ных плитах продольную рабочую арматуру располагают по
всей ширине нижней части сечения, а в ребристых - в реб-
рах. Для напрягаемой арматуры применяют стержни клас-
сов A-IV, A-V, высокопрочную проволоку и канаты.
Сборно-монолитные плиты состоят из сборных
элементов и монолитных частей, бетонируемых на строи-
тельной площадке. Затвердевший монолитный бетон свя-
зывает конструкцию в единую совместно работающую
систему. Сборные элементы служат опалубкой для моно-
литного бетона и в них же размещается рабочая армату-
ра {рис. 6.67 д, е). Сборные элементы изготавливают из
бетонов высоких классов, монолитные участки заполня-
ют бетонами обычных классов.
Балки. Балками называют линейные элементы, дли-
на которых значительно больше размеров поперечного
сечения (высоты и ширины). Поперечные сечения желе-
зобетонных балок без предварительного натяжения ар-
матуры обычно прямоугольные, тавровые (с полкой вни-
зу или вверху), трапециевидные (рис. 6.68). Для балок с
Рис. 6.67. Поперечные сечения сборных и сборно-монолитных
плит:
а-г - сборные плиты; д, е - сборно-монолитные плиты; 1 - свар-
ные сетки; 2 - рабочая арматура; 3 - плоские каркасы; 4 - сбор-
ные элементы; 5 - монолитный бетон
а б в г д е
1ДВДОО
Ж 3 и к л м
Рис. 6 68 Формы поперечных сечений железобетонных балок
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ
119
предварительно напряженной арматурой характерны тав-
ровые и двутавровые сечения.
Высота балок изменяется в широких пределах в за-
висимости от назначения и нагрузок, действующих на
них, - от 1/8 до 1/15 пролета. В целях типизации элемен-
тов и стандартизации опалубки высоту сечения h назна-
чают кратной 50 мм (до 600 мм) и кратной 100 мм при
большей высоте. Ширину прямоугольных балок назнача-
ют в пределах (0,3-0,5)h, а именно: 100, 120, 150, 180,
200, 220,250 мм и далее через 50 мм. Толщину ребра тав-
ровых и двутавровых балок рекомендуется назначать ми-
нимальной из условия размещения арматуры и удобства
бетонирования, но не менее 120 мм в монолитных балках
и 80 мм — в сборных.
Для нагруженных внешними силами железобетонных
балок опасными являются главные растягивающие на-
пряжения, имеющие переменное направление по длине
балки (рис. 6.69 б). Если главные растягивающие напря-
жения превосходят предел прочности бетона на растяже-
ние. образуются трещины перпендикулярно растягиваю-
щим усилиям.
Для восприятия растягивающих напряжений, в соот-
ветствии с их траекторией, в балке ставят продольную и
поперечную арматуру (наклонные стержни и хомуты
(рис. 6.69 в).
Если в элементе продольная рабочая арматура рас-
положена только в растянутой зоне, то поперечное сече-
ние такого элемента называют сечением с одиночным
армированием (рис. 6.69 г, сжатая зона заштрихована). В
случае усиления сжатой зоны элемента продольной ар-
матурой сечение называют с двойным армированием
(рис. 6.69 д).
Рис. 6.69. Напряженное состояние и армирование балки:
1 - продольная арматура; 2 - наклонная арматура (отгибы); 3 -
хомуты; 4 - монтажная арматура
Продольную рабочую арматуру располагают в ра-
стянутых зонах по возможности равномерно по ширине
балки и ближе к растянутой грани с соблюдением мини-
мальных толщин защитного слоя бетона. Для ненапряга-
емой арматуры применяют стержни диаметром 12-32 мм
желательно одного диаметра. Применение стержней раз-
личных диаметров усложняет производство работ, поэто-
му в одной балке рекомендуется назначать не более двух
разных диаметров рабочей арматуры, а разница между
ними должна составлять более 2 мм. Более толстые стер-
жни размещают в углах.
Ненапрягаемая арматура располагается по высоте в
один или два ряда во избежание большой разницы напря-
жений в отдельных стержнях, а для предварительно напря-
женной арматуры количество рядов не ограничивается.
В балках шириной более 150 мм количество рабочих
стержней, доводимых до Опоры, должно быть не менее
двух, а при ширине 150 мм и менее допускается устан