Текст
                    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 установ- ка одного стержня. Минимальные расстояния в свету между стержнями и толщины защитных слоев бетона показаны на рис. 6.62. Поперечную арматуру ставят в соответствии с эпю- рой поперечных сил и конструируют в зависимости от типа каркаса. В балках целесообразно применять свар- ные каркасы, изготовленные индустриальным способом. Прямоугольные балки шириной до 150 мм можно ар- мировать одним плоским сварным каркасом (рис. 6.70 а}. При ширине балок более 150 мм устанавливают два или при h>450 мм -s=h/3; <500 мм Рис. 6.70. Армирование балок сварными и вязаными каркасами: 1 - рабочая арматура; 2 - монтажная арматура; 3 - поперечные соединительные стержни
120 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ больше сварных каркасов, которые объединяют про- странственной приваркой поперечных соединительных стержней диаметром 5-6 мм через 1-1,5 м {рис. 6.70 б, в}. Поперечные стержни, соединяющие плоские каркасы, можно использовать для укладки на них дополнительного рабочего стержня (рис. 6.70г}. Диаметр поперечных стержней (хомутов) определя- ется расчетом. Минимальный диаметр хомутов назнача- ется по условию свариваемости с продольной арматурой и обычно принимается равным 6-10 мм. Поперечное армирование выполняют рабочей (у опор балки) и конструктивной (в пролете) арматурой, предназ- наченной, соответственно, для восприятия поперечных сил и обеспечения проектного положения продольной арматуры. В балках, не имеющих отогнутой арматуры, рассто- яние между поперечными стержнями для приопорных участков 1/4 пролета принимают: для балок высотой до 450 мм - не более половины высоты сечения и не более 150 мм; для балок высотой более 450 мм - треть высоты сечения, но не более 500 мм (рис. 6.70 з). Шаг конструктивных поперечных стержней не должен превышать 3/4 высоты сечения балки. В вязаных каркасах рабочие стержни располагают равномерно по ширине балки. Если ширина балки менее 350 мм или в одном ряду не более пяти рабочих стерж- ней, то ставят даухветвенный хомут (рис. 6.70 д). При большем количестве стержней и при ширине балок более 350 мм рекомендуется ставить четырехветвенные хому- ты (рис. 6.70 е). Хомуты конструируют так, чтобы в мес- тах их перегиба и загиба концов крюками обязательно располагались продольные стержни. Хомуты бывают открытые и замкнутые. В балках, со- единенных монолитно с плитой, при продольной армату- ре в ребре ставят открытые хомуты (рис. 6.70 д, е). В пря- моугольных балках, а также в тавровых с продольной ра- бочей арматурой в плите (например, на опорах неразрез- ных балок) применяют замкнутые хомуты (рис. 6.70 ж}. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее Рис. 6.71. Схемы армирования балок предварительно напрягае- мой арматурой 5 мм при высоте балок до 800 мм и не менее 8 мм — при большей высоте. В дополнение к хомутам в балках применяют наклон- ные (отогнутые) стержни. Они работают эффективнее по- перечных стержней, так как расположены ближе к траекто- рии главных растягивающих напряжений (см. рис. 6.69}. Особенности конструирования предварительно напряженных элементов. Предварительно напрягаемая арматура не входит в состав каркасов и размещается от- дельно в соответствии с эпюрой моментов и поперечных сил. В однопролетных балках небольшой высоты напря- гаемую арматуру располагают в растянутой зоне прямо- линейно по всей длине (рис. 6.7) а). В балках большой высоты устанавливают верхнюю напрягаемую арматуру, составляющую 15-25 % от ниж- ней. Равнодействующая усилий напрягаемых арматур ЕР в этом случае должна находиться вблизи нижней границы ядра сечения. Иногда в балках большой высоты часть напрягаемой арматуры располагают прямолинейно, а часть отгибают кверху (рис. 6.71 в). Это улучшает работу приопорных участков балки на скалывающие и главные растягиваю- щие напряжения. Консольные и неразрезные предварительно напря- женные балки армируют криволинейной арматурой по траектории главных растягивающих напряжений или пря- молинейными участками (рис. 6.71 г). Предельно допустимые прогибы железобетонных элементов устанавливаются различными требованиями: технологическими - обеспечение условий нормальной эксплуатации технологического и подъемно-транспорт- ного оборудования; конструктивными - обеспечение це- лостности примыкающих друг к другу элементов кон- струкций и их стыков, обеспечение заданных уклонов; фи- зиологическими - устранение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при колебаниях; эстетико-пси- хологическими - обеспечение благоприятных впечатле- ний от внешнего вида конструкций, предотвращение ощущения опасности. Предельно допустимые прогибы для различных типов конструкций равны: 1) подкрановые балки при кранах: ручных - 1/500, электрических - 1/600; 2) перекрытия с плоским потолком и элементы по- крытий при пролетах: до 6 м - 1/200, от 6 до 7,5 м - 3 см, более 7,5 м - 1/250;
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 121 3) перекрытия с ребристым потолком и элементы лестниц при пролетах: до 5 м - 1/200, от 5 до 10 м - 2,5 см, более Юм- 1/400. Во всех других случаях при действии постоянных дли- тельных и кратковременных нагрузок прогиб не должен превышать 1/150 пролета и 1/75 вылета консоли. 6.4.5. Сжатые и растянутые элементы К сжатым элементам относятся колонны, стены зда- ний, стойки рам, верхние пояса и стойки ферм и т.д. Железобетонные элементы могут испытывать воз- действие продольной сжимающей силы, действующей центрально, т.е. по оси элемента [рис. 6.72 а), сжимаю- щей силы, приложенной внецентренно с фиксированным эксцентриситетом е0 (рис. 6.72 б), или совместное дей- ствие центрально сжимающей силы и изгибающего мо- мента (рис. 6.72в). В реальных условиях центральное сжатие практичес- ки не происходит, так как всегда возникают небольшие конструктивные или случайные эксцентриситеты (еа) и, следовательно, происходит внецентренное сжатие. Причинами возникновения случайных эксцентрисите- тов могут быть: начальное искривление элемента, откло- нение фактических размеров от проектных, неточность монтажа сборных элементов, неточная укладка арматуры, неоднородность свойств бетона по сечению, неучтенные горизонтальные силы и др. причины. Случайный эксцент- риситет в расчетах принимают равным большему из сле- дующих значений: 1/600 всей длины элемента или длины между точками закрепления элемента (еа = //600); 1/30 высоты сечения элемента (еа = h/ЗО); не менее 1 см. Для расчетов одновременное действие продольной сжимающей силы N и изгибающего момента М можно за- менить силой N, действующей с начальным расчетным эксцентриситетом еа = М/N (рис. 6.72 s). Сжатые элементы (стойки, колонны) могут иметь призматическую или ступенчатую (в зданиях с мостовы- ми кранами) форму (рис. 6.72). Поперечные сечения сжатых элементов назнача- ют в зависимости от характера их работы. Для элемен- тов, сжатых со случайными эксцентриситетами, применя- ют квадратную, круглую или многоугольную формы (рис. 6.73 а-д). Сечения элементов, работающих с расчетны- ми (фиксированными) эксцентриситетами, развивают в плоскости действия внешнего момента и принимают пря- моугольными, двутавровыми или двухветвевыми (рис. 6.73 е-з). Размеры поперечных сечений должны приниматься из условия, что гибкость элементов в любом направлении не превышает: для колонн - 120, для других сжатых эле- ментов - 200. При назначении размеров также необходимо учиты- вать условия опирания вышележащих элементов и техно- логию изготовления сжатых элементов. Так, монолитные колонны сечением менее 250 х 250 мм применять не ре- комендуется по причине трудности бетонирования. В це- лях унификации поперечные размеры колонн до 500 мм принимают кратными 50 мм, а при больших размерах - кратными 100 мм. Сжатые элементы армируют продольной арматурой и поперечной (хомутами), объединяя их в сварные или вя- заные каркасы. Продольная рабочая арматура. Сжатые элементы армируют преимущественно ненапрягаемой арматурой. Диаметр рабочих продольных стержней назначают не бо- лее 40 мм и не менее: в сборных элементах - 16 мм, в монолитных - 12 мм. Рекомендуется назначать все стер- жни рабочей арматуры одинакового диаметра. В элементах со случайными эксцентриситетами {цен- трально сжатых) продольную арматуру размещают равно- мерно по периметру сечения с обязательной постановкой стержней в углах. Колонны сечением до 400 х 400 мм включительно можно армировать четырьмя стержнями (рис. 6.74 а), а при большем сечении необходимо предусматривать про- межуточные стержни по периметру сечения (рис. 6.74 б). Диаметр арматуры, располагаемой в углах, нужно назна- чать максимально возможным, чтобы создать жесткий пространственный каркас. В элементах с расчетными эксцентриситетами (е0 > еа) продольные рабочие стержни размещают вдоль ко- ротких граней (рис. 6.75). Армирование может быть симметричным (рис. 6.75 а) - в элементах, испытывающих действие противоположных по знаку и близких по величине изгибающих моментов. При несимметричном армировании в растянутой зоне предусматривают второй ряд из двух стержней, распола- гая их вблизи углов колонны (рис. 6.75 б). Если расстояние между осями продольных стержней в плоскости изгиба превышает 500 мм, то между ними устанавливают конструктивную продольную арматуру ди- аметром не менее 12 мм (рис. 6.75г, е). Поперечная арматура. Хомуты устанавливают в ко- лоннах конструктивно (без расчета). Они охватывают всю продольную арматуру и обеспечивают сжатые стержни от их бокового выпучивания в любом направлении. Рис. 6.73. Формы поперечных сечений сжатых железобетонных элементов Рис. 6.74. Армирование сжатых элементов со случайными экс- центриситетами: 1 - сварные плоские каркасы; 2 - соединительные стержни: 3 - промежуточные стержни; 4 - шпильки; 5 - хомуты
122 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Исходя из этого, расстояние между хомутами назна- чают не более 400 мм и 15d в сварных каркасах или 12d в вязаных (d - наименьший диаметр продольных рабочих сжатых стержней). Во всех случаях расстояние между хо- мутами должно быть не более удвоенной ширины сече- ния элемента (s < 2b). Если процент армирования про- дольной арматуры составляет более 1,5%, а все сечение элемента сжато и арматура превышает 3%, расстояние между хомутами должно быть не более 300 мм и 10d. Шаг хомутов всегда округляют до размеров, кратных 50 мм. Диаметр поперечных стержней в сварных каркасах назначают по условиям свариваемости (от 5 до 10 мм), а в вязаных - не менее 5 мм. Если е коротком сжатом элементе установить попе- речную арматуру, способную эффективно сдерживать по- перечные деформации, то этим можно существенно уве- личить его несущую способность. Такое армирование на- зывается косвенным. Являясь как бы обоймой, оно пре- пятствует поперечному расширению бетона и косвенным путем повышает его несущую способность. Для элементов с круглым и многоугольным попереч- ным сечением косвенное армирование выполняют в виде спиралей или сварных колец (рис. 6.76 а, б). Для элемен- тов прямоугольного сечения применяют объемное кос- венное армирование в виде часто размещенных сварных сеток (рис. 6.76 в), которое широко применяют для мест- ного усиления сборных железобетонных колонн вблизи стыков. Шаг витков спирали или колец принимается в пределах 40-100 мм и не более 0,2 диаметра колонны, который должен быть не менее 250 мм. Спирали и кольца изготавливаются из проволоки класса Вр-I или арматуры классов A-I, А-II, A-III диаметром 6-14 мм. Продольную и поперечную арматуру в сжатых эле- ментах объединяют в пространственные сварные или вя- заные каркасы. Рис. 6.75. Армирование сжатых элементов с расчетными эксцен- триситетами: 1 - сварные плоские каркасы; 2 - соединительные стержни; 3 - шпильки; 4 - хомуты Сварные пространственные каркасы образуют из плоских каркасов, расположенных у противоположных гра- ней элемента, с помощью поперечных соединительных стержней, которые ставят с таким же шагом, что и попе- речные стержни плоских каркасов (рис. 6.74а; 6.75 в) или путем сварки плоских каркасов между собой (рис. 6.75 г). Вязаные пространственные каркасы образуют пу- тем охвата продольных стержней замкнутыми хомутами (рис. 6.74 6; 6.75д, е). Для сжатых элементов принимают бетон класса не ниже В15, для сильно нагруженных колонн - не ниже В25. В продольной рабочей арматуре используют горяче- катаные стали классов A-II, А-Ill, Ат-Ш. Оптимальный процент армирования сжатых элементов по экономическим соображениям составляет 0,5-1,2%. Конструктивные особенности растянутых эле- ментов. В условиях центрального (осевого) растяжения находятся затяжки арок, нижние пояса и нисходящие рас- косы ферм и некоторые др. элементы. Центрально растянутые элементы армируют отдель- ными стержнями или сварными каркасами с равномерным размещением рабочей арматуры по сечению. Продольную арматуру применяют диаметром 3-32 мм. Для повышения трещиностойкости элементов целесообразно применять меньший диаметр при большем количестве стержней - дисперсное (рассредоточенное) армирование. Поперечная арматура (хомуты) в линейных растяну- тых элементах обычно устанавливается конструктивно. Расстояние между хомутами принимают не более удво- енной ширины наименьшей грани сечения (s < 2b) и не более 600 мм. Центрально растянутые элементы выполняют, как правило, предварительно напряженными, что является радикальным средством повышения их сопротивления образованию трещин. Напрягаемую арматуру (стержни, пучки, канаты) в линейных элементах (затяжки, пояса ферм) размещают в сечении симметрично, чтобы при передаче усилия на бетон по возможности избежать вне- центренного обжатия элемента. Предварительно напряженные растянутые элементы конструкций изготавливают из бетона класса не ниже В22,5. В качестве напрягаемой арматуры используют вы- Рис. 6.76. Центрально сжатые элементы, усиленные косвенным армированием: а - спиралями; б - сварными кольцами; в - сварными сетками
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 123 сокопрочную проволоку классов В-ll, Bp-il, канаты и горя- чекатаную сталь классов A-V и A-VI. Минимальный процент армирования растянутых эле- ментов устанавливается из условия предупреждения вне- запного разрушения при образовании трещин и состав- ляет для центрально растянутых элементов 0,1%. 6.4.6. Опалубки для монолитных конструкций Опалубка - временная или постоянная (несъемная) вспомогательная конструкция (устройство), предназначен- ная для формования монолитных (сборно-монолитных) бе- тонных и железобетонных конструкций заданных размеров и конфигураций. Опалубки состоят из несущих, формующих и поддерживающих элементов, выполненных из различных материалов и имеющих различную конструкцию. Возведе- ние опалубок осуществляется непосредственно на месте строительства зданий (строительных площадках). Основные требования. Опалубки должны обладать прочностью, жесткостью, неизменяемостью формы и ус- тойчивостью в рабочем положении. Конструкции опалу- бок должны обеспечивать: • широкую вариантность изготовления монолит- ных элементов; • проектную точность геометрических размеров мо- нолитных конструкций и заданное качество их поверхности; • быстроразъемность соединительных элементов; • быструю установку и разборку без повреждения; • минимальное сцепление с бетоном (кроме несъемной); • фиксацию закладных деталей в проектном поло- жении; • возможность укрупнителыюй сборки и переналад- ки (изменения габаритных размеров или конфигурации); • температурно-влажностный режим, необходи- мый для твердения бетона. Классификация. Опалубки подразделяют по различ- ным признакам. По конструктивно-технологическим: • разборно-переставная мелкощитовая; • разборно-переставная крупнощитовая; • блочная; • объемно-переставная; • скользящая; • несъемная; • пневматическая. По материалам формообразующих элементов опа- лубки подразделяют на следующие виды: • деревянная (из досок); • фанерная; • деревометаллическая; • металлическая; • железобетонная; • армоцементная; • пластмассовая; • синтетическая. По применяемости при различной температуре на- ружного воздуха и характеру воздействия на бетон опа- лубки подразделяют на: • неутепленную; • утепленную; • греющую (термоакгивную). Разборно-переставная мелкощитовая опалубка (рис. 6.77} состоит из элементов массой до 50 кг, в том числе щитов, поддерживающих и крепежных элементов. Возможна укрупнительная сборка. Применяется для бетонирования разнотипных конст- рукций, в том числе с вертикальными, горизонтальными и наклонными поверхностями различного очертания. Преимущества - технологическая гибкость, возмож- ность использования подъемных механизмов малой гру- зоподъемности. Недостатки - относительно высокая трудоемкость устройства, большая продолжительность строительства, необходимость дополнительных мер по обеспечению ка- чества поверхности конструкций. Разборно-переставная крупнощитовая опалубка (рис. 6.78} состоит из крупноразмерных щитов массой более 50 кг, конструктивно связанных с поддерживающи- ми элементами, элементов соединений и креплений. Оборудуется подмостями для бетонирования, регулиро- вочными и установочными домкратами. Применяется для бетонирования крупноразмерных и массивных конструкций, в том числе стен и перекрытий. Преимущества - относительно высокая технологи- ческая гибкость, высокая скорость возведения зданий при использовании сборных элементов перекрытий. Недостатки - сложность обеспечения качества бето- на в углах, большое количество крановых операций. Блочная опалубка (рис. 6.79} состоит из крупнопа- нельных щитов и пространственных поддерживающих элементов, собранных в блоки. Неразъемные блоки вы- Рис. 6.77. Мелкощитовая опалубка для бетонирования рам- а - общий вид; б - телескопическая стойка; в - балочная струб- цина для крепления коробов опалубки; 1 - щит опалубки; 2 - хомут; 3 - балочная струбцина; 4 - стойка; 5 - растяжка; 6 - домкратное устройство; 7 - выдвижная штанга; 8 - балка; 9 - винтовой упор; 10 - кронштейн; 11 - шарнир
124 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 6.78. Унифицированная крупнощитовая опалубка: 1 - лоток; 2 - стяжка; 3 - тяги; 4 - подмостки; 5 - щит; 6 - верти- кальная ферма; 7 - оттяжка; 8 - домкрат; 9 - подкос полнены с конусностью 1/10 высоты. Для отрыва от бето- на применяются приспособления типа домкратов. Разъемная - перед демонтажем поверхности опалубки отделяются и отводятся от бетона. Переналаживаемая - допускает изменения размеров в плане и по высоте. Применяется для бетонирования замкнутых отдельно стоящих конструкций, а также замкнутых ячеек зданий (помещений, лифтовых шахт и т.п.). Достоинства - простота технологии; возможность использования рабочей силы низкой квалификации; про- стая в изготовлении; большая скорость возведения зда- ний, чем при крупнощитовой опалубке. Недостатки - меньшая, чем у скользящей и крупно- щитовой опалубок, технологическая гибкость; относи- тельно высокий монтажный вес элементов (особенно при большом шаге стен). Объемно-переставная опалубка (рис. 6.80) состо- ит из блоков, которые при установке в рабочее положе- ние образуют в поперечном сечении опалубку П-образ- ной формы. Применяется для бетонирования стен и перекрытий жилых и общественных зданий. Достоинства - бетонирование стен и перекрытий в едином технологическом цикле, повышенное качество Рис. 6.79. Основные элементы блочной опалубки: а - нижняя рама; б - подвижное жесткое пространственное ядро Рис. 6.80. Конструктивные схемы объемно-переставных опалубок: 1 - вертикальный щит опалубки; 2 - подкос; 3 - роликовая опора с домкратом; 4 - стяжка; 5 - телескопическая стойка; 6 - подмо- сти; 7 - гидравлическая система; 8 - гибкая палуба; 9 - горизон- тальная вставка с механизмом для распалубливания
Раздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 125 конструкций с позиций их взаимного расположения и обеспечения звукоизоляции. Недостатки - меньшая технологическая гибкость (по сравнению со щитовыми и скользящей опалубками), необ- ходимость привлечения рабочих с высокой квалификацией. Скользящая опалубка (рис. 6.81} состоит из щитов, рабочего пола и домкратов, закрепленных на домкратных рамах, приводных станций и прочих элементов (подвес- ных подмостей, домкратных стержней, козырьков и др.). Опалубка поднимается домкратами по мере бетонирова- ния. Щиты закрепляются на домкратных рамах с ушире- нием книзу на 1/200-1/500 высоты щитов или на 5-7 мм на каждую сторону. Применяется для возведения вертикальных несущих конструкций зданий преимущественно постоянного сече- ния высотой более 40 м и толщиной не менее 12 см. Преимущества - высокая технологическая гибкость, большая скорость возведения стен, минимальная метал- лоемкость конструкций, возможность использования лег- кого крана. Недостатки - повышенные требования к организации работ по бетонированию, сложность устройства перекры- тий, большое количество рабочей силы. Несъемная опалубка (рис. 6.82} состоит из формо- образующих (опалубочных) элементов (плит-скорлуп, па- нелей, балок, блоков, труб, листов), креплений и поддер- живающих устройств (стоек, прогонов, распорок, подко- сов и т.п.). Опалубочные элементы являются несъемны- ми, т.е. остаются в монолитной (точнее, в сборно-моно- Рис. 6.81. Скользящая опалубка: 1 - наружные подмости; 2 - гидродомкрат; 3 - домкратная рама; 4 - обвязочный брус; 5 - щиты опалубки; 6 - домкратный стержень; 7 - подвески; 8 - подмости подвесные; 9 - кружаль- ные доски литной) конструкции и работают совместно с монолитной частью как одно целое. Детали крепления и поддержива- ющие устройства в зависимости от конструктивного ре- шения могут быть съемными и несъемными. Несъемные формообразующие элементы опалубок по материалу бывают железобетонными, армоцементны- ми, фибробетонными, деревобетонными, металлически- ми и пластмассовыми. Несъемная опалубка применяется для возведения различных конструкций без распалубливания. В ряде слу- чаев она может выполнять дополнительные функции утеплителя, гидроизоляции, облицовки. Преимущества - высокая скорость бетонирования, отсутствие операций по демонтажу, возможность прида- ния поверхностям конструкций архитектурной вырази- тельности. Пневматическая (надувная) опалубка (рис. 6.83} состоит из гибких или пневматических поддерживающих элементов с формообразующей оболочкой. Применяется для возведения конструкций перекры- тий и покрытий криволинейного очертания. Преимущества - возможность создания конструкций криволинейных конфигураций, в том числе большепро- летных покрытий; сравнительно низкие трудозатраты и стоимость опалубочных работ; малая масса (0,5-1,5 кг/ м2); высокая оборачиваемость; низкая трудоемкость мон- тажа и демонтажа. Типы опалубок выбирают в зависимости от вида и размеров бетонируемых конструкций и способа произ- водства арматурных и бетонных работ. Монолитнобетонное строительство является одним из наиболее прогрессивных методов возведения зданий, по- зволяющих строить технологично, качественно и быстро. Рис. 6.82. Примеры несъемных опалубок: а - плита-скорлупа; б - тавровая балка; в - профилированный стальной лист; г - угловая панель; д - тонкостенная стальная тру- ба; е - пустотелый блок
126 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Основными преимуществами монолитного строи- тельства являются: • выполнение строительных работ на стройке один раз; при сборном варианте это выполняется практически два раза (завод со своей структурой плюс строительная площадка); • возможность применения различных конструк- тивных систем зданий: каркасной, стеновой, ствольной, оболочковой, каркасно-стеновой, каркасно-ствольной, ствольно-оболочковой, ствольно-стеновой; • большая степень свободы формообразования зданий - в монолите легче разнообразить архитектурно- планировочные решения; • высокая конструктивная жесткость и прочность несущей системы; • повышенная этажность зданий; • высокая сейсмостойкость зданий; • возможность строительства в стесненных ус- ловиях. Рис. 6.83. Примеры использования пневматической опалубки: а - устройство перекрытий; б - возведение покрытия шедового типа; в - возведение купольного здания; 1 - пневмоопалубка; 2 - канаты; 3 - телескопическая балка; 4 - телескопическая стойка 6.5. Основы каменных конструкций 6.5.1. Общие положения Каменная кладка представляет собой неоднород- ное тело, состоящее из камней и разделенное горизон- тальными и вертикальными швами, заполненными строи- тельным раствором. 8 основном, именно неоднородность каменной кладки определяет особенности ее физико-ме- ханических свойств. В современном строительстве каменную кладку (в том числе армированную) используют при возведении стен и столбов зданий, а также в различных сооружениях. Преимущества каменных конструкций: простота из- готовления, применение местных материалов, достаточ- ная долговечность, огнестойкость, сравнительно высокая прочность, химическая стойкость. Недостатки каменных конструкций: высокие трудо- вые затраты на возведение, большая масса, высокая теп- лопроводность. При возведении внутренних стен, толщина которых определяется требованиями звукоизоляции и устойчиво- сти, применяется сплошная каменная кладка. Конструкции наружных стен по условиям теплоизоля- ции выполняются из облегченной каменной кладки с внут- ренним утеплителем или сплошной кладки с наружным утеплением и облицовкой (отделкой). Прочность кладки. Основными факторами, влияю- щими на прочность каменной кладки, являются: • прочность камня и раствора; • размеры и форма камней; • пустотность камней; • система перевязки швов; • подвижность раствора; • сцепление раствора с камнем. Прочность кладки на сжатие вследствие возникнове- ния в ней сложного напряженного состояния значительно меньше прочности кирпича или камня - на слабых раство- рах она составляет всего лишь 10-15%, а на прочных ра- створах - 30-46% прочности кирпича (камня). С увеличением размеров камня прочность кладки су- щественно повышается. Это объясняется более высоким сопротивлением изгибу и срезу камней, имеющих боль- шую высоту, а также тем, что при меньшем количестве го- ризонтальных швов местные напряжения □ зоне этих швов оказывают меньшее влияние на прочность кладки. Прочность кладки из камней неправильной формы во много раз меньше прочности камня. Даже кладка из рва- ного бута высокой прочности на прочном растворе марки 100 составляет лишь 5-8% прочности камня. Причиной этого является малая площадь контакта через раствор между отдельными камнями, а также отсутствие правиль- ной перевязки с возникновением растягивающих и сдви- гающих усилий в кладке вследствие беспорядочного рас- положения камней. Чем правильнее постель камня, тем выше прочность кладки - при одной и той же прочности камня и раствора прочность кладки из постелистого бута в 1,5 раза, а из камня правильной формы — в 3,5 раза больше, чем кладки из рваного бута. Наличие пустот в камнях уменьшает прочность кладки из них. Это объясняется более неравномерным распределением давления в кладке из пустотелых кам- ней и сложными условиями работы перегородок между пустотами.
Раздел i. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 127 Качество заполнения швов, а следовательно, и проч- ность кладки, в большой степени зависят от подвижности применяемого раствора. Прочность кладки, выложенной на подвижных (пластичных) растворах, выше прочности кладки на жестких растворах. Поэтому для растворов применяют пластифицирующие и водоудерживающие добавки в виде извести, глины и др. Система перевязки швов в кладке на прочном раство- ре при осевом сжатии несущественно влияет на проч- ность кладки, если перевязка выполнена не реже чем в каждом шестом ряду. При кладке в зимних условиях и в сейсмических районах рекомендуется применять одно- рядную (цепную) перевязку. Монолитность, трещиностойкость кладки и ее сопро- тивление изгибу и растяжению при неравномерной осад- ке фундаментов, изменении температуры и т.д. суще- ственно зависят от сцепления раствора с камнем и каче- ства заполнения вертикальных швов. Последний фактор в большой мере определяет эксплуатационные качества стен, уменьшая воздухопродуваемость и водопроницае- мость кладки. Деформативность кладки. В связи с неоднородно- стью каменной кладки и развитию в ней как упругих, так и пластических деформаций зависимость между напряже- ниями и деформациями выражается кривой линией в от- личие от прямопропорциональной зависимости закона Гука, характерной для упругодеформируемых тел. В ка- менной кладке прямопропорциональная зависимость справедлива только на начальном участке диаграммы при небольших напряжениях. Подобно бетонным конструкциям каменная кладка обладает свойством ползучести (увеличение деформа- ций с течением времени), которое особенно заметно в начальный период загружения. Неармированные кладки из каменных материалов в зависимости от вида кладки, а также прочности камней и растворов, подразделяются на четыре группы: I, II, III, IV. К I группе относится кладка из кирпича марки 50 и выше на растворе марки не ниже 10 и из блоков на ра- створе марки 25 и выше; ко II - из кирпича марки 50 на растворе марки 4 или из кирпича марок 25 и 35 на ра- створе марки 10, а также из бутового камня на раство- ре марки 25 и выше; к 111 - из кирпича марок 25, 35 на растворе марки 4 либо из кирпича марок 7, 10, 15 на любом растворе, а также бутового камня на растворах марок 4,10; к IV - кладка из кирпича марки 4 и из буто- вого камня на любом растворе. 6.5.2. Виды армирования и усиления кладки Армирование каменной кладки выполняется для по- вышения ее прочности и устойчивости. Арматурные сет- ки, уложенные в швы кладки, препятствуют развитию по- перечных деформаций, воспринимая растягивающие усилия, которые и являются причиной разрушения камен- ных конструкций. Применяют два вида армирования каменной клад- ки: поперечное сетчатое армирование - с расположени- ем арматурных сеток в горизонтальных швах кладки; про- дольное армирование - с расположением арматуры в бороздах или нишах, оставляемых в кладке. Поперечное армирование каменной кладки (рис. 6.84} выполняют стальными сетками, которые укладыва- ют в горизонтальные швы. Используют прямоугольные сварные сетки и сетки типа «зигзаг». Их изготавливают из холоднотянутой арматурной проволоки или арматуры класса A-I диаметром 3-5 мм при пересечении стержней в швах и не более 8 мм - без пересечения. Размер ячеек сеток принимают в пределах 80-120 мм. Расстояние между сетками по высоте кладки должно быть не более 400 мм. Сетки типа «зигзаг» должны укла- дываться таким образом, чтобы в двух смежных горизон- тальных сечениях направление стержней было взаимно перпендикулярным. Толщина швов кладки должна превы- шать диаметр арматуры на 4 мм и более. Наибольший аффект поперечное армирование дает в центрально сжатых элементах. Количество сетчатой арматуры ограничивается конструктивными требовани- ями и принимается в пределах 0,1-1% от объема камен- ной кладки. Продольное армирование (рис. 6.85} применяют в стенах, столбах, перемычках для восприятия растягива- ющих усилий во внецентренно сжатых (при больших экс- центриситетах) и изгибаемых элементах, а также для по- вышения прочности и устойчивости тонких стен при от- ношении их высоты к толщине более чем 1:15. При продольном армировании каменных конструкций арматуру закладывают в штрабу кладки и заделывают раствором или устанавливают снаружи, закрывая слоем цементно-песчаного раствора {рис. 6.85 а, б). Возможна установка продольной арматуры внутри кладки в слое раствора (рис. 6.85 в). Совместная работа стержней и кладки обеспечивает- ся установкой хомутов, расстояние между которыми при- нимают; при расположении арматуры снаружи кладки - не более 15 диаметров продольного стержня; при расположе- нии арматуры внутри кладки - не более 25 диаметров. Количество продольной арматуры в растянутых эле- ментах должно быть не менее 0,05% площади сечения элемента, в сжатых - не менее 0,1%. Диаметр сжатой продольной арматуры принимают не менее 8 мм, растя- нутой и хомутов - не менее 3 мм. Комплексные конструкции выполняют из каменной кладки, усиленной железобетоном, обычно располагае- мой в пазах (рис. 6.86}. Для комплексных конструкций Рис. 6.84. Сетчатое поперечное армирование каменной кладки: 1 - сетка с квадратной ячейкой; 2 - сетка типа «зигзаг»
128 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ используют: кирпич полнотелый марки не ниже 100, ра- створ марки не ниже 50, бетон класса не выше В 12,5, ар- матурную сталь класса A-II. Такие конструкции при включении в работу железобе- тонных элементов имеют более высокую несущую спо- собность при сжатии, растяжении и изгибе по сравнению с обычными каменными. Кладка служит опалубкой при бетонировании и несколько снижает трудоемкость работ. Усиление кладки обоймами применяют, если тре- буется повысить несущую способность сечений столба без увеличения его площади. Обоймы, препятствуя развитию поперечных дефор- маций, значительно увеличивают несущую способность кладки. Наиболее эффективны стальные (рис. 6.87 а) и железобетонные обоймы (рис. 6.87 б). Рис. 6.85. Продольное армирование каменных конструкций: а - с расположением арматуры в штрабе кладки; 6 - с наружным расположением арматуры; в - с внутренним расположением ар- матуры; 1 - продольная арматура; 2 - хомуты; 3 - раствор а б Рис. 6.86. Комплексные элементы с односторонним расположе- нием железобетона (а) и в штрабах кладки (б) Стальную обойму конструируют из стальных угол- ков, устанавливаемых по углам столба и соединяемых для совместной работы планками из полосовой стали через 0,2-0,5 м по высоте. Защита от коррозии осуществляет- ся с помощью штукатурки или облицовки плитками. Железобетонная обойма выполняется толщиной 6- 10 см. Ее армируют продольными стержнями диаметром 6-12 мм и хомутами - 4-10 мм. Расстояние между хому- тами - не более 15 см. Класс бетона - В25-В40. Конструктивное решение штукатурной обоймы ана- логично конструкции бетонной обоймы по армированию. Защитный слой штукатурки толщиной 30-40 мм наносят из раствора марок 75-100. 6.5.3. Требования по проектированию Каменное здание, состоящее из внутренних и наруж- ных стен, перекрытий и покрытий, связанных между собой, образует пространственную систему. Связь между элемен- тами стен и столбов (камнями) осуществляется перевяз- кой швов кладки. Связь элементов крупноблочных зданий обеспечивается установкой металлических Т-образных связей из полосовой стали или арматурных сеток, приме- нением бетонных шпонок, а также перевязкой кладки спе- циальными угловыми или Т-образными (примыкание внут- ренней стены к наружной) блоками. Каменные столбы и стены необходимо соединять с перекрытиями (покрытия- ми) с помощью стальных анкеров сечением не менее 0,5 см2, устанавливаемых в опорных зонах балок и ферм, в швах между сборными железобетонными плитами пере- крытий. Анкеры по длине стены располагают с шагом не более 6 м. Концы балок, опирающихся на каменные внут- ренние стены и столбы, соединяют накладками. В местах приложения значительных местных нагрузок на кладку (опоры балок, ферм и т.п.) укладывают распре- делительные железобетонные плиты толщиной не менее 15 см, которые с кладкой связывают анкерами. Под рас- Рис. 6.87. Схемы усиления кирпичных столбов обоймами: а - металлической; б - железобетонной; е - армированной шту- катуркой; 1 - уголок; 2 - планка; 3 - продольные стержни; 4 - хо- муты; 5 - бетон; 6 - штукатурка
=аздел I. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 129 Таблица 6.6. Допустимые отношения высот каменных стен и столбов к их толщинам Марка Предельные отношения H/h при группах кладки раствора 1 J " J. IV >50 25 22 — 25 22 20 17 — 10 20 17 15 14 4 — 15 14 13 пределительные плиты и опоры сборных элементов укла- дывают слой раствора толщиной 10-15 см. Поперечные сечения стен и столбов должны соответ- ствовать требованиям расчета по первой группе предель- ных состояний (по прочности и устойчивости), а в некото- рых случаях - и по второй группе предельных состояний. Исходя из этих требований следует ограничивать гиб- кость стен и столбов. Максимальные отношения высоты стены или столба в пределах одного этажа Н к меньшей стороне прямоу- гольного сечения h при свободной длине стены I < 2.5Н приведены в табл. 6.6. Предельные значения, указанные в таблице для ар- мированных стен, допускается увеличивать на 20% при продольном армировании в одном направлении и на 30% - в двух направлениях. Глава 7 ТЕКТОНИКА 7.1. Общие положения Одна из специфических задач работы архитектора - как можно лучше понимать и как можно убедительнее и ярче выражать на языке художественно-конструкторских средств целостность и красоту проектируемых зданий. Не представляя сути вопросов тектоники, сложно успешно решать задачи архитектурного формообразования. Для детального рассмотрения темы вначале следует обратиться к некоторым понятиям Несущая конструкция - материальная субстанция, часть здания (сооружения), которая при эксплуатации выполняет заданные функции (например, стена, каркас, перекрытие, крыша). Несущая конструктивная система - комплекс вза- имосвязанных несущих конструкций, служащий для реа- лизации несущих функций здания. Несущая функция - назначение несущей конструк- ции (или системы) для восприятия, распределения и пе- редачи нагрузок (сил), воздействующих на конструкции. Несущая структура - модель несущей конструктив- ной системы, абстрагированная от несущих функций. Элемент несущей структуры - часть несущей структуры, примыкающая к другой части посредством ка- кого-либо соединения (связи). Статическая система - несущая конструктивная си- стема, характеризуемая геометрическими параметрами и предназначенная для ее количественной оценки (расчета). Архитектурное проектирование - генерация (раз- работка) архитектурного замысла (проекта) с фиксацией его в условную знаковую систему. Архитектурное конструирование - элемент (часть) архитектурного проектирования, непосредственно свя- занный с разработкой конструктивной основы архитек- турного объекта. Архитектурная форма - часть созданной (искусст- венной) предметно-пространственной среды жизнедея- тельности человека, организующей функциональный про- цесс и чувственно воспринимаемой человеком. Архитектурное формообразование - процесс со- здания архитектурной формы, организация архитектур- ного объекта с учетом всех существенных его свойств. Строительство - вещественное воплощение архи- тектурного замысла (проекта) с необходимым для этого производством материалов, изделий и конструкций. Эксплуатация - использование зданий и их комп- лексов для осуществления различных процессов жизне- деятельности человека. Без архитектурных форм не могут существовать про- цессы жизнедеятельности человека, так же как архитек- турные формы не существуют без соответствующих про- цессов жизнедеятельности людей. В процессе архитек- турного формообразования происходит определенная организация жизненных процессов путем построения ма- териально-пространственной среды для деятельности людей, в первую очередь архитектурных форм. Архитектурная форма отражает особенности ее кон- структивной основы: параметры, геометрические и физи- ческие свойства, работу несущих элементов, соотноше- ния несущего и несомого, организацию конструкционных материалов. Со всем этим связано понятие “тектоника». Архитектурная форма обладает предметными, про- странственными и вещественными (материал, масса) ха- рактеристиками. Отсутствие хотя бы одной из них лиша- ет материально-предметно-пространственную форму ее архитектурной сущности. Материалом архитектурного формообразования служат явления объективного мира, определяющие атри- бутивные характеристики архитектурной формы, т.е. те ее характеристики, которые непременно ей присущи вне за- висимости от воли архитектора: а ) функциональный процесс, определяющий пред метные характеристики архитектурной формы; б ) пространство и масса, определяющие ее про- странственные характеристики; в ) вещество, определяющее характеристики архи- тектурной формы как физического тела. Процессом архитектурного формообразования яв- ляется композиция, с помощью которой преобразуется материал архитектурного формообразования в рамках определенных законов природы формообразования. Тектонические аспекты формообразования связаны с выражением (показом) в воспринимаемых материальных элементах формы их существенных сторон. Выступая ис- точником эмоционального воздействия, конструкции (си- стемы) закономерно становятся художественным, а не только материальным, началом формообразования. Категория «тектоника» связывает богатство отноше- ний между понятиями «форма» и «конструкция» через композицию. Несущая это конструкция или несомая, мо- нолитная или сборная, однородная или неоднородная, тонкостенная и легкая или массивная и тяжелая - на все
130 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ эти и другие вопросы форма должна давать ответ своими свойствами. Форма, ее структура и материал (вещество) есть то, в чем проявляется тектоника. Понятие «тектоника» исследователи архитектуры оп- ределяли в различных интерпретациях. Это и «конструк- тивная композиция» (Я. Чернихов), и «архитектурная ткань» (М. Гинзбург), и «закономерность пространствен- ного построения» (А. Веснин), и «пластически разрабо- танная, художественно оформленная конструкция» (А. Буров). А. Мардер в книге «Эстетика архитектуры» дает следующее определение: «Тектоника - это конст- руктивно-пространственная структура, строение здания (сооружения), реальная взаимосвязь несущих и несомых элементов конструкций». «Целостность архитектурной формы как произведе- ния определяется его архитектоникой. Архитектоника - основной принцип строения произведения (компози- ции), идеальная взаимосвязь составляющих его элемен- тов» (А. Мардер). Зачастую термин «архитектоника» применяется как синоним слова «тектоника». Однако эти понятия следует различать (табл. 7.1). Через взаимосвязи «материал—конструкция—фор- ма» во всех их проявлениях тектоника отражает: • организацию материала в конструктивных эле- ментах и форме: • логику конструктивного взаимодействия элемен- тов структуры; • конструктивные качества формы (прочность, жесткость, устойчивость, надежность, эффективность); • характер действующих нагрузок и распределе- ние усилий; • технологические особенности конструкций; • характеристики формы (целостность, упорядо- ченность, пластичность, масштабность и др.). 7.2. Информативность формы Информативность формы - ясное, понятное и на- глядное отражение при восприятии объекта его сущности: назначения; строения; материальной, конструктивной и технологической основ. В эстетическом отношении инфор- мативность формы - очень емкий фактор, отражающий свойства формы самой по себе и как части более разви- той предметно-пространственной (архитектурной) среды. Элементами информативности формы, равно как и средствами эстетической выразительности тектоники, являются: * типологическая характерность, ассоциатив- ность; образность формы; • композиционно-масштабный строй формы; • пластика формы; • визуальное акцентирование в подаче главного, типичного в форме; • визуальное нивелирование в разработке частно- го несущественного; • цвет материала, его происхождение и функция; • фактура и текстура материала. Информативность формы зависит от следующих фак- торов: функции, конструктивных особенностей, меры сложности объекта и условий восприятия {комфортности обзора). Конструктивные особенности формы с точки зрения информативности зависят, прежде всего, от ее раскрытости—закрытости. Чем более обозрима форма, тем она информативнее и тем больше предпосылок со- здания наиболее полной тектоничности. Степень информативности формы может быть в раз- личных количественных и качественных состояниях, отсю- да - форма может обладать различными свойствами и вызывать у зрителя различные эмоции и впечатления (табл. 7.2). Таблица 7.1. Различия в понятиях «тектоника» и «архитектоника» (по А. Мардеру) «Тектоника» «Архитектоника» Относится Определяет Отражает Применимо Связь с физическими характеристи- ками формы к вещественной структуре формы конструктивную структуру, строение здания, реальную взаимосвязь несущих и несомых элементов конкретную единичность формы к естественным и искусственным формам, имеющим массу (горы, растения, животные, здания) обязательна к абстрактной структуре основной принцип строения художественного произведе- ния, идеальную взаимосвязь составляющих его элементов абстрактную всеобщность формы к любой идеальной или материальной форме, но только к искусственной (станок, автомобиль, скульптура, здание, поэма, картина, солнечный закат и т.п.) не обязательна Таблица 7.2. Информативность формы Степень информативности Свойства информативности Эмоциональные и эстетические впечатления количественная качественная положительная избыточная достаточная недостаточная чрезмерная определенность умеренность, рациональность, целесообразность неполнота перегруженность, утомляемость, раздражение понятность, интерес, выразительность, привлекательность, гармония непонятность, беспокойство, неуверенность, нулевая неинформативная неопределенность ненадежность отрицательная дезинформативная фальшивость, косметичность неестественность, негативность
Раздел 1. ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ 131 Как информационная система, архитектурная форма должна создаваться по условиям эстетического воспри- ятия, должна быть организованной, целостной, опреде- ленной как объект зрительного восприятия. «Эстетичес- кое восприятие - это особая форма психической дея- тельности человека, сущность которой заключена в том, что общественно значимое содержание объективного мира, внутренняя гармония и целесообразность его форм становятся знанием и достоянием отдельного че- ловека и, оказывая на него специфическое воздействие, вызывают чувство эмоционального комфорта или дис- комфорта» (А. Мардер). Эстетическое воздействие архитектуры объективно опосредовано критериями прочности, безопасности, долговечности, удобства, комфорта зданий и искусствен- ной среды в целом. Приятное, комфортное состояние во многом предопределяет эстетическое восприятие архи- тектурного объекта. Признано, что фундаментальной идеей основы кра- соты является идея целесообразности. Целесообраз- ность в природных объектах (растительный и жиаотный мир) совпадает с закономерностями их материальной организации, являясь выражением природных законов формообразования. Целесообразность наглядно прояв- ляется и в процессах архитектурного формообразования, где является всесторонним свойством, так как распрост- раняется на организацию архитектурного объекта в соот- ветствии с требованиями материально-практической де- ятельности людей (отвечает рационалистическому нача- лу), отражает логичность организации процессов, обус- лавливается действием физических законов, выражает художественную идею произведения архитектуры. Материальный уровень архитектурного формообразо- вания обуславливается рациональными принципами орга- низации строительного производства, экономией матери- альных, энергетических и трудовых ресурсов, эффектив- ным выбором строительных материалов и работой конст- руктивных систем. Такие формообразующие элементы как модуль, типизированные конструктивные изделия (обус- ловленные закономерностями комбинаторики), прямой угол в геометрических построениях обусловлены, прежде всего, принципами экономии (целвсообрвзности). Таким образом, красота архитектурной формы высту- пает, прежде всего, как момент процесса созидательной деятельности через отражение ее целесообразности, а архитектурное формообразование предстает как эстети- ческая организация воспринимаемых элементов формы, несущих многообразную информацию. 7.3. Язык тектоники Язык тектоники - это совокупность средств, приемов и элементов информативности архитектурных форм, на- глядная образно-ассоциативная форма выражения, обоб- щения и кодирования информации о существенных физи- ческих и функциональных свойствах объектов архитектуры. Язык тектоники архитектурной формы включает в себя такие компоненты как визуальный образ-знак и его смысл (значение), которые в процессе восприятия по- рождают эмоциональную реакцию и эстетическую оцен- ку, как показатель целесообразности. Некоторые, часто применяемые образы-знаки «словаря» тектоники и их ве- роятный для большинства людей смысл и эмоциональное содержание приведены в табл. 7.3. Образы-знаки языка тектоники - это, условно говоря, первичные Элементы - «слова». Они образуют своеобраз- ную «лексику» (словарный состав) тектоники - совокуп- ность художественно-выразительных средств и соответ- ствующих им общепризнанных смысловых и эмоциональ- Таблице 7.3. Язык тектоники Образ-знак («слова» тектоники) большая, темная форма небольшая, светлая форма визуально-композиционная «неокантованность» формы композиционная «рамка», «окантовка» формы визуальная нерасчленвнность формы визуальная расчлененность формы изогнутость, плавная криволинейность формы согласованность элементов формы различие и разнобой элементов формы симметрия формы асимметрия формы форма конуса, пирамиды форма круга, сферы вертикальный элемент формы горизонтальный элемент формы пропорции «золотого сечения» в форме цвет материала и его сочетания в форме Смысл (значение) и эмоциональное содержание («лексика» тектоники) тяжесть, прочность, массивность, устойчивость, надежность, работающее, несущее, сила, монументальность легкость, непрочность, неработающее, несомость, неустойчивость, непрочность незавершенность, признак динамики, роста, интерес, эмоциональное напряжение завершенность, покой, статичность, ослабленное чувство интереса и остроты впечатления монолитность, массивность, монументальность, прочность, уверенность, надежность сборность, сборно-разборность работающая конструкция, упругая напряженность, возрастание чувства интереса и впечатления целостность, гармоничность зрительное разрушение формы, дисгармония статичность, неизменяемость, уверенность, спокойствие зрительное движение устойчивость, надежность, уверенность, монументальность, спокойствие, статичность движение, вращение, обостренный интерес и внимание, динамичность акцент, активная сила, привлекает внимание спокойствие, пассивность, отсутствие противоборства, постоянство соразмерность, целостность, упорядоченность, чувство гармонии и красоты увеличение—уменьшение, утяжеление—облегчение, приближение—удаление, горячо—холодно, спокойствие—возбуждение, возвышение—угнетение и т.п.
132 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ных значений. Как и во венком другом языке, в языке тек- тоники «слова» соединяются во «фразы» и «тексты» суме- том своеобразных правил «грамматики» тектоники. Ос- новное «грамматическое» правило языка тектоники - це- лесообразность применения того или иного средства, приема и элемента информативности архитектурной формы для создания ее гармоничности. Гармония в архитектуре достигается с помощью средств композиции, к которым относятся: пропорции, масштаб, контраст, нюанс, ритм, метрические построе- ния, симметрия, а также цвет и тон, фактура и текстура материала, пластика и светотеневые отношения. Понятие «архитектурная композиция» относится как к самому процессу архитектурного формообразования, так и к его результату - архитектурной форме. Средства ком- позиции являются своего рода инструментарием кон- струирования формы, и в этом смысле они выступают в роли составляющих языка тектоники. 7.4. Основные принципы тектонического формообразования В основе тектонического формообразования лежат экономические принципы, приемы и средства, использо- вание которых позволяет исключить или значительно ог- раничить применение декоративных приемов и средств. Это обеспечивает рациональное для заводского произ- водства решение архитектурных задач - конструктивные системы и технология строительного производства со- здают основу художественно-тектонической выразитель- ности зданий, конструктивные элементы становятся ар- хитектурными. Элементами выражения тектоники явля- ются материальные носители формы: структура, конст- рукция и материал. Осуществляя свои прямые функции, они одновременно выполняют информационно-эстети- ческую, тектоническую задачу, отражая суть формы и вы- зывая эмоции и эстетические впечатления. Если, обращаясь к форме, зритель может довообра- зить, как бы условно достроить все то, что не видит, то это признак хорошо организованной тектоничной формы. Если же при восприятии формы невозможно понять прин- цип ее строения, уловить закономерности ее развития в пространстве - это явный признак отсутствия гармонии, тектоничности. Являясь системным свойством, тектоника включает в себя четыре взаимосвязанных компонента, или принци- па, формообразования. Суть первой задачи (принципа} тектонического фор- мообразования заключается в том, чтобы наилучшим об- разом с возможной полнотой художественно выразить материально-пространственную структуру архитек- турной формы. На решение этой задачи влияют: • геометрические и физические параметры фор- мы: силуэт, конфигурация, габаритные размеры целого и частей, площади поверхностей, периметры, расстояния между частями целого, различия компонентов формы, соотношение и распределение объемов (масс) и про- странств (пустот); • рациональность применения композиционных средств: пропорционирование» модульность, композици- онный масштаб, симметрия—асимметрия, метр—ритм, контраст—нюанс, подобие—различие, субординация- координация, акцентирование—нивелирование; • соотношение внутреннего пространства и внеш- ней формы; • соответствие формы принципу конструкции; • степень раскрытое™—закрытости основных не- сущих конструкций; • характер сопряжения формы с основанием (грунтом). Для создания всесторонне информативной тектонич- ной формы необходимо во внешнем ее облике отразить характер статической работы конструктивной системы. Главными предпосылками решения этой второй тектони- ческой задачи являются: • визуальное выявление прочности и жесткости основных конструкций; • выявление в образе здания его устойчивости и надежности; • адекватное отражение характера работы конст- рукций, нагрузок и усилий; • оптимальное технически и визуально распреде- ление основных масс материала в конструкциях; • визуальное разграничение несущих и несомых (ограждающих) элементов; • акцен™рование характерных узлов, сопряжений элементов. Многие свойства формы и ее конструкций теснейшим образом связаны с материалом, из которого они выпол- нены, зависят от него и через него раскрываются. Пред- ставления о материалах четко взаимосвязаны в сознании людей с совершенно определенными их физико-механи- ческими свойствами. Третья задача (принцип) тектони- ческого формообразования состоит в гармоничном вы- явлении и эффективном использовании свойств и качеств строительных материалов. Для этого нужно: • правдивое выявление естественного вида мате- риала, а не имитация его под другие; • эффективное использование физических свойств материала: цвета, фактуры, текстуры; • наиболее полное использование механических (прочностных) свойств материалов; • рациональное и логичное использование различ- ных материалов в одной форме (конструкции) - техниче- ская и художественная сочетаемость. Для каждого способа изготовления конструкций ха- рактерны определенные черты его внешнего проявления. Условием понятности и эстетической выразительности конструкций в архитектурной форме является отражение основного способа изготовления, технологии произ- водства конструкций. Этот четвертый компонент текто- нического формообразования предполагает: • оптимальную технологичность изготовления кон- струкций; • соответствие способа производства конструк- ции материалу; * выявление способа создания элементов, узлов конструкций и архитектурных форм. Все указанные компоненты тектоники проявляются в архитектурных объектах комплексно, но с разной полно- той и определенностью. Это зависит от назначения зда- ния, его структуры, применяемых конструкций, материа- лов, технологий и других факторов формообразования. Тектонические характеристики различных конструк- тивных и строительных систем и используемые при этом приемы и средства даны в соответствующих главах учебника.
Раздел II КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ; ЧАСТИ ЗДАНИЙ Глава 8 ГРУНТОВЫЕ ОСНОВАНИЯ 8.1. Термины и определения Основание естественное - грунты в природном со- стоянии, воспринимающие нагрузку от здания или со- оружения. Основание искусственное - грунты с искусственно измененными свойствами за счет уплотнения, укрепле- ния (закрепления) химическим, электрохимическим, тер- мическим или другим способом, воспринимающие на- грузку от здания (сооружения). Грунт скальный - грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа (Rc> 5 МПа). Грунт полускальный - грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структур- ные связи цементационного типа (Rc < 5 МПа). Грунт дисперсный - грунт, состоящий из отдельных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов. Грунт крупнообломочный - несвязный грунт, в ко- тором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50%. Песок - несвязный минеральный грунт, в котором мас- са частиц размером меньше 2 мм составляет более 50%. Грунт глинистый - связный минеральный грунт, об- ладающий высоким числом пластичности, Торф - органический грунт, образовавшийся в ре- зультате естественного отмирания и неполного разложе- ния болотных растений в условиях повышенной влажнос- ти при недостатке кислорода и содержащий 50% (по мас- се) и более органических веществ. Грунт заторфованный - песок и глинистый грунт, содержащие в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа. Почва - поверхностный плодородный слой дисперс- ного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов. Грунт набухающий - грунт, который при замачива- нии водой или другой жидкостью увеличивается в объе- ме и имеет деформацию набухания. Грунт просадочный - грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку). Грунт пучинистый - дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и име- ет деформацию морозного пучения. Грунт мерзлый - грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе ледя- ные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями. Грунт вечномерзлый - грунт, находящийся в мерз- лом состоянии постоянно в течении трех и более лет. Грунт сезонномерзлый - грунт, находящийся в мерз- лом состоянии периодически в течение холодного сезона. Грунт сыпучемерзлый («сухая мерзлота») - круп- нообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицатель- ную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления. Техногенные грунты - естественные грунты, изме- ненные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропоген- ные образования. Антропогенные образования - твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности челове- ка, в результате которой произошло коренное изменение состава, структур и текстуры природного минерального или органического сырья. Насыпные грунты - техногенные грунты, перемеще- ние и укладка которых осуществляются с использовани- ем транспортных средств и/или взрыва. Намывные грунты - техногенные грунты, перемеще- ние и укладка которых осуществляются с помощью средств гидромеханизации. Состав грунта вещественный - категория, характе- ризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов. Структура грунта - пространственная организа- ция компонентов грунта, характеризующаяся совокуп- ностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (про- странственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся соста- вом, количественным соотношением и взаимодействи- ем компонентов грунта. Криогенные структурные связи грунта - кристал- лизационные связи, возникающие во влажных дисперс- ных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате их сцементирования льдом. Связность - способность частиц грунта склеиваться или склеивать др., более крупные частицы; такой способ- ностью обладают глинистые фракции частиц. Гранулометрический состав - количественное соот- ношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Предел прочности грунта на одноосное сжатие, Rc, МПа - отношение загрузки, при которой происходит
134 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ разрушение образца, к площади первоначального попе- речного сечения. Плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта) - отношение массы твердых частиц грун- та к объему грунта ненарушенной структуры. Коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта. Коэффициент размягчаемости в воде - отноше- ние пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состояниях. Степень водопроницаемости - характеристика, от- ражающая способность грунтов пропускать через себя воду, количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации (м/сут). Число пластичности - разность влажностей, соот- ветствующая двум состояниям грунта: на границе текуче- сти и на границе раскатывания; влажность на границе те- кучести - пылевато-глинистый грунт приобретает свой- ства вязкой жидкости; влажность на границе раскатыва- ния - грунт приобретает свойства твердого тела (теряет возможность раскатываться в шнур). Показатель текучести - отношение разности влаж- ностей, соответствующих двум состояниям грунта - ес- тественному и на границе раскатывания - к числу плас- тичности. Относительная деформация набухания без на- грузки - отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца при- родной влажности. Относительная деформация просадочности - от- ношение разности высот образцов, соответственно, при- родной влажности и после полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. 8.2. Естественные основания 8.2.1. Классификация грунтов Классификация грунтов согласно ГОСТ 25100-95 включает следующие систематические единицы, выделя- емые по группам признаков: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидность. По общему характеру структурных связей грунты подразделяют на классы: скальные (с жесткими струк- турными связями - кристаллизационными и цементаци- онными); дисперсные (с механическими и водоколлоид- ными структурными связями); мерзлые (с криогенными структурными связями). По характеру структурных связей (с учетом проч- ности) грунты подразделяют на группы: скальные, полу- скальные, связные, несвязные, ледяные. По происхождению и условиям образования скаль- ные и дисперсные грунты подразделяют на подгруппы: осадочные, магматические, метаморфические, эффузив- ные. Осадочные - породы, образовавшиеся путем осажде- ния главным образом в водной среде минеральных и орга- нических веществ и последующего их уплотнения и изме- нения; магматические - изверженные горные породы, об- разовавшиеся в результате застывания и кристаллизации магмы; метаморфические - горные породы, возникшие в результате изменения осадочных или изверженных пород; эффузивные - горные породы, образовавшиеся на земной поверхности в результате остывания лавы, излившейся при вулканических извержениях. По вещественному составу скальные и дисперсные грунты подразделяют на типы: силикатные, карбонатные, железистые, кремнистые, карбонатные, полиминераль- ные, органоминеральные. По наименованию грунты подразделяют на виды: скальные - граниты, базальты, кварциты, сланцы, мрамо- ры, железные руды, песчаники, туффиты, известняки, до- ломиты, диабазы, габбро, порфириты и др.; дисперс- ные - крупнообломочные, пески, глинистые, заторфован- ные, илы, сапропели. По количественным показателям вещественного состава, свойств и структур грунты подразделяют на разновидности. А. Класс природных скальных грунтов 1, По прочности на одноосное сжатие (Rc, МПа) в во- донасыщенном состоянии: - очень прочные (>120); - прочные (120-50); - средней прочности (50-15); - малопрочные (15-5); - пониженной прочности (5-3); - низкой прочности (3-1); - очень низкой прочности (<1). 2. По плотности скелета грунта (г/см3): - очень плотные (>2,5); - плотные (2,5-2,1); - рыхлые (2,1-1,2); - очень рыхлые {<1,2). 3. По степени размягчаемости в воде: - неразмягчаемые; - размягчаемые. 4. По степени водопроницаемости (м/сут): - неводопроницаемые (0,005): - слабоводопроницаемые (0,005-0,3); - водопроницаемые (0,3-3); - сильноводопроницаемые (3-30). 5- По структуре: - мелкокристаллические; - среднекристаллические; - крупнокристаллические; - стекловатные; - неплотнокристаллические. Б . Класс природных дисперсных грунтов 1 . По гранулометрическому составу. Крупнообломочные: - валунные (при преобладании неокатанных частиц - глыбовые); - галечниковые (при неокатанных гранях - щебе- тистые); - гравийные (при неокатанных гранях - дресвяные). Пески: - гравелистые; - крупные; - средней крупности; - мелкие; - пылеватые. 2 . По числу пластичности глинистые грунты: - супесь (1-7); - суглинок (7-17); - глина (> 17). 3 . По гранулометрическому составу и числу пластич- ности.
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 135 Супесь: - песчанистая; - пылеватая. Суглинок: - легкий песчанистый; - легкий пылеватый; - тяжелый песчанистый; - тяжелый пылеватый. Глина: - легкая песчанистая; - легкая пылеватая; - тяжелая. 4 . По показателю текучести глинистые грунты. Супесь: - твердая; - пластичная; - текучая. Суглинки и глины; - твердые; - полутвердые; - тугопластичные; - мягкопластичные; - текучепластичные; - текучие. 5. По относительной деформации набухания без на- грузок глинистые грунты: - набухающие; - слабонабухающие; - средненабухающие; - сильнонабухающие. 6. По относительной деформации просадочное™ гли- нистые грунты: - непросадочные; - просадочные. 7. По водонасыщению крупнообломочные грунты и пески: - малого водонасыщения; - среднего водонасыщения; - насыщенные водой. 8. По пористости пески: - плотные; - средней плотности; - рыхлые. 9. По плотности пески; - слабоуплотненные; - среднеуплотненные; - сильноуплотненные. 10. По относительной деформации пучения; - практически непучинистые; - слабопучинистые; - среднелучинистые; - сильнопучинистые; - чрезмернопучинистые. 8.2.2. Деформации грунтов Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в грунте основания напряженное состояние и деформиру- ет его. Деформации основания подразделяют на следую- щие виды: - осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и, в отдельных случаях, собственного веса грунта, не сопро- вождающиеся коренным изменением его структуры; - просадки - деформации, происходящие в резуль- тате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факто- ров - замачивания просадочного грунта, оттаивания ле- довых прослоек в замерзшем грунте и др.; - подъемы и осадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набуха- ние и усадка) и при замерзании воды и оттаивания льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта); - оседания - деформации земной поверхности, вы- зываемые разработкой полезных ископаемых, изменени- ем гидрогеологических условий, понижением уровня под- земных вод и т.п.; - горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на ос- нование (фундаменты распорных систем, подпорные сте- ны и т.д.) или со значительными вертикальными переме- щениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п. Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяют на два вида: деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, го- ризонтальные перемещения); деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений по- верхности основания (оседания, просадки грунтов от соб- ственного веса, подъемы). Давление, передаваемое зданием на поверхность основания, распространяется в глубину и ширину, посте- пенно уменьшаясь по мере удаления от фундамента. Распределение давления подошвы фундамента в толще основания изображают графически в виде систе- мы кривых линий, называемых изобарами (рис. 8. !) Эти линии, соединяющие точки с одинаковым давлением, строятся на основании теоретических исследований и опытных данных. Глубина толщи основания на графике откладывается в единицах, кратных ширине фундамента, которая оказывает влияние на характер распределения давления в грунте. Над каждой кривой на графике надпи- сывается величина давления в десятых долях от средне- го давления (р) под подошвой, принятого за единицу.
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 136_____________________________________________ Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям. 8.2.3. Требования к грунтам оснований Естественные основания должны удовлетворять сле- дующим основным требованиям: • иметь достаточную несущую способность (прочность на одноосное сжатие); • обладать небольшой и равномерной сжима- емостью, обеспечивающей равномерную осадку здания; большие и неравномерные осадки могут привести к по- вреждениям и даже разрушению здания; • не подвергаться пучению (увеличению в объеме) при промерзании; в соответствии с этим фактором выбира- ют глубину заложения фундамента и его конструкцию; • обладать неподвижностью (не допускать про- садок и оползней); просадки могут произойти при недо- статочной мощности слоя грунта, принятого за основа- ние, если под ним располагается грунт, имеющий мень- шую прочность (более слабый грунт); оползни могут иметь место при наклонном расположении пластов грун- та, ограниченных крутым откосом или косогором: • не обладать свойством ползучести, т.е. спо- собностью к длительной незатухающей деформации под нагрузкой; • не размываться и не растворяться грунтовы- ми водами, что приводит к снижению прочности основа- ния и появлению непредусмотренных осадок. Таким образом, основным качеством, которым должно обладать грунтовое основание, является надежность. Под надежностью основания понимают его способность воспри- нимать все внешние воздействия в течение заданного сро- ка с обеспечением нормальной эксплуатации здания. Факторы, определяющие надежность оснований: • соответствие принятой схемы и метода расчета основания действительным условиям его работы; • достоверность описания инженерно-геологиче- ских условий строительства, составляемого в процессе полевых изысканий и обследований; • достоверность исходных данных о физико-меха- нических характеристиках грунтов оснований; • достоверность сведений о нагрузках и воздей- ствиях, которым подвергаются основания сооружений при эксплуатации; • правильность реализации проектных решений в ходе строительства, обеспечиваемая контролем за каче- ством и соблюдением предусмотренной технологии про- изводства работ. 8.3. Искусственные основания В случаях, когда грунт на участке строительства не удовлетворяет предъявляемым требованиям, а здание необходимо возводить именно на этом участке, устраи- вают искусственное основание. Такие основания устра- ивают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта более прочным. Упрочнение грунта может осуществляться различными способами. Поверхностное уплотнение грунта достигается трамбованием пневматическими трамбовками (иногда с втрамбованием щебня) или трамбовочными плитами массой более 2 т, падающими с высоты 3-4 м. Для уплот- нения больших площадей грунт укатывают катками мас- сой 10-15 т. Для уплотнения песчаных и пылеватых грун- тов используют поверхностные вибраторы. Силикатизация применяется для закрепления (уп- рочнения) мелких и пылеватых песков (плывунов). Для этого в песчаный грунт с помощью инъектора поочеред- но нагнетают растворы жидкого стекла и хлористого каль- ция, а для закрепления пылеватых песков - раствор жид- кого стекла, смешанного с раствором фосфорной кисло- ты. В результате нагнетания указанных растворов грунт с течением времени каменеет и приобретает большую не- сущую способность. Цементиэация - нагнетание в грунт по трубам жид- кого цементного раствора или цементного молока. По мере нагнетания раствора трубы извлекаются из грунта. После затвердевания раствора в порах грунта последний приобретает камневидную структуру и большую проч- ность. Цементиэация применяется для укрепления граве- листых, крупных и средней крупности пеское. Метод армирования грунтового массива основан на управляемом инъектироеании под давлением расчетных объемов твердеющих растворов по специально рассчи- танной объемно-планировочной схеме. Образовавшиеся при этом включения в радиусе 1,5-3 м от инъектора в процессе нагнетания расширяются за счет увеличения объема твердеющего раствора и формируют при тверде- нии жесткий армирующий каркас. Грунт, находящийся между включениями, уплотняет- ся давлением раствора, приобретая улучшенные меха- нические характеристики. Жесткий каркас из затвердев- шего раствора дополнительно упрочняет уплотненный грунтовый массив. Усиленный таким образом грунт явля- ется принципиально новым природно-техногенным обра- зованием - геотехногенным композитом, или «геокомпо- зитом», обладающим высокой степенью жесткости и не- упорядоченной структурой (напоминающей корни дере- ва), в котором «матрицей» является уплотненный грунт, а армирующим скелетом - затвердевший раствор. Метод «геокомпозиг» можно использовать для любых сжимаемых дисперсных грунтов как естественного про- исхождения - пески, суглинки, супеси и глины, так и тех- ногенного характера - насыпные грунты, строительный мусор и производственные отложения. Если уплотнение и закрепление грунта затруднено, то слой слабого грунта заменяют более прочным. За- мененный слой грунта называют подушкой. При неболь- шой этажности зданий (небольшой нагрузке) применя- ют подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки должна быть такой, чтобы давление под ней не превышало несущей способности нижележа- щего грунта. Глава 9 ФУНДАМЕНТЫ Фундаменты, представляющие собой нижние, под- земные части здания, воспринимают на себя все силовые нагрузки от конструкций здания. Назначение фундаментов - передача нагрузок от зда- ния на грунт основания и роль ограждающих конструкций подвальных помещений (ленточные фундаменты).
Раздел Н. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 137 От прочности и устойчивости фундаментов в значи- тельной степени зависят общая прочность, устойчивость и деформативность здания. Проектирование фундаментов заключается в выборе типа, размеров и способе их устройства. Для этого необ- ходимо определить материал и конструкцию фундамен- та, глубину его заложения, давление под подошвой, воз- можные осадки. 9.1. Общие положения Воздействия на фундаменты. Фундаменты работа- ют в сложных условиях, подвергаясь силовым и несило- вым воздействиям различного характера (рис. 9. ?). Силовые воздействия - нагрузки от веса здания и грунта, силы пучения, сейсмические удары, упругая реак- ция грунта, вибрации - вызывают сжимающие, сдвигаю- щие и изгибающие напряжения, результатом которых могут быть недопустимые деформации фундаментов и их разрушения. Несиловые воздействия - переменные температу- ра и влажность грунта и воздуха, избыточное увлажнение, воздействие агрессивных химических веществ и биоло- гических факторов - могут привести к нежелательным разрушительным процессам в фундаментах. Особое значение при проектировании фундаментов имеют воздействия сил пучения грунта. Пучинистые грун- ты отличаются тем, что в процессе сезонного промерза- ния увеличиваются в объеме, что проявляется в подъеме Рис. 9.1. Схема воздействий на фундаменты. Силовые воздействия: 1 - нагрузка от здания; 2 - боковое дав- ление грунта; 3 - сейсмические нагрузки; 4 - упругая реакция грунта; 5 - силы пучения грунта; 6 - вибрация. Несиловые воздействия: 7 - температура грунта; 8 - температу- ра помещения подвала; 9 - влага грунта; 10 - влага воздуха под- вала; 11 - агрессивные компоненты воздуха подвала; 12 - агрес- сивные компоненты влаги грунта; 13 - биологические факторы грунта. В процесс вовлекаются стоящие на таком грунте (заглубленные в него) здания, при этом деформации пу- чения под отдельными частями здания могут очень отли- чаться. Строительные нормы предусматривают заглубление подошвы фундаментов в пучинистых грунтах ниже расчет- ной глубины промерзания. При этом должна обеспечи- ваться неподвижность здания. При выполнении этих тре- бований нормальные силы пучения на подошву фунда- ментов, достигающие 20 тс/м2 и более, исключаются. Касательные силы пучения, которые действуют по боко- вой поверхности фундаментов при смерзании с грунтом, в 5-10 раз меньше нормальных и могут уравновешивать- ся весом зданий (рис. 9.2). Иногда веса малоэтажного здания не хватает для уравновешивания касательных сил пучения средне- и сильнопучинистых грунтов. В малоэтажных зданиях, построенных на фундамен- тах из сборных блоков, при промерзании сильнопучинис- тых грунтов всего на 0,6 м (высота верхнего ряда блоков) происходят деформации пучения от касательных сил (рис. 9.3). Обратная засыпка грунта попадает между фун- даметными блоками. Весной блоки не приходят в исход- ное проектное положение. Деформации с годами накап- ливаются, в стенах кирпичных домов возникают трещины. Взаимодействие фундамента легкого дома с пучин и- стым грунтом существенно отличается от взаимодей- ствия фундамента тяжелого здания с тем же грунтом. В тяжелых домах наблюдаются только осадки. В легких же домах осадки могут быть, но они обычно несущественны. Чаще наблюдаются деформации подъема от пучения грунтов, повторяющиеся ежегодно. Требования к фундаментам. Учет силовых и неси- ловых воздействий на фундаменты обуславливает основ- ные эксплуатационные требования к ним: • прочность; • устойчивость на опрокидывание и скольжение; Рис. 9.2. Характер воздействия сил пучения на фундамент: а - при размещении подошвы фундамента в пределах глубины промерзания; б - при размещении подошвы фундамента отап- ливаемого здания ниже глубины промерзания; в - то же, неотап- ливаемого здания; 1 - фундамент; 2 - обратная засыпка; о - нор- мальные силы пучения; т - касательные силы пучения; N - на- грузка от здания; df - глубина промерзания; hf - деформация пу- чения грунта; S - величина перемещения фундамента
138 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 9.1. Особенности требований к фундаментам на пучинистых грунтах Фундаменты многоэтажных (тижелых) зданий Имеют место деформации осадок, направленные вниз, деформации пучения отсутствуют Выполняется условие СНиП о превышении весом здания касательных сил пучения по боковой поверхности заглубленных фундаментов Деформации осадок стабилизируются во времени Основной и обязательный расчет по деформациям осадок Не нужно приспосабливать фундаменты к деформациям пучения Требования к конструкциям фундаментов не зависят от степени пучинистости грунтов Для расчета фундаментов и оснований требуются данные инженерно- геологических изысканий, проводимых ниже расчетной глубины промерзания Фундаменты малоэтажных (легких) зданий Основные деформации - деформации пучения, направленные вверх Условие СНиП не выполняется Деформации пучения повторяются с годовой цикличностью, с годами они могут накапливаться Основной расчет - по деформациям пучения Необходимо приспосабливать фундаменты к деформациям пучения Требования к конструкциям фундаментов зависят от степени пучинистости грунтов । Требуются данные инженерно-геологических изысканий в пределах глубины сезонного промерза- ния (в особых случаях - ниже глубины промерзания) • пространственная жесткость; • долговечность; * стойкость к воздействию грунтовых вод, хими- ческой и биологической агрессивности среды. Кроме этого фундаменты должны удовлетворять тре- бованиям технологичности устройства и экономическим требованиям минимума затрат средств, труда и времени на их возведение, что достигается индустриальными ме- тодами строительства. В зависимости от этажности зданий («тяжелых», «лег- ких») различаются методы расчета фундаментов и требо- вания, которые предъявляются к конструкциям и техноло- гии устройства фундаментов на пучинистых основаниях. Для наглядности эти различия приведены в табл. 9.1. Строительными материалами, наиболее полно отве- чающими требованиям, предъявляемым к конструкциям фундаментов, являются бетон и железобетон, которые находят преимущественное применение. Кроме этих ма- териалов используются естественный камень, бутобетон, грунтобетон и металл (в свайных фундаментах). Рис. 9.3. Деформации сборных фундаментов малоэтажных (лег- ких) зданий в процессе промерзания пучинистого грунта: N - нагрузка от здания; d, - глубина промерзания; h, - деформа- ция пучения грунта; S - величина перемещения фундамента КЛАССИФИКАЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ По конструктивному типу и форме различают фун- даменты (рис. 9.4): • ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн; • столбчатые, в виде отдельных опор под колон- нами каркасных зданий, а также под стенами малоэтаж- ных бесподеальных зданий; * сплошные (плитные), представляющие собой монолитные плиты под всей площадью здания или его частью; • свайные, в виде погруженных в грунт (устроен- ных в грунте) стержней - свай. По материалу фундаменты могут быть: из природ- ного камня, бутобетона, грунтобетона, бетона и желе- зобетона. Рис. 9.4. Конструктивные типы (формы) фундаментов: а - ленточный; б - столбчатый; в - сплошной; г ~ свайный
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 139 По заглублению в грунт различают фундаменты: мелкого (до 5 м) и глубокого (более 5 м) заложения. Большинство зданий проектируется и строится с фунда- ментами мелкого заложения, которые имеют следующие отличительные особенности: • нагрузка на основание передается преимуще- ственно через плоскую подошву, в то время как глубокие фундаменты (например, свайные) нагрузку передают так- же и боковой поверхностью; • соотношение размеров - ширины и высоты - незначительно, что позволяет рассматривать их как жест- кие конструкции; • устройство фундаментов осуществляется в от- рываемых открытых котлованах или в полостях, создава- емых в массиве грунта. По способу изготовления фундаменты могут возво- диться монолитными, сборно-монолитными и сбор- ными. Применение монолитных фундаментов наиболее рационально, так как они дешевле сборных и имеют луч- шие технические характеристики. По характеру работы конструкции фундаментов мо- гут быть жесткими, работающими только на сжатие, и гибкими, рассчитанными на восприятие изгибающих усилий. Гибкие фундаменты выполняются из железобето- на, что позволяет снизить расход бетона, но одновремен- но увеличивается расход стали. По характеру нагружения различают центрально на- груженные и внецентренно нагруженные фундаменты. По способу опирания на грунт различают фунда- менты: непосредственно опирающиеся на грунт (на ес- тественном основании); фундаменты трения - висячие сваи (на искусственном основании). Глубина заложения фундамента - это расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня по- дошвы фундамента (рис. 9 5). Рис. 9.5. Элементы фундамента: 1 - тело; 2 - подошва: 3 - обрез; 4 - ширина подошвы; 5 - глуби- на заложения; 6 - отметка глубины промерзания грунта; 7 - от- метка уровня грунтовых вод (УГВ): 8 - планировочная отметка земли; 9 - отметка пола первого этажа; 10 - стена; 11 - пере- крытие Глубина заложения фундаментов принимается с учетом: • назначения и конструктивных особенностей про- ектируемого здания; • нагрузок и воздействий на фундаменты; • глубины прокладки инженерных коммуникаций; • существующего и проектируемого рельефа за- страиваемой территории; • инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия склонных к скольже- нию слоев и пр.); • гидрогеологических условий площадки и воз- можных их изменений; • глубины сезонного промерзания грунтов. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных мак- симальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на откры- той оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод ниже глубины сезонного промер- зания грунтов. Примеры нормативной глубины промерза- ния грунта: Новосибирск и Омск - 220 см, Екатеринбург и Пермь - 190 см, Уфа - 180 см, Архангельск и Самара - 160 см, Москва - 140 см, Волгоград и Санкт-Петербург - 120 см, Псков и Смоленск - 110 см, Астрахань - 90 см. Расчетная глубина сезонного промерзания грун- та определяется по формуле: df=khxdfn, где d(ri - нормативная глубина промерзания; kh - коэффи- циент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых зданий - по габл. 9.2; для фундаментов неотапливаемых зданий - 1,1. Глубина заложения фундаментов отапливаемых зда- ний по условиям недопущения морозного пучения грун- тов основания назначается: а) для наружных фундаментов: при грунтах скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем, песках гравелистых, крупных и средней крупности (т.е. непучи- нистых) - независимо от расчетной глубины промерза- Таблица 9.2. Коэффициенты влияния теплового режима здания при расчете глубины сезонного промерзания грунта Особенности здания Расчетная температура воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, *С 0 5 10 15 i 20 Без подвала с полами, устраиваемыми: по грунту 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 на лагах по грунту 1.0 0,9 0.8 0,7 0.6 по утепленному цокольному перекрытию 1,0 1,0 0,9 0.8 0,7 С подвалом или техподпольем 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Примечания. 1. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подолья, а при их отсутствии - помеще- ния первого этажа. 2. При промежуточных значениях температуры возду- ха коэффициент принимается с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице.
140 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ния; для остальных грунтов - не менее расчетной глуби- ны промерзания; б) для внутренних фундаментов - независимо от рас- четной глубины промерзания грунтов. Глубину заложения наружных фундаментов допуска- ется назначать независимо от расчетной глубины про- мерзания, если: • фундаменты опираются на мелкие пески и ис- следованиями установлено, что они не имеют пучинистых свойств; • предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов под подошвой фундаментов (теплоизолированные фундамен- ты и др.); • обеспечена пространственная жесткость фунда- ментов (малоэтажные бесподвальные здания с ленточны- ми фундаментами). 9.2. Ленточные фундаменты Ленточные фундаменты устраивают под стены зда- ний, иногда - под колонны каркасов. Они имеют вид не- прерывных стен-лент или перекрестных балок. Форма фундамента в плане повторяет очертание стен здания. Ленточный фундамент может служить не только несу- щей конструкцией, передающей нагрузки от здания на основание, но и ограждающей конструкцией помещений цокольного этажа или подвала. Применение ленточных фундаментов целесообразно при глубине их заложения до 3 м в зданиях до 12 этажей. Для более высоких зданий они фактически превращают- ся в фундаментную плиту. Ленточные фундаменты обыч- но возводят при строительстве зданий с тяжелыми сте- нами и перекрытиями, а также в случаях, когда под домом устраивается подвал или теплое подполье. Возможно и целесообразно устройство ленточных фундаментов при их мелком заложении на сухих непучинистых и малопучи- нистых грунтах для малоэтажных зданий из легких кон- струкций без подвала. В простейшем случае ленточный фундамент под сте- ну представляет собой прямоугольник в поперечном се- чении (рис. 9.6а). Однако прямоугольное сечение допус- тимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и вы- сокой несущей способности грунта. Теоретической фор- мой сечения фундамента является трапеция с углом к вертикали 25-30". Практически фундаменты выполняют со ступенчатыми уширениями книзу, моделирующими этот угол (по технологической необходимости). Рис. 9.6. Формы поперечного сечения ленточных фундаментов: а - прямоугольное; б - трапециевидное; в - одноступенчатое; г - двухступенчатое; д - многоступенчатое; е - ступенчвтое с желе- зобетонной плитой-лодушкой Монолитные ленточные фундаменты устраивают из бута, бутобетона, бетона в виде жесткой конструкции ступенчатой формы (рис. 9.7). При применении железо- бетона фундамент выполняют в виде армированной лен- ты-плиты и неармированной или армированной конструк- тивно фундаментной стены (рис. 9.6 е). Монолитные фундаменты могут применяться в любых грунтовых условиях. В некоторых случаях для выравнивания неравномер- ных осадок каркасных зданий можно устраивать монолит- ный ленточный фундамент с заделкой в него колонн кар- каса. Такой фундамент выполняется в ваде перекрест- ных лент, на места пересечения которых опираются ко- лонны (рис. 9.8). Отдельная фундаментная лента работа- ет в продольном направлении на изгиб как балка, находя- щаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн сверху и распределенного реактивного давления грунта - снизу. Ребра фундамента армируют подобно многопролетным балкам. Ленточные фундаменты, устраиваемые в котлованах (в том числе монолитные), имеют некоторые недостатки: большой объем земляных работ; исключение из работы боковой поверхности; нерациональное использование Рис. 9.7. Монолитные ленточные фундаменты: а - схема плана; б - сечения фундаментов под стены зданий с подвалами и техническими подпольями; в - то же, без подвалов
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 141 прочностных свойств материалов. Однако эти недостат- ки традиционного типа фундаментов не исключают их из- вестных положительных качеств (например, совмещение несущей и ограждающей функций), благодаря которым они получили повсеместное распространение. Выполненные в последние годы разработки новых технологий возведения фундаментов позволяют повы- сить эффективность и технический уровень фундаменто- строения. К одному из таких решений относится способ «стена в грунте», в основу которого положены два основ- ных вида работ: разработка в грунте траншей (в виде ще- лей) с вертикальными стенками и заполнение их матери- алами и сборными элементами. Устраиваемые таким способом щелевые ленточные фундаменты преиму- щественно в монолитном варианте представляют собой ленты-опоры под стены зданий. Опыт их применения под- тверждает их достоинства: индустриальность возведе- ния, сокращение сроков, трудоемкости и стоимости стро- ительства. По способу устройства и характеру работы щелевые фундаменты относятся к фундаментам глубокого (до 25 м) заложения, передающим нагрузки на основание по- дошвой и боковой поверхностью. Наиболее эффективно применение щелевых фунда- ментов в прочно-структурных маловлажных глинистых грунтах. Щелевые ленточные фундаменты под стены выпол- няются в виде прерывистых или сплошных лент, а также лент, усиленных монолитными железобетонными пояса- ми (рис. 9.9). Многощелевые ленточные фундаменты включают два или три ряда вертикальных стенок, на кото- рые опирают надземные конструкции. Сокращение расхода материалов и трудозатрат дос- тигается при выполнении стен подвала сборно-монолит- ными с применением различного типа бетонных блоков (рис. 9.10). Устройство таких фундаментов, по сравнению со сборными, упрощается, так как исключаются перевяз- ка швов и местные заделки бетоном. Для необходимых проемов в монолитных участках закладываются патрубки. Сборные ленточные фундаменты, в зависимости от строительной системы здания, проектируют из различ- ных конструктивных элементов. В каменных и крупноблочных зданиях их выполняют из железобетонных плит-подушек и бетонных стеновых блоков (рис. 9.11). Плиты-подушки изготавливают на заводах толщиной 300 мм (рис. 9.11 е, ж), 400 и 500 мм (рис. 9.11 з, и), 600 мм (рис. 9.11 к). Их ширина - от 600 до 3200 мм, длина, преимущественно, 1200, 2400, 3000 мм. Стеновые фундаментные блоки применяют следую- щих типов: ФБС - фундаментные блоки стеновые; ФБП - фундаментные блоки пустотные; УДБ - унифицированные дырчатые блоки (рис. 9.11 в-д). Блоки УДБ представляют собой элементы прямоугольного сечения, в которых уст- роены сквозные прямоугольные дыры (проемы) с шагом, равным высоте блоков - 600 мм. УДБ выпускаются с за- крытыми и открытыми концами, а также с выпусками ар- матуры. Раскладка блоков осуществляется так, чтобы Рис. 9-8. Монолитные ленточные фундаменты под колонны каркаса Рис. 9.9. Схемы устройства щелевых ленточных фундаментов: а - прерывистые; б - то же, с опиранием сборных фундаментных балок; в - прерывистые с монолитным железобетонным поясом; г - сплошные; д - поперечные сечения
142 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ проемы совпадали для образования вертикальных колод- цев, которые замоноличиваются бетоном или остаются пустыми. Стеновые фундаментные блоки имеют размеры: вы- сота - 600 и 300 мм (доборные), ширина - 300; 400; 500 и 600 мм, длина - 600; 800; 900; 1200; 2400 мм (дырчатые от 600 до 6000 через 600 мм). Блоки укладывают с перевязкой (несовпадением) вертикальных швов, расстояние между которыми прини- мается не менее 0,4 высоты блока (рис. 9.12). В преры- вистых фундаментах вертикальный шов между блоками располагается в пределах фундаментных плит. Для уменьшения количества типоразмеров фунда- ментных блоков по длине, а также для устройства вводов коммуникаций в теле ленточного фундамента оставляют проемы длиной не более 0,6 м, которые впоследствии заполняют бетоном или кирпичом. При этом вышележа- щий блок должен перекрывать проем. Под плиты-подушки устраивают выравненную песча- ную подсыпку или укладывают слой тощего бетона. Для обеспечения пространственной жесткости фун- даментов предусматриваются связи между продольными и поперечными стенами подвала перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы сеток из арматуры диа- метром 8 или 10 мм. В случае несовпадения расчетной ширины подошвы фундамента с шириной типовой железобетонной плиты устраивают прерывистые фундаменты - укладкой плит с промежутками и их заполнением песком или местным грунтом. Глубину заложения фундаментов при переходах от подвальной к бесподвальной частям зданий или в примы- каниях фундаментов внутренних стен к фундаментам на- ружных (см. рис. 9.12) изменяют ступенчато (уступами). Длина ступени должна быть в 2 раза больше разницы в отметках подошв фундамента, а высота ступени - не бо- лее 600 мм. Рис. 9.10. Сборно-монолитные ленточные фундаменты: а - со сборными блоками и монолитными участками между ними; б - с монолитными обвязкой (ростверком) и плитой-подушкой; 1 - бетонный блок; 2 - монолитный бетон; 3 - обвязка; 4 - плита- подушка Рис. 9.11. Элементы сборных ленточных фундаментов: а - фрагмент плана фундаментов; б - сечение; в-д - фундамент- ные стеновые блоки (сплошной, пустотный, дырчатый); е-к - фундаментные плиты (сплошные, пустотная, ребристая) Рис. 9.12. Перевязка блоков и изменение глубины заложения при примыкании фундамента внутренней стены к фундаменту наружной: 1 - фундаментный блок; 2 - фундаментная плита; 3 - монолит- ный бетон
Раздел И. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 143 Сборные фундаменты из блоков имеют существен- ные недостатки. По сути - это монолитные фундаменты, разрезанные на мелкие элементы - блоки, но только до- роже и хуже по качеству ввиду большого количества швов, заделываемых вручную. Такого рода фундаменты применяются преимущественно в России. Строители других стран выполняют фундаменты, как правило, моно- литными с максимально механизированными процесса- ми по их возведению. В крупнопанельных зданиях сборные ленточные фундаменты состоят из сквозных панелей (под внутрен- ние стены), цокольных панелей (под наружные стены), которые опирают на железобетонные плиты-подушки (рис. 9.13). В зависимости от проектируемого темпера- турного режима подвала (подполья) наружные цоколь- ные панели применяют утепленные (трехслойные) или неутепленные (однослойные) плоские и ребристые. Фундаментные панели соединяют между собой свар- кой по закладным деталям. Заложение подошвы фундаментов легкого (мало- этажного) дома ниже расчетной глубины промерзания приводит к бесполезному расходу материалов, труда и финансов при наличии остаточных деформаций пучения (см. рис. 9.3). Нагрузки от легких бесподвальных зданий позволяют в большинстве случаев располагать подошвы фундаментов выше глубины промерзания, а иногда - в уровне планировочной отметки земли на уплотненной пес- чано-гравийной подушке (фундамент-цоколь, рис. 9.14). Высота противопучинистой подушки (100-800 мм) зави- сит от степени пучинистости грунтов, веса здания и допу- стимых для надфундаментной части здания деформаций (к примеру, для деревянных бревенчатых и брусчатых стен допустимые деформации больше в два раза, чем для кирпичных). Одно из основных требований к незаглублен- ным и мелкозаглубленным ленточным фундаментам - обеспечение их жесткости, что выполнимо при монолит- ном железобетонном варианте. Эффективными фундаментами для малоэтажных бес- подвальных зданий, возводимых на пучинистых грунтах, являются поверхностные теплоизолированные фун- даменты (рис. 9.15). Их главное отличие от обычных ма- лозаглубленных фундаментов заключается в том, что под сплошной железобетонной лентой и (или) рядом на грунт основания укладывается теплоизолирующий материал специального состава - экструдированный пенополисти- рол (ЭППС). Грунт под теплоизолированными фундаментами при эксплуатации дома не промерзает, поэтому не возникает последствий промораживания грунтов - пучения, а зна- чит, и деформаций надземных конструкций. а Рис. 9.13. Сборные панельные ленточные фундаменты: а - фрагмент плана; б - сечения; 1 - цокольная однослойная па- нель; 2 - цокольная трехслойная панель; 3 - цокольная ребристая железобетонная панель; 4 - внутренняя панель; 5 - железобетон- ная фундаментная плита-подушка; 6 - цокольное перекрытие Рис. 9.14. Ленточные фундаменты малоэтажных зданий: а - незаглубленный (фундамент-цоколь); б - мелкозаглубленный; 1 - монолитный железобетонный фундамент; 2 - противопучи- нистая подушка Рис. 9.15. Поверхностные теплоизолированные фундаменты ма- лоэтажных зданий: а - с теплоизоляционным элементом под подошвой; б - с тепло- изоляционным элементом рядом с фундаментом; 1 - монолит- ный железобетонный фундамент; 2 - теплоизоляционный эле- мент; 3 - защитный слой; 4 - стена; 5 - перекрытие
144 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Пенополистирол имеет закрытые поры, что исключа- ет попадание влаги внутрь материала и связанное с этим разрушение структуры вещества. Кроме того, ЭППС об- ладает биостойкостью и достаточно высокой прочностью, превосходящей прочность большинства грунтов. Эти ка- чества пенополистирола позволяют применять его в тя- желых условиях работы утеплителем. Глубина заложения поверхностных теплоизолирован- ных фундаментов определяется только конструктивными соображениями и рельефом участка. В любых климати- ческих условиях она может быть минимальной - 0,5-1 м. Ленточные фундаменты на основаниях с разнородной структурой грунтов разделяют деформационными (оса- дочными) швами - сквозными вертикальными зазорами в конструкции фундамента (рис. 9.16). В месте осадочно- го шва закладывают доски, обернутые или пропитанные гидроизоляционным материалом, а вертикальные швы с обеих сторон защищают битумной мастикой. Требуемую площадь подошвы фундамента опре- деляют из условия ограничения давления по подошве фундамента расчетным сопротивлением грунта основа- ния (рис. 9.17). Расчетное условие для центрально нагру- женного фундамента имеет следующий вид: Р = (^ + гмф + Чр)/А5В> где N^, Мф, Nrp - значения нагрузок от веса здания, фунда- мента и грунта на его уступах; А - площадь подошвы фунда- мента; R - расчетное сопротивление грунта основания. Из данного условия нельзя определить требуемую площадь подошвы фундамента, так как в нем имеется два неизвестных - А- Ьх/иВ = f(b), поэтому расчет ведут методом последовательных приближений, полагая внача- Рис. 9.16. Устройство осадочного шва в монолитном фундамен- те: 1 - доски; 2 - рулонная гидроизоляция; 3 - битумная мастика Рис. 9.17. Схема к определению размеров подошвы фундамента ле, что R = Ro, где Ro - условное расчетное сопротивле- ние грунта основания. Расчет ленточных фундаментов ведут на 1 м длины, следовательно, ширина ленточного фундамента b = А//. По полученному значению b конструируют монолит- ный фундамент в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями или подбирают типовую плиту-подушку сборного фундамента. 9.3. Столбчатые фундаменты Столбчатые фундаменты устраивают под отдельные опоры (колонны каркасных зданий, столбы), а также под стены бесподвальных легких зданий. Это наиболее деше- вый и наименее трудоемкий вид фундаментов - он в 1,5- 4 раза дешевле ленточных. Под колонны одноэтажных промышленных зданий применяют, в основном, монолитные фундаменты, со- стоящие из подколенника и одно-, двух- или трехступен- чатой плитной части (рис. 9.18). Высота фундаментов принимается 1,5 м и в пределах 1,8-4,2 м с интервалом 0,6 м. Размеры уступов в плане и по высоте - 0,3 или 0,45 м. Все размеры в плане унифи- цированы и кратны модулю 0,3 м. Размеры конкретного фундамента выбирают в зависимости от нагрузки, пере- даваемой колонной (колоннами), характеристик грунта и решений части здания ниже нулевой отметки. фундамент под спаренные колонны в местах темпе- ратурных швов и примыканий пролетов устраивают об- щим (рис. 9.20), кроме случаев, когда необходимосадоч- ный шов. Обрез фундаментов располагается чаще всего под железобетонные колонны на отметке минус 0,150, а под стальные - минус 0,300 и ниже. Для установки железобетонных колонн в теле подко- ленника фундамента предусматривают углубление - ста- кан. Зазор между гранями колонны и стенкой стакана принят по верху 75 мм, а по низу - 50 мм (рис. 9.18 г). Рис. 9.18. Монолитные столбчатые фундаменты под сборные же- лезобетонные колонны промышленных зданий: а - одноступенчатый; б - двухступенчатый; в - трехступенчатый; г - подколонник; д - вид сверху
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 145 При стальных колоннах в подколонник закладываются ан- керные болты для крепления колонн к фундаменту. Для опирания наружных и внутренних самонесущих стен применяют фундаментные балки (рис. 9.19), кото- рые передают нагрузку от веса стен на фундаменты. При опирании фундаментных балок на уступах фундаментов рекомендуется устройство приливов (бетонных столби- ков), ширину которых принимают не менее максимальной ширины балки, а верх на отметке минус 0,360 или 0,660 - соответственно, при высоте балок 300 и 600 мм. При замерзании пучинистых грунтов в фундаментных балках могут возникать деформации. Во избежание это- го и для предохранения пола от промерзания вдоль стен с боков и снизу балок засыпают шлак {рис. 9.20 в). В случаях передачи на основание нагрузки со значи- тельным эксцентриситетом эффективными становятся фундаменты с анкерами (рис. 9.21), принципиальная идея которых заключается в том, что фундаменты, для которых характерен частичный отрыв подошвы, устраива- ются с анкерами, воспринимающими выдергивающие усилия и уменьшающими крен. При знакопеременных моментах анкеры располагаются симметрично относи- тельно плоскости действия момента, а при постоянных моментах их можно устраивать с одной стороны фунда- мента - более удаленной от равнодействующей нагрузки. В качестве анкеров рекомендуется применять буро- набивные сваи диаметром 200 мм, длиной от 2 до 4 м со стержневым или каркасным армированием. Можно в ка- честве анкеров использовать забивные сваи {3-5 м), вы- пуски арматуры которых свариваются (соединяются) с арматурным каркасом фундамента, а сам фундамент вы- полняется из монолитного бетона. Снижение трудоемкости устройства фундаментов мелкого заложения на естественном основании может быть достигнуто путем использования столбчатых буро- бетонных фундаментов, которые устраиваются в связ- ных грунтах в разбуриваемых специальными установками полостях, заполняемых литым бетоном (рис. 9.22). Арми- руется только подколенник фундамента. В конструктив- ном решении буробетонных фундаментов сочетаются по- ложительные качества столбчатых фундаментов (неболь- шая глубина заложения и высокая несущая способность) и свайных фундаментов (технологичность возведения при незначительных трудовых затратах). Щелевые столбчатые монолитные фундаменты состоят из нижней части и подколенника. Нижняя часть, бетонируемая в узких коротких траншеях (щелях) в виде вертикальных несущих элементов, может иметь прямоу- гольное {в том числе сдвоенное), крестообразное, двутав- ровое и коробчатое поперечные сечения (рис. 9.23). Про- дольное сечение нижней части фундаментов зависит от способа разработки траншеи и может быть прямоуголь- ным, с криволинейной формой подошвы и криволинейным. Толщина щелевых фундаментов из отдельно стоящих прямоугольных стенок принимается 0,5-1 м. в остальных случаях - 0,15-0,2 м и более. Глубина траншей (высота подземной части фундамента) принимается от 2 до 25 м. В монолитных фундаментах подколенник может опи- раться на обрез подземной части, заглубляться или рас- полагаться в ней (рис. 9.24). Под стальные колонны ще- левые фундаменты конструируются как с подколенником, так и без него (рис. 9.25), в зависимости от базы колон- ны, расположения анкерных болтов и характера действу- ющих нагрузок. Сборные столбчатые фундаменты, в зависимости от размеров, могут быть цельными из одного блока, из блока и плиты или из нескольких различных блоков и плит (рис. 9.26). Цельные фундаменты сравнительно невелики по размерам и массе. Применение ребристых и пустот- ных элементов позволяет уменьшать материалоемкость сборных столбчатых фундаментов. Плиты (блоки) укладывают на подготовку толщиной порядка 100 мм - щебеночную пли песчаную при сухих грунтах и бетонную - при влажных. Элементы друг на дру- га укладывают на растворе и соединяют сваркой заклад- ных деталей, выпусков, анкеров и т.п. Применение сборных конструкций рационально для щелевых фундаментов, обладающих повышенной несу- Длина-5950, 5500. 5050.4750, 4450.4300.4000 Рис. 9.19. Фундаментные балки: а - сечения балок для зданий с шагом колонн 6 м; б - то же, 12 м; в - опирание балок на фундамент
ВЛ Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 9.20. Расположение фундаментных балок: а - вид сбоку; б - план; в - сечение; 1 - фундаментная балка; 2 - прилив или бетонный столбик; 3 - колонна рядовая; 4 - колонна у температурного шва; 5 - колонна примыкающего пролета; 6 - стена; 7 - засыпка шлаком; 8 - отмостка Рис. 9.22. Столбчатый буробетонный фундамент под сборную железобетонную колонну Рис. 9.21. Столбчатый фундамент с анкерами; 1 - традиционный фундамент с плоской подошвой; 2 - фунда- мент с анкерами; 3 - анкер
Раздел Н. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 147 щей способностью боковой поверхности за счет клино- вого эффекта (рис. 9.27}. Такие конструктивные реше- ния в процессе эксплуатации должны обеспечивать ра- боту фундамента как единого целого. Поэтому подвиж- ность сборных элементов, создающая в процессе мон- тажа обжатие траншеи, в проектном положении фунда- мента должна устраняться. Рис. 9.23. Формы сечений столбчатых щелевых фундаментов. Поперечные сечения: а - прямоугольное: б - крестообразное; в - прямоугольное сдвоенное; г - двутавровое; д - коробчатое. Продольные сечения: е - прямоугольное; ж - с криволинейной формой подошвы; з - криволинейное Рис. 9.25. Столбчатые щелевые фундаменты под стальные ко- лонны: а - прямоугольный; б - то же, с опирающимся подколенником; в - облегченный; г - крестообразный; д - двутавровый При небольших нагрузках на фундамент, когда давле- ние на основание меньше нормативного, непрерывные ленточные фундаменты под стены малоэтажных зданий без подвалов целесообразно заменять столбчатыми (рис. 926; 9.29}. В этом случае столбы располагают обязатель- но под углами здания, в местах пересечения и примыка- ния стен, а также в промежутке на расстоянии друг от друга в осях 2-3 м, а если грунты прочные - до 6 м. Фун- даментные столбы могут быть бутобетонными, бетонны- ми и железобетонными, монолитными и сборными. Сече- ние их не менее: бетонных - 0,4 х 0,4 м; бутобетонных - 0,6 х 0,6 м. Опирающиеся на обрезы столбов, фундамен- тные балки применяют железобетонные (монолитные и сборные), из типовых железобетонных перемычек (ис- пользуемых для проемов) или стальные. Столбчатые фундаменты малоэтажных зданий, как и ленточные, могут быть мелкозаглубленными и тепло- изолированными (см. рис. 9.14; 9.15}. Рис. 9.24. Столбчатые щелевые фундаменты под железобетон- ные колонны: а - прямоугольный со втопленным стаканом; б - с опирающимся подколенником; в, г - с заглубленным подколенником; д - крес- тообразный с постоянной глубиной стенок; е - с переменной глу- биной стенок; ж - из сдвоенных прямоугольных стенок; з - с уд- линенным подколенником
148 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛЫ И АРМИРОВАНИЕ Столбчатые фундаменты возводят из тяжелого бето- на класса не ниже В12.5 (монолитные) и В15 (сборные). Их подошвы армируют унифицированными сварными сетками из стали периодического профиля классов А-ll и А-Ill (рис. 9.30). Диаметр стержней сеток принимают не менее 10 мм. Шаг рабочих стержней составляет 100- 200 мм. Защитный слой бетона до арматуры составляет 35 или 70 мм, соответственно, при наличии или отсут- ствии бетонной подготовки. При необходимости углубления столбчатого фунда- мента приходится устраивать высокие подколенники (рис. 9.30 б, г). Их конструируют по правилам, предъяв- ляемым для колонн с повышенной толщиной защитного слоя бетона. Рис. 9.26. Сборные столбчатые фундаменты под колонны: а-в - одноблочные подколенники: г - подколенник на плите; д - трехплитный; е - подколенник на плитах в два ряда; ж - под- коленник на дырчатых плитах в два ряда; з - подколенник на двух ребристых плитах; и - ребристый подколенник на трех плитах; к - высокий (пенькового типа) подколенник на блоке и трех пли- тах; л - подколенник с заглублением е две плиты; м - ребристый; н - пустотный подколенник на плите; о - из трех пустотных эле- ментов с высоким подколенником Рис. 9.27. Принципиальные конструктивные решения сборных щелевых фундаментов с клиновым эффектом: а, б - из трех клиновых элементов; в - из четырех клиновых эле- ментов Рис. 9.28. Фундаментные столбы и балки малоэтажных зданий
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 149 Рис. 9.29. План столбчатых фундаментов малоэтажного здания (план здания см. рис. 1.2): 1 - буронабивной фундаментный столб; 2 - сборный фундамент- ный столб; 3 - монолитная фундаментная балка; 4 - размер при- вязки Рис. 9.30. Армирование столбчатых фундаментов: а, б - монолитные с монолитными колоннами; в, г - монолитные под сборные колонны; д, е - сборные под сборные колонны 9.4. Сплошные фундаменты Сплошные (плитные) фундаменты применяются в следующих случаях: • при слабых грунтах и значительных нагрузках, ко- торые не могут воспринять ленточные и столбчатые фун- даменты, для создания допустимого давления на грунт; • при недопустимой или регламентированной не- равномерной осадке здания. Фундаментные плиты значи- тельно перераспределяют усилия на основание и обеспе- чивают осадки и давление на него равномерными; • при технологической необходимости (например, при установке технологического оборудования); • при необходимости надежной защиты подзем- ных помещений от проникновения в них воды (плита и стены используются в качестве изоляции). Сплошные фундаменты проектируют только монолит- ными железобетонными под всем зданием каркасной, стеновой, ствольной, ободочковой или комбинированной конструктивных систем. Конструкции сплошных фундаментов по форме могут быть: плитными плоскими, плитными ребристыми, короб- чатыми и оболочковыми (рис. 9.31; 9.32). Плоскую плиту применяют при сравнительно незна- чительных нагрузках и небольших расстояниях между ко- лоннами или другими опорными вертикальными кон- струкциями. Монолитные колонны опирают на фундамен- тную плиту через уширения по типу капителей, применя- емых в безбалочных перекрытиях. Сборные колонны за- щемляют в стаканной части фундаментной плиты. При сравнительно больших расстояниях между ко- лоннами и больших нагрузках требуемая жесткость сплошного фундамента достигается устройством ребри- стых и коробчатых фундаментов. Места пересечения ре- бер служат для установки колонн, при стеновой конструк- тивной системе ребра используются как стены подвала. Наибольшей несущей способностью обладают коробча тые фундаменты, в том числе с расположением внутри них подвальных помещений, гаражей и т.п. Использование плит в виде цилиндрических оболочек значительно повышает несущую способность фундамен- та. Для сплошных фундаментов оболочкового типа ис- пользуется бетон высоких классов с интенсивным арми- рованием. Под действием реактивного давления грунта сплош- ной фундамент работает подобно перевернутому железо- бетонному перекрытию, в котором колонны выполняют роль опор, а элементы плиты фундамента испытывают изгиб под действием давления грунта снизу. Плоские фундаментные плиты армируют сварными сетками. Сетки принимают с рабочей арматурой в одном направлении; их укладывают друг на друга не более чем в четыре слоя, соединяя внахлестку без сварки в рабочем направлении и без нахлестки - в нерабочем направлении. Ребра сплошных ребристых и коробчатых фундамен- тов армируют сварными или вязаными каркасами и сет- ками по принципу армирования ленточных фундаментов.
150 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 9 32. Сплошные монолитные фундаменты под стволы жест- кости зданий: а - плитный; б - плитный ребристый; в - плитный с пирамидаль- ной (конической) оболочкой Рис. 9.31. Сплошные фундаменты: а, б - плитные плоские с подколенниками; в-д - плитные ребри- стые; е, ж - коробчатые; з - оболочковые 9.5. Свайные фундаменты Свайные фундаменты - один из наиболее прогрес- сивных типов фундаментов, обеспечивающих высокий уровень комплексной механизации работ нулевого цикла при их высоком качестве. В настоящее время свайные фундаменты используют при самых разнообразных грунтовых условиях, включая слабые, насыпные, набухающие и вечномерзлые грунты. Для рада грунтовых условий свайные фундаменты явля- ются единственно целесообразным решением. При их применении особое значение имеет возможность умень- шить объем земляных работ. Широкое применение свайных фундаментов в строи- тельстве зданий объясняется рядом их преимуществ, к которым относятся: способность воспринимать верти- кальные вдавливающие и выдергивающие, а также гори- зонтальные нагрузки и изгибающие моменты; высокая индустриальность; сокращенные сроки производства ра- бот; уменьшенный расход бетона; сокращенные транс- портные операции; незначительные величины общих и неравномерных осадок зданий; высокое качество работ в зимнее время в любом климатическом районе. Одной из особенностей развития свайного фунда- ментостроения является многообразие различных конст- руктивных решений свай, эффективных в тех или иных условиях (более 100 типов). Сваи - стержневые элементы (брусья, столбы, тру- бы), погружаемые в грунт или устраиваемые в грунте для передачи нагрузок от здания на основание. Свайный фундамент - опорная конструкция глубо- кого заложения, в которой основными элементами, пере- дающими нагрузку на грунт, являются сваи (свая). Кроме свай фундамент имеет ростверк и (или) оголовки. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАЙ По виду основного материала сваи бывают: железо- бетонные, сталефибробетонные, бетонные, грунтобетон- ные (грунтоцементные), стальные.
Раздел I!. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 151 По способу заглубления в грунт различают следую- щие виды свай: • забивные (железобетонные и стальные), погру- жаемые в грунт без его выемки с помощью молотов (за- бивкой), вибровдавливающих (вибрацией) и вдавливаю- щих (вдавливанием) устройств {рис. 9.33); • буровые (железобетонные, бетонные, бутобе- тонные, грунтобетонные), устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов (рис. 9.34); • набивные (железобетонные и бетонные), устра- иваемые в грунте укладкой бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта (рис. 9.35 а-г); • сваи-оболочки (железобетонные), заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые полностью или частично бетонной смесью (рис. 9.35 д); * винтовые (с металлическими наконечниками), погружаемые в грунт специальными установками (маши- нами) под углом 0-45’ к вертикали (рис. 9.35 е). По условиям взаимодействия с грунтом (условиям работы) сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи трения (или висячие сваи). К сваям-стойкам относятся все виды свай, опираю- щиеся на скальные и малосжимаемые прочные грунты. К сваям трения относятся все виды свай, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие на- грузку на грунты основания боковой поверхностью (сила- ми трения) и нижним концом. Забивные сваи и сваи-оболочки подразделяют: • по способу армирования - на сваи с ненапря- гаемой продольной арматурой и на предварительно на- пряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием или без него (рис. 9.36); • по форме поперечного сечения - на сваи квадратные, прямоугольные, треугольные, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения, таврово- го и двутаврового сечений, трех- и четырехветвевые (рис. 9.37 а); • по форме продольного сечения - на призма- тические, цилиндрические, пирамидальные, ромбовид- ные, призматические с уширениями (рис. 9 37 б); • по форме и конструкции нижнего конца - на сваи с заостренным или плоским нижним концом, с плос- ким или объемным уширением (булавовидные), на полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с ка- муфлетной пятой (рис. 9.37 в); • по конструктивным особенностям - на сваи цельные и составные (из отдельных секций по длине). Буровые сваи по способу устройства подразделяют на следующие: • буронабивные сплошного сечения с уширени- ями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами (см. рис. 9.34 а, е); • буронабивные полые круглого сечения, устра- иваемые с применением многосекционного вибросер- дечника (см. рис. 9.34 б); • буронабивные с камуфлетной пятой, устраи- ваемые путем бурения скважин с последующим образо- Рис. 9.33. Забивные сваи: а - призматическая квадратного сечения; б, е - то же, с ушире- нием; г - призматическая прямоугольного сечения; д - пирами- дальная квадратного сечения; е - то же, треугольного сечения; ж - ромбовидная; з - трехветвевая; и - призматическая с круг- лой полостью; к - трубчатая (полая); л - то же, с наконечником; м - стальная трубчатая
152 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 9.34 Буровые сваи: а - буронабивная сплошная цилиндрическая: б - буронабивная полая; в - буронабивная с камуфлетным уширением пяты; г, д - буроопускные; е - буронабивная с механическим уширением пяты; ж - буроопускная с квадратным железобетонным сердеч- ником; з - буронабивная с трамбованием в забой скважины щеб- ня; и - виброштампованная: к - буроинъекционная, л - винтона- бианая; м - грунтобетонная (грунтоцементная) ванием уширения взрывом и заполнением скважин бе- тонной смесью (см. рис. 9.34 в}; • буронабивные с уплотненным забоем, устра- иваемые путем втрамбовывания в забой скважины щебня (см. рис. 9.34 з); • буроопускные, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, укладки в них омоно- личивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элемен- тов (см. рис. 9.34 г, д, ж); • виброштампованные, устраиваемые путем бу- рения скважин и уплотнения грунта вокруг ствола сваи виброштампом (специальной металлической трубой) в процессе бетонирования (см. рис. 9.34 и}; • буроинъекционные, устраиваемые путем на- гнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины (см. рис. 9.34 к); • винтонабивные, изготавливаемые винтовой на- вивкой по стволу скважины путем ввинчивания в нее поло- го формующего наконечника, последующего его вывинчи- вания и подачи бетонной смеси в полость (см. рис. 9.34л); • грунтобетонные, изготавливаемые путем пода- чи струи цементного раствора через монитор буровой колонны в радиальном направлении с ее вращением и поднятием (см. рис. 9.34 м). Набивные сваи по способу устройства подразделя- ют на следующие: • набивные, устраиваемые раскаткой (раздвиж- кой и уплотнением грунта) машинами-раскатчиками без удаления грунта и последующего заполнения полости бетонной смесью (см. рис. 9.35 а, б); • набивные в выштампованном ложе, устраива- емые путем выштамповки в грунте скважин пирамидаль- ной или конусной формы с последующим заполнением их бетонной смесью (см. рис. 9.35 в); • набивные в пробитых скважинах стальными трубчатыми снарядами, порционной подсыпкой и втрам- бовыванием щебня в забое скважины, заполнением ее бетонной смесью и уплотнением (см. рис. 9.35 г). Свайные фундаменты, в зависимости от размещения свай в плане, проектируют в виде: • одиночных свай - под отдельно стоящие опоры; • свайных лент - под стены зданий с расположе- нием свай в один, два ряда и более (рис. 9.38 а); • свайных кустов - под колонны с расположени- ем свай в плане на участке квадратной, прямоугольной, трапециевидной и другой формы (рис. 9.38 б}; • сплошного свайного поля - под тяжелые со- оружения со сваями, равномерно расположенными под всем зданием и объединенными сплошным ростверком, подошва которого опирается на грунт (рис. 9.38 в). Расстояние между осями забивных свай трения (вися- чих свай) должно быть не менее тройного размера сторо- ны сечения (или диаметра), а свай-стоек - полуторного их размера. Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай-оболочек должно быть не менее 1 м. При устройстве свайных фундаментов применяют железобетонные монолитные и сборные ростверки, на которые опирают несущие конструкции, а также без- ростверковые решения (рис. 9.39). Конструкции ростверков - в виде балок (ленточный ро- стверк), в виде плиты (кустовой или сплошной плитный ро- стверк), либо в виде подколенника (столбчатый ростверк).
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 153 Глубину заложения подошвы свайного ростверка на- значают в зависимости от конструктивных решений под- земной части здания (наличие подвала или технического подполья), геологических условий грунта, а также высоты ростверка, определяемой расчетом. Монолитные ростверки (рис. 9.40) выполняют из железобетона с применением бетона класса не ниже В12.5 и горячекатаной арматуры класса A-III. При наружных стенах зданий без подвалов подошву ростверка (его нижнюю плоскость) устраивают на 100- 150 мм ниже планировочных отметок. Монолитные ро- стверки сооружают по подготовке из тощего бетона тол- щиной 100 мм, уложенной по грунту между сваями. На подготовку укладывают готовые арматурные каркасы, в которые заводят выпуски арматуры свай (если это пре- дусмотрено проектом). Рис. 9.35. Набивные (а-г), свая-оболочка (д) и винтовая (е) сваи: а, б - в раскатанных скважинах; в - а штампованной скважине; г - в пробитой скважине; д - железобетонная; е - стальная Рис. 9.36. Армирование забивных свай: а, б - сплошные с ненапрягаемой арматурой; в - полая с нена- прягаемой арматурой; г - сплошная с напрягаемой арматурой; 1 - продольная ненапрягаемая арматура; 2 - то же, напрягаемая; 3 - поперечная арматура; 4 - сетки; 5 - фибробетон а Рис. 9.37. Формы забивных свай: а - поперечные сечения; б - продольные сечения; в - формы нижних концов
154 В А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Сопряжение ростверка со сваями предусматривает- ся шарнирным (свободным) или жестким. При шарнирном варианте сваю заделывают в тело монолитного ростверка на глубину 50 мм без арматурных выпусков таким образом, чтобы рабочая сетка ростверка проходила выше свай (рис. 9.40 а, б) При жестком сопряжении головы свай заделывают в ростверк не менее чем на 250 мм (при точной забивке). В случае неточной забивки по вертикали головы свай сруба- ются так, чтобы были на 50 мм выше подошвы ростверка, а обнаженная при этом рабочая арматура свай заделыва- ется в монолитный ростверк на глубину не менее 250 мм. При применении трубчатых свай заделка их в моно- литный ростверк выполняется аналогично жесткому примыканию сплошных забивных свай При этом могут применяться дополнительные арматурные стержни, заво- димые в бетон ростверка и бетонную пробку трубчатой сваи {рис. 9.40 г). Рис. 9 38. Виды фундаментов по расположению свай: а - свайные ленты; б - свайные кусты; в - свайные поля; г - схе- ма плана свайных фундаментов Рис. 9.39. Схемы опирания несущих конструкций на свайные фундаменты
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 155 Рис. 9.40. Монолитные ростверки свайных фундаментов; а - ленточный под стену; б - плитный под сборную колонну; в - плитный под монолитную колонну; г ~ ленточный по трубчатым сваям; д - ленточный по сборным оголовкам; 1 - забивная свая; 2 - буровая свая; 3 - ростверк; 4 - сборный оголовок сваи; 5 - стена; 6 - колонна; 7 - арматурный каркас; 8 - арматурная сетка; 9 - арматурный выпуск сваи; 10 - дополнительные арматурные стержни; 11 - бетонная пробка; 12 - бетонная подготовка Рис. 9.41. Сборные ростверки свайных фундаментов: а, б - ленточные по трубчатым (полым) сваям; в - высокий ро- стверк фундамента панельного здания; г - плитный (кустовой) для опирания колонны; 1 - свая; 2 - ростверк; 3 - сборный ого- ловок; 4 - железобетонная пробка-блок; 5 - соединительная стальная пластина; 6 - выпуски арматуры; 7 - монолитный бе- тон; 8 - бетонная пробка; 9 - песчаная засыпка
156 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Сборным ростверкам [рис. 9.41) отдается предпоч- тение при большом количестве однотипных элементов фундаментов, при необходимости устройства фундамен- тов на забивных сваях в зимнее время, а также при уст- ройстве их выше поверхности грунта (высокий ростверк). Одно из необходимых условий применения сборного ростверка - тщательная забивка свай по проекту. Во всех вариантах конструкций ростверка предполагается, что сваи не погружаются точно по вертикали до проектной отметки (как правило, они ее не достигают). Так как срезка голов большого количества свай не может быть выполнена точно до единой необходимой отметки, то выравнивание голов свай осуществляется сборными оголовками (рис. 9.41 в). Применение оголовков (насадок) позволяет компенсиро- вать и отклонения свай в плане в допустимых пределах. Для точной установки оголовков применяют инвен- тарные металлические рамки, предварительно монтиру- емые на головах свай в уровне проектных отметок. В панельных зданиях применяют сборные высокие ростверки с использованием железобетонных консоль- ных балок ростверка, опирающихся на оголовки свай. При жестком креплении сборного ростверка к оголовкам свай предусматривается установка закладных деталей на ого- ловках и балках ростверка и их сварка при помощи накла- док из листовой стали. Балки между собой соединяются сваркой арматурных выпусков. В панельных зданиях с перекрытиями из плит разме- ром на конструктивную ячейку (комнату) применяют эко- номичный вариант конструкции - безростверковый фундамент, при котором плиты перекрытий опирают по контуру на точно установленные сборные оголовки свай. 9.6. Особенности фундаментов высотных зданий В зданиях повышенной этажности наибольшее рас- пространение в мировой практике получили монолит- ные железобетонные фундаментные плиты, устраивае- мые на плотном песчаном или скальном основании. Глубина заложения фундаментных плит 12-15 м. Тол- щина плит обычно составляет от 2 до 4 м; иногда в пре- делах плана здания плита принимается переменной толщины с наибольшей толщиной под основными несу- щими конструкциями. Форма фундаментной плиты обычно повторяет фор- му здания в плане; при этом во многих случаях плита сооружается не под всем зданием, а лишь в зонах верти- кальных несущих конструкций. С целью предупреждения образования трещин в фун- даментах вследствие неравномерных осадок фундамент- ные плиты под башенным (высотным) объемом здания обычно отделяются деформационным швом от фундамен- тов прилегающих малоэтажных пристроек (стилобата). При возведении зданий на относительно слабых грун- тах получили применение фундаменты в виде буронабив- ных свай, которые обычно доводят до плотных материко- вых пород. Буровые опоры (буронабивные сваи большо- го диаметра) являются наиболее эффективными фунда- ментами для строительства высотных зданий благодаря способности воспринимать очень большие вертикальные и горизонтальные нагрузки и в связи с высокой индуст- риальностью изготовления. Диаметр буронабивных опор 1-3 м; в их основании нередко предусматривается уши- ренная пята диаметром до 8 м. Глубина опор до 20-30 м, в отдельных уникальных зданиях - до 70-90 м. В процессе возведения буронабивных опор стенки скважин закрепляются с помощью оставляемых (или из- влекаемых в процессе бетонирования) стальных обсад- ных труб либо с помощью нагнетаемого в скважину бен- тонитового раствора. С целью более равномерного распределения нагру- зок от конструкций здания оголовки опор объединяются монолитными плитными или балочными ростверками толщиной 2-3 м. Таким образом образуется комбиниро- ванный плитно-свайный фундамент. При этом в местах больших сосредоточенных нагрузок сооружаются кусты из нескольких буронабивных свай. Применяются комбинации фундаментов и других ти- пов в пределах одного здания: например, фундаментная плита под стволом и буровые опоры под колоннами на- ружных стен либо набивные сваи небольшого диаметра под всей площадью и буровые опоры большого диаметра под углами ствола и др. При устройстве котлованов под фундаментные плиты и конструкции подземных ярусов зданий часто применя- ются подпорные стены, сооружаемые методом «стена в грунте», в том числе заанкеренные в грунт с помощью наклонных анкерных стяжек. Эти подпорные стены впос- ледствии обычно выполняют роль несущих контурных стен подземных ярусов здания. Г л а в а 10 ОБУСТРОЙСТВО И изоляция ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 10.1. Элементы обустройства Подземные части зданий разделяют на два основных типа (рис. 10.1): - с помещениями (в цокольном этаже, в подвальном или техническом этаже, техническое подполье); - без помещений (с устройством подпольных кана- лов, с подпольным пространством, с полами по грунту). Элементами обустройства подземных частей зданий являются входы в подвал, приямки, подпольные кана- лы, отмостки. Вход в цокольный этаж обычно предусматривается пер- пендикулярно наружной стене. Его выполняют в виде при- ямка, ограниченного с двух сторон подпорными стенками. Вход в подвал более глубокого заложения в сравне- нии с цокольным этажом устраивают параллельно наруж- ной стене подвала (рис. 10.2). Стены входа предусматри- ваются по четырем сторонам из кирпича толщиной 250 мм. Сборные ступени лестницы опираются на про- дольные стенки. Нижняя площадка входа в подвал состо- ит из железобетонной плиты, уложенной на обрезы фун- даментов стенок. Над входом предусматривают покрытие (крышу). Для естественного освещения в стенках могут быть организованы окна. Вход в подвал многоэтажного жилого дома может быть выполнен из лестничной клетки внутри здания. Вход в под- вал одноквартирного жилого дома чаще всего устраивается
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 157 с первого этажа под маршем междуэтажной лестницы (рис. 10.3}. Если в подвале предусматривается температурно- влажностной режим, отличающийся от основных помеще- ний квартиры, вход в подвал обязательно должен иметь ог- раждения со всех сторон, в том числе под маршем лестни- цы, ведущей на второй этаж. Конструкцию лестницы в под- вал с уклоном 35-45" чаще всего выполняют из древесины. Световые приямки применяют для устройства окон- ных проемов в стенах цокольных и подвальных этажей. На рис. 10.4 представлены три варианта конструктивных ре- шений приямков: кирпичного, сборного из панелей и объемно-блочного. Для водоотвода в местный дренаж дно приямка имеет уклон 1,5% к центру продольной стенки, где располагают водоотводящую трубу диаметром 4-5 см. На стенки приямка со стороны грунта наносят гидроизоля- цию. Сверху приямок ограждают вертикальной или гори- зонтальной декоративной металлической решеткой. Подпольные каналы используют для прокладки различных коммуникаций в одноэтажных производ- ственных зданиях (рис. 10.5}. В зависимости от разме- ров поперечного сечения каналы могут быть непроход- ные и полупроходные. Их стенки выкладывают из кирпи- ча либо делают монолитнобетонными. На стенки опира- ют железобетонные плиты, по которым устраивается покрытие пола. Отмостка вдоль наружных стен здания предназначе- на для отвода атмосферных вод от фундаментов и пре- дупреждения их проникания в грунт. При хорошем каче- стве выполнения отмостка служит не только защитой, но и является декоративным элементом благоустройства. Верхнее покрытие отмостки выполняют из асфальта, бетона и бетонных плиток, щебня, булыжного камня (рис. 10.6 з-в). Материал для основания подбирается в зави- симости от верхнего покрытия при условии обеспечения водонепроницаемости отмостки в целом. Ширина отмос- тки зависит от типа грунтов и величины выноса карниз- ных свесов крыши и принимается в пределах 50-100 см. 10.1. Типы подземных частей зданий: а - цокольный этаж; б - подвал (технический этаж); в - техничес- кое подполье; г - подпольные каналы; д - подпольное простран- ство; е - полы по грунту Поперечный уклон от стен здания для щебеночных и бу- лыжных отмосток принимают 5-10% (5-10 см на 1 м ши- рины), а для асфальтовых и бетонных - 3-5%. При наличии дренажной системы, а также на сухих не- просадочных грунтах при возведении стен на столбчатых фундаментах отмостку можно не делать, однако в местах стока воды с крыши для предотвращения размыва грунта следует устраивать местные водозащитные покрытия. Для зданий без подвалов могут применяться утепля- ющие отмостки в виде железобетонных плит с утепли- телем (рис. 10.6 г, д), улучшающие температурный режим в околофундаментной зоне. Для промышленных зданий под отмосткой может предусматриваться канал для раз- мещения инженерных сетей (рис. 10.6 е). В этом случае отмостка выполняется снимающейся. Рис. 10.2. Наружный вход в подвал; а - план; б - продольный разрез; в - поперечный разрез; 1 - сте- на подвала; 2 - кирпичные стены входа; 3 - ступени железобе- тонные; 4 - кирпичная опорная стенка: 5 - отмостка; 6 - дверь; 7 - железобетонная плита; 8 - уровень пола подвала
158 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 10.2. Гидроизоляция Гидроизоляция - защита строительных конструкций и зданий от проникновения воды, от вредного воздей- ствия воды или растворов агрессивных веществ для обеспечения нормальной эксплуатации зданий, повыше- ния их надежности и долговечности (рис. 10.7-10.10). Проблема гидроизоляции строительных конструкций, подвергающихся воздействию подземных, поверхност- ных, техногенных вод, всегда была и остается сложной задачей как в период строительства, так и во время экс- плуатации зданий. Для подземных частей зданий преимущественно ис- пользуется бетон - надежный и универсальный строи- тельный материал, обладающий многими положительны- ми свойствами. Однако и он в определенных условиях подвергается разрушению. Наиболее разрушительные действия на конструкции из бетона оказывает сочетание атмосферных факторов (температура, влажность, солнечная радиация), особен- но при долговременном и постоянно повторяющемся воздействии. Возникающие в пористой структуре физи- ко-химические процессы приводят к растрескиванию бе- тонной массы и, как следствие, к ее разрушению. Так, при замораживании и оттаивании водонасыщенного бетона его разрушение происходит в результате фазовых изме- Рис. 10.3. Внутренний вход в подвал одноквартирного жилого дома: а - план; б - разрез; 1 -стена; 2 - фундамент (стена подвала); 3 - цокольное перекрытие; 4 - перегородка; 5 - дверь; 6 - под- лестничное ограждение; 7 - лестничная площадка; 8 - ступени; 9 - поручень; 10 - уровень пола первого этажа; 11 - пол подвала нений воды. Образующийся лед увеличивается в объеме и создает напряжение, которое и приводит к частичному разрушению бетона. Значительный уровень грунтовых вод может подвер- гнуть конструкции фундаментов и подземных стен здания не только чрезмерному увлажнению, ио и развитию на них грибка, плесени и бактерий, что также ведет к возникно- вению разрушений и протечек воды. Существующие методы гидроизоляции в строи- тельстве можно разделить на две группы; первичные и вторичные. Для первичной защиты от влаги в качестве гидроизоляции используются плотные водонепроницае- мые материалы самих конструкций на основе расширяю- щихся (напрягающих) цементов, бетонов с пластифици- рующими и водоотталкивающими добавками. При вто- ричной изоляции производится дополнительная обмазка, штукатурка, пропитка или облицовка различными гидро- изоляционными материалами. По назначению гидроизоляция бывает: • противокапиллярная - для защиты стен и под- земных конструкций зданий от капиллярной влаги; устра- Рис. Ю.4. Световые приямки: а - кирпичный; б - сборный из панелей и плиты; в - объемно- блочный; 1 - стена подвала; 2 - оконный проем; 3 - кирпичная кладка; 4 - бетонная панель; 5 - бетонная плита: 6 - бетонный объемный блок; 7 - водослив; 8 - бетон; 9 - ограждающая вер- тикальная решетка; 10 - горизонтальная решетка
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 159 ивается горизонтально по обрезу фундамента и (или) на высоте 100-500 мм от планировочной отметки при отсут- ствии агрессивной среды; « антифильтрационная - для защиты от проник- новения воды через толщу конструкций в подземные про- странства зданий; устраивается со стороны фильтрации воды по всему контуру здания; • лрошвонапорная - для защиты стен и пола под- вала от действия гидростатического напора грунтовых вод при их высоком уровне; устраивается на стенах и в кон- струкции пола подвала со стороны действия напора; • антикоррозионная - для защиты материала конструкций от химически агрессивных вод; устраивает- ся по всем смачиваемым поверхностям. В большинстве случаев на практике гидроизоляция выполняет несколько перечисленных функций, т.е. явля- ется универсальной. По местоположению в конструкции различают го- ризонтальную и вертикальную гидроизоляции. По способу устройства гидроизоляция подразделя- ется на типы: окрасочная (обмазочная), штукатурная. Рис. 10.5. Подпольные каналы одноэтажного промышленного здания: а - фрагмент плана; б - непроходной канал (разрез); в - полу- проходной канал; 1 - приямок канала; 2 - кирпичная или бетон- ная стенка; 3 - железобетонная плита; 4 - бетонная подготовка; 5 - колонна; 6 - фундамент; 7 - стена здания Рис. 10.6. Отмостки: ~* а - асфальтовая; б - из бетонных плит; в - булыжная; г, д - желе- зобетонные утепленные; е - то же, снимающаяся; 1 - бортовой ка- мень; 2 - асфальт; 3 - бетон; 4 - грунт обратной засыпки; 5 - бе- тонная плитка; 6 - песок; 7 - глина; 8 - булыжный камень; 9 - гид- роизоляция; 10 - железобетонная плита; 11 - утеплитель; 12 - воздушная прослойка; 13 - анкер; 14 - фундаментная балка; 15 - вкладыш из легкого бетона; 16 - канал для инженерных сетей
160 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ литая, оклеенная, мембранная, пропиточная (прони- кающая), инъекционная. Гидроизоляция подземных конструкций зданий долж- на удовлетворять ряду следующих требований: • влагонепроницаемость - стойкость против филь- траций воды, • прочность и эластичность; • сопротивление коррозии (биологическая и хими- ческая стойкость); • стойкость к воздействию корней растений; • морозостойкость - стабильность к воздействию перепада температур; Рис 10.7. Изоляция зданий с подвалами при высоком уровне грунтовых вод: а - наружная гидроизоляция; б - внутренняя пропиточная (про- никающая) гидроизоляция; в - наружная теплогидроизоляция, 1 - горизонтальная гидроизоляция; 2 - вертикальная гидроизо- ляция; 3 - теплоизоляция из экструдированного пенополистиро- ла (ЭППС); 4 - стена подвала; 5 - плита пола подвала; 6 - пере- крытие; 7 - защита изоляции; 8 - пол подвала; 9 - уровень грун- товых вод; Ю - планировочный уровень; 11 - фильтрующий гра- вий; 12 - грунт обратной засыпки; 13 - фильтрующая ткань (гео- текстиль); 14 - дренажная труба • долговечность - длительный срок службы, обу- словленный неизменностью свойств во времени; • совместимость с обрабатываемой (защищае- мой) поверхностью конструкции; • высокая технологичность устройства (удобство крепления, нанесения, простота и скорость производ- ства работ). Окрасочная гидроизоляция представляет собой сплошное многослойное (2-4 слоя) водонепроницаемое покрытие, выполненное окрасочным (обмазочным) спо- собом и имеющее общую толщину 3-6 мм. Окраска явля- ется наиболее распространенным, механизированным, дешевым способом гидроизоляции и антикоррозионной защиты поверхностей бетонных и железобетонных эле- ментов. Однако область применения ограничивается не- достаточной долговечностью покрытий. Окрасочная гидроизоляция применяется как внутри по- мещений, так и е грунте и только со стороны действия воды. Рис. 10.8. Гидроизоляция сборных фундаментов зданий с подва- лами в сухих непучинистых грунтах; а - фундамент под наружную стену; б - фундамент под внутрен- нюю стену; 1 - горизонтальная гидроизоляция; 2 - вертикальная гидроизоляция; 3 - защитная облицовка цоколя; 4 - отмостка Рис. 10.9. Гидроизоляция фундаментов бесподвальных зданий с полами по грунту: а - при конструкции плиточного пола; б - при конструкции пли- точного и деревянного пола; в - при наличии агрессии в грунте; 1 - фундамент; 2 - горизонтальная гидроизоляция; 3 - верти- кальная гидроизоляция; 4 - отмостка; 5 - пол
Раздел II. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ 161 По составу исходных материалов различают следую- щие типы окрасочных покрытий: 1) битумные: а) из растворенных и горячих битумов; б) из битумных эмульсий и паст; битумные материалы изготавливают в виде раство- ров битума и пеков, водобитумных и водопековых эмуль- сий, применяемых как с наполнителями и спецдобавка- ми, так и без них; 2) битумно-полимерные: а) из битумно-латексных мастик; б) из битумно-наиритовых мастик; в) из битумно-каучуковых мастик; г) из битумно-бутилкаучуковых мастик; д) из битумно-полиэтиленовых мастик; битумно-полимерные композиции применяются в виде расплавов, растворов или водоэмульсионные, обла- дают повышенной деформативностью и водостойкостью; 3)полимерные: а) из синтетических смол; б) из лакокрасочных материалов; полимерные материалы изготавливают на основе синтетических каучуков и смол (хлоркаучуковые, бутилка- учуковые, алкидные, полиуретановые, эпоксидные и др. мастики и краски); 4) полимерцементные - из цементно-латексных со- ставов. Полимерцементные материалы приготавливают- ся на основе цемента и синтетического латекса. Приме- няются; цемент, песок, синтетический латекс, жидкое стекло, эмульгатор. Окрасочную гидроизоляцию следует применять в ос- новном для защиты от капиллярной влаги в дренирующих грунтах (песчаных, галечных, скальных). Штукатурная гидроизоляция (асфальтовая и це- ментно-песчаная) представляет собой многослойное по- крытие из растворов, содержащих наполнители и запол- нители, наносится толщиной 6-50 мм. Применяется на поверхностях жестких конструкций, не подвергающихся деформациям и вибрациям любого происхождения. По составу исходных материалов различают следую- щие виды штукатурной гидроизоляции: 1) на основе неорганических вяжущих: цементные: из торкрет-бетона или пневмобетона; из цементно-песчаных растворов с уплотняющими добавка- ми; из коллоидно-цементного раствора; 2) на основе органических вяжущих: а) битумные: из холодных асфальтовых мастик; из горячих асфальтовых мастик и растворов; б) из полимербетонов и полимеррастворов. Литая гидроизоляция представляет собой сплош- ной водонепроницаемый слой, образованный разливом, разравниванием, поярусной заливкой растворов и мастик в щели между поверхностями элементов; может быть ар- мирована метвллической сеткой или стеклотканью; при- меняется на горизонтальных поверхностях. Различают горячую и холодную литую гидроизоля- цию. Асфальтовые мастики и растворы при применении должны быть жидкотекучими, а затем затвердевать, со- здавая водонепроницаемый слой. Оклеенная гидроизоляция представляет собой сплошной водонепроницаемый ковер рулонных, пленоч- ных гидроизоляционных материалов, наклеиваемых по- слойно мастиками на огрунтованную поверхность изоли- руемой конструкции. Оклеенные покрытия по составу применяемых мате- риалов подразделяются на две подгруппы: 1) покрытия из битумных рулонных материалов: изол, гидроизол, экарбит, армобитэп, гидробутил и др.; 2) покрытия из синтетических полимерных материа- лов: полиэтиленовая пленка, поливинилхлоридная плен- ка, полипропиленовая пленка. Для предохранения от механических повреждений и сползания оклеенная гидроизоляция должна быть защи- щена и зажата защитной конструкцией из бетона, желе- зобетона, кирпича и т.д. При невозможности обеспечить прижим применять ее не рекомендуется. Мембранная гидроизоляция в современном реше- нии выполняется из рулонного полиэтилена высокой плотности с выпуклостями в виде полых полусфер - фун- далина, тефонда и т.п. Такой материал шириной 0,5-2 м выпускается также в сочетании с армирующей сеткой из стекловолокна, с нетканым полиэстром, с полипропиле- новым полотном. Края рулонов механически соединяются наложением друг на друга. В дополнение к механическому уплотнению предусматривается специальная герметизация с помо- щью пент, которая обеспечивает водонепроницаемость швов всей системы (мембраны) в целом. Благодаря выпуклостям высотой 8 мм создается изо- ляция с воздушным зазором, способствующая вентиля- ции и дренажу (осушению) конструкций. На вертикальные и наклонные поверхности мембрана крепится с помощью Рис 10; 10. Теплогидроизоляция цоколя и пола по грунту беспод- вальных зданий: а - при сборных фундаментах; б - при монолитных малозаглуб- ленных фундаментах на непучинистых грунтах; в - то же, на пу- чинистых; 1 - покрытие пола; 2 - стяжка; 3 - гидроизоляция; 4 - утеплитель из экструдированного пенополистирола; 5 - гравий; 6 - грунт обратной засыпки; 7 - монолитный бетон; 8 - отмостка; 9 - защита изоляции
162 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ специальных гвоздей с полусферическими шайбами из того же полиэтилена. Мембранная гидроизоляция является универсальной и может применяться практически повсеместно, когда требуется создать преграду воде или пару. Пропиточная (проникающая) гидроизоляция пред- ставляет собой цементирующий капиллярного действия материал (пенетрон, кальматрон, акватрон, гидролекс, лахта и др.), обеспечивающий водонепроницаемость. Материалы проникающего действия представляют со- бой сухую смесь, состоящую из цемента, тонкомолотого кварцевого песка и активирующих добавок. Гидроизоляци- онный эффект достигается за счет заполнения пор и мик- ропустот бетона водонерастворимыми соединениями, об- разующимися в результате реакции активных химических компонентов с цементным камнем бетона при наличии воды. Нерастворимые кристаллы закупоривают капилляры и микротрещины, вытесняя при этом воду. Рост кристал- лов останавливается при отсутствии воды и возобновля- ется при ее появлении, развивая в глубину конструкции до 18-30 см процесс уплотнения структуры бетона. Таким образом, проникающая гидроизоляция становится состав- ной частью бетона, образуя прочную и долговечную струк- туру, непроницаемую для воды и других жидкостей. Применение пропиточной гидроизоляции дает следу- ющие преимущества: • возможность нанесения материалов на влажную поверхность; • возможность проведения работ с противополож- ной стороны по отношению к обводненной поверхности; • сохранение паропроницаемости гидроизолируе- мых стен; • возможность выполнения гидроизоляции по окончаний всех «грубых» строительных работ; • отсутствие необходимости в механической за- щите гидроизоляции. Метод устройства инъекционной гидроизоляции заключается в разбуривании скважин небольшого диа- метра (до 30 мм) с поверхности земли или из подвала (сквозь тело фундамента) на заданную глубину (1-5 м) и нагнетании в скважину укрепляющих материалов при вы- соком (до 40 МПа) давлении. Инъецирование грунта вок- руг подземной части здания (подвала) создает «сарко- фаг» в виде противофильтрационного экрана с заполне- нием пустот разуплотненного грунта твердеющим це- ментным или иным раствором. Для инъецирования про- тив подтопления наибольшее распространение получили эпоксидные, полиуретановые и акрилатные смолы. Выбор типа гидроизоляции зависит от следующих характеристик; • характера воздействия воды; • температурно-влажностного режима подвально- го помещения; • трещиностойкости защищаемых конструкций; • воздействий на изолируемые конструкции (ме- ханическое, агрессивная среда, температура); • сейсмичности района строительства; • условий производства работ. Выбор типа гидроизоляции в зависимости от уровня грунтовых вод (ниже или выше пола подвала) не подтвер- ждается практикой. Как правило, уровень грунтовых вод поднимается при увеличении плотности застройки, при производстве дренажных работ на смежных участках, при устройстве вблизи искусственных водоемов, при измене- нии русла местных рек и т.д. Поэтому необходимо сразу устраивать качественную гидроизоляцию, которая и вы- держит высокий напор грунтовых вод, и не разрушится при возможных деформациях грунта. При высоком уровне грунтовых вод устройство сбор- ных фундаментов (стен подвала) нецелесообразно, так как вода просачивается через швы сборных элементов. Подземную часть здания в этом случае необходимо вы- полнять в монолитном варианте из гидроизоляционных цементов (например, Гидро-I и НЦ). При уровне грунтовых вод выше пола подвала созда- ется гидростатическое давление (напор воды), величина которого зависит от разницы между уровнями пола под- вала и грунтовых вод. Появляется опасность всплытия пола подвала или кессона {пола со стенами) малоэтаж- ных зданий. Для исключения этого явления пол подвала утяжеляют - на гидроизоляционный слой укладывают пригрузочный слой бетона, уравновешивающий давление воды, или устраивают сплошную железобетонную плиту, защемляемую в стенах подвала (см. рис. 10.7 в). 10.3. Теплоизоляция Нормы по тепловой защите зданий предполагают утепление их подземных частей. Применение теплоизо- ляции (при необходимости - с дополнительным дрена- жом) требуется при строительстве зданий с отапливае- мыми подвальными помещениями. Теплоизоляция стен подвалов экономически целесообразна и в случае, если эксплуатация помещений подвала не предусматривается непосредственно после окончания строительства. При прочих равных условиях наиболее выигрышна сплошная наружная теплоизоляция подвала - теплоизо- ляция стен и пола со стороны грунта. Если теплоизоля- ция целиком располагается снаружи гидроизоляции, то и сама гидроизоляция, и подземные элементы здания по- лучают дополнительную защиту от механических и терми- ческих воздействий. В данном случае теплоизоляция должна обладать во- донепроницаемостью. высокой прочностью на сжатие, низкой теплопроводностью. Этим требованиям соответ- ствуют плиты из экструдированного пенополистирола (ЭППС). Многолетняя практика подтверждает эффектив- ность их использования в экстремальных условиях экс- плуатации - при глубинах заложения более 7 м и длитель- ном контакте с водой под давлением. Достоинствами теплоизоляции подвалов снаружи с использованием пенополистирольных плит являются: • защита гидроизоляции от механических повреж- дений; • предотвращение попадания воды на наружные стены подвалов; • простота монтажа и независимость от погодных условий; • неподверженность процессам старения. Цокольную часть здания рекомендуется утеплять экс- трудированным пенополистиролом с последующим ошту- катуриванием (защитой) по сетке (рис. 10.7 в; 10.10 а, б). При устройстве теплоизоляции пола подвала пенопо- листирольные плиты укладываются на выровненный слой подготовки из тощего бетона, укрываются разделитель- ным слоем полиэтиленовой пленки и замоноличиваются. При устройстве монолитных фундаментов с примене- нием гидротехнического бетона плиты утеплителя ЭППС можно закладывать непосредственно в опалубку.
Раздел III КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ Гл а ва 11 НЕСУЩИЕ СТЕНЫ ЗДАНИЙ 11.1. Общие положения Стеновая конструктивная система представляет собой совокупность вертикальных {стены) и горизонталь- ных (перекрытия) несущих конструктивных элементов, обеспечивающих выделение внутренних пространств, прочность, пространственную жесткость и устойчивость. При этом стены выполняют в системе главные несущие функции, воспринимая все приложенные к ним силовые нагрузки и передавая их на фундамент. Наружные стены - это не только конструктивные эле- менты, их внешняя сторона является элементом фасада здания. Поэтому стены (их конфигурация, вертикальные и горизонтальные членения, пропорции отдельных эле- ментов, цоколи, карнизы, отделка и т.д.) определяют ха- рактер архитектуры и тектоники здания. В то же время фасад не существует независимо от назначения здания, его планировочной структуры, материалов и конструкций наружных стен, а является их отражением. Воздействия на стены. Как наружные, так и внут- ренние стены зданий подвергаются воздействию ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящи- ми внутри и вне здания. К силовым воздействиям относятся: • нагрузка от перекрытий и покрытий (крыш); • нагрузка от собственного веса стен; • ветровая нагрузка (напор и отсос); • нагрузка от неравномерной деформации грунта (осадки, пучение); • сейсмические воздействия. Несиловыми воздействиями являются: • атмосферные осадки; • водяной пар, содержащийся в воздухе помещений; • влага почвы; • солнечная радиация; • температура наружного воздуха, ее перепады; • агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе; воздушный шум снаружи и внутри здания. Нормативные требования Стены зданий должны удовлетворять следующим требованиям: • быть прочными и устойчивыми; • обладать долговечностью, соответствующей классу здания (обеспечивается морозостойкостью стено- вых материалов); • быть энергосберегающим элементом здания - иметь сопротивление теплопередаче согласно теплотех- ническим нормам, при этом обеспечивать необходимый температурно-влажностный режим в помещениях; • соответствовать степени огнестойкости здания; (см. табл. 4.5); • обладать достаточными звукоизолирующими свойствами; • отвечать современным методам возведения кон- струкций; • обладать архитектурно-художественными ка- чествами; • обладать, по возможности, минимальной массой и материалоемкостью. При проектировании стен необходимо предусматри- вать мероприятия по ограничению их увлажнения вслед- ствие: • впитывания внутрь стены (особенно через стыки) атмосферной влаги; • воздействия влаги производственных и хозяй- ственно-бытовых процессов; • проникания внутрь ограждения водяного пара; • впитывания грунтовой влаги. Задача архитектора - разработать такое решение, при котором материалы стен, их конструкция удовлетво- ряли бы, по возможности, всем предъявляемым к ним требованиям и способствовали получению наиболее оп- тимального решения. В процессе проектирования необ- ходимо учитывать в качестве исходных следующие основ- ные предпосылки: • характеристики здания (назначение, этажность, степень огнестойкости, температурно-влажностный ре- жим и т.п.); • климатические факторы района строительства (температура наружного воздуха зимой и летом, атмос- ферные осадки, скорость ветра, инсоляция); • номенклатуру имеющихся строительных матери- алов; • технические возможности строительно-монтаж- ных предприятий; • особые условия строительства (сейсмические, грунтовые и т.п.); • финансовые возможности заказчика. Классификация стен. В зависимости от восприятия нагрузок стены зданий могут быть несущими, самонесу- щими и ненесущими. Несущие стены воспринимают нагрузки от других частей здания (перекрытий, крыш) и вместе с собствен- ным весом передают их на фундаменты. Самонесущие стены опираются на фундаменты, но нагрузку несут только от собственной силы тяжести. Ненесущие (в том числе навесные) стены являются ограждениями, опирающимися в каждом этаже на др. элементы (перекрытия, внутренние стены) и восприни-
164 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ мающимися собственный вес в пределах одного этажа (одной панели). Все наружные стены, кроме того, воспринимают вет- ровые нагрузки и передают их на внутренние стены и пе- рекрытия. По положению в здании стены подразделяют на внутренние и наружные (по периметру здания). По роду основного материала несущие и самоне- сущие стены могут быть деревянными, каменными, бе- тонными, комбинированными. Для стен используют следующие основные материалы и изделия: • древесину (бревна, брусья, доски, панели); обожженную глину (кирпич, камни); ♦ силикатную массу (кирпич); • природный камень; • стабилизированный грунт (блоки); • легкие бетоны (камни, блоки, панели, монолит); • ячеистые бетоны (камни, блоки, монолит); • тяжелые бетоны (панели, монолит). В зависимости от типа и размера применяемых из- делий стены бывают: • из мелкоразмерных стеновых изделий - кир- пичей, камней, мелких блоков; • крупноэлементными - из стеновых элементов высотой от 1/4 до полной высоты этажа и более; крупно- элементные стены подразделяют на крупноблочные и крупнопанельные. По способу возведения различают стены из клад- ки (сборки) мелкоштучных изделий, сборные, монолит- ные, сборно-монолитные. По конструктивным признакам стены бывают од- нослойными (как правило, внутренние) и слоистыми, сплошными и пустотелыми По наличию и расположению теплоизоляции на- ружные стены подразделяют на: • стены без специального устройства тепло- изоляции - из конструкционно-теплоизоляционных ма- териалов (древесины, деревобетона, ячеистых бетонов, полистиролбетона); Рис. 11.1. Принципиальные конструктивные схемы зданий стено- вой системы: а - все стены несущие; б - внутренние стены несущие; в - попе- речные внутренние стены несущие, г - все продольные стены не сущие • стены с теплоизоляционными слоями, распо- лагаемыми внутри стены, с наружной стороны конструк- ционного слоя стены, с наружной и внутренней сторон совместно. По наличию специального воздушного зазора (прослойки) стены подразделяют на: • вентилируемые с воздушными прослойками, располагаемыми либо внутри конструкционного слоя (между конструкционными слоями), либо между утепли- телем и защитной облицовкой; • невеитилируемые - без воздушной прослойки. Здания стеновой конструктивной системы могут ре- шаться в самых разнообразных вариантах (схемах) по рас- положению несущих стен - поперечных и продольных, внутренних и наружных, прямолинейных и криволинейных, параллельных, радиальных, концентрических и т.п. (рис. 11 /). Определение (назначение) местоположения несу- щих стен находится в непосредственной зависимости от решения перекрытий (покрытий, крыш) здания - опираний или примыканий их элементов на стены (рис. 11.2). Рис. 11.2. Принципы назначения стен здания: а - продольные и поперечные стены несущие; б - поперечные - несущие, продольные - самонесущие; в - продольные - несу- щие. поперечные - самонесущие; 1 - внутренняя продольная несущая стена; 2 - наружная продольная несущая; 3 - внутрен- няя продольная самонесущая; 4 - наружная продольная самоне- сущая; 5 - внутренняя поперечная несущая; 6 - наружная попе- речная несущая; 7 - внутренняя поперечная самонесущая; 8 - наружная поперечная самонесущая
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 165 В зависимости от величины пролета перекрытия (иначе - шага стен) конструктивные стеновые системы принято условно подразделять на малопролетные (до 4,8 м), среднепролетные (до 7,2 м) и большепролетные (12 м и более). Конструкции внутренних стен, как правило, имеют бо- лее простое решение по сравнению с наружными, к кото- рым предъявляются более высокие требования по услови- ям их работы. Большинство наружных слоистых стен, при- меняемых в современной практике, относится к одной из схем, представленных на рис. 11.3. Независимо от приме- няемых материалов, эти конструктивные решения стен имеют свои особенности и правила конструирования. Трехслойные сплошные стены с утеплителем в качестве внутреннего слоя (рис. 11.3 а) проектируют- ся с использованием многих конструкционных материа- лов и изделий (лесоматериалы, штучные каменные из- делия, различные панели, монолитный бетон и др.). Внутренний и наружный конструкционные слои соединя- ются между собой гибкими или жесткими связями. С позиций теплотехники эти связи являются мостиками холода и снижают термическое сопротивление огражда- ющей конструкции. Предпочтительными и наиболее пер- спективными являются связи из стеклопластика, обла- дающего низкой теплопроводностью, высокой прочно- стью и коррозионной стойкостью. Необходимость в установке связей отпадает в случае использования монолитного утеплителя (например, лоли- стиролбетона), способного надежно сцепляться с конст- рукционными слоями. При эксплуатации трехслойных стен существует еще одна серьезная проблема - конденсация влаги внутри кон- струкции. Во избежание отсыревания утеплителя и потери им теплоизоляционных свойств необходимо устройство пароизоляционного слоя перед утеплителем с внутренней стороны, при этом наружный конструкционный слой дол- жен обладать достаточной паропроницаемостью. Трехслойная стена с воздушной прослойкой (с внутренней вентиляцией - рис. 11.3 6) имеет несколько лучшие эксплуатационные качества. Вентиляционный воз- душный зазор способствует высыханию утеплителя и, со- ответственно, более высокому качеству теплоизоляции. Конструкции трехслойных стен с утеплителем внутри применяются довольно давно и часто, так как они обла- дают некоторыми преимуществами - сравнительно не- большой толщиной и весом, высокой огнестойкостью. Конструкции стен с наружным утеплителем и его защитой штукатуркой (наружная отделка «мокрого» типа) в России применяется сравнительно недавно (рис. 11.3 в). Опыт мировой практики подтверждает следующие их до- стоинства: • обеспечение требуемого сопротивления тепло- передаче; • возможность применения легких ограждающих конструкций без потери теплоустойчивости; • конденсационная влага из теплоизоляции при определенных условиях может испаряться, не вызывая переувлажнения конструкции; • возможность аккумуляции тепла в ограждающей конструкции (изотерма нулевой температуры находится внутри теплоизоляционного слоя); • отсутствие температурных деформаций внутрен- него несущего конструкционного слоя - резкие колебания наружной температуры воспринимаются утеплителем. Как и любое конструктивно-технологическое реше- ние, стены с наружным утеплением и «мокрой» отделкой имеют ограничения и недостатки: • сезонность выполнения работ (наличие мокрых процессов предполагает проведение работ в теплый пе- риод времени); • необходимость проведения подготовки поверх- ностей (выравнивание и т.п.); • недолговечность декоративных штукатурок - от 3 до 10 лет в зависимости от применяемых материалов и технологий; • достаточно быстрое обесцвечивание фасадных красок; • для защитного слоя необходимо применять только «дышащие» материалы: клеи, грунтовки, краски; отделочное покрытие должно обладать необхо- димой стойкостью - механической, атмосферной, биоло- гической; • необходимость обеспечения всех слоев по тер- мическому расширению, морозостойкости, водопогло- щению, паропроницаемости, а также обеспечения сцеп- ления слоев друг с другом. Применение материалов с несовместимыми свой- ствами приводит к отрицательным результатам и допол- нительным затратам на ремонт. без воздушного зазора (без вентиляции) с воздушным зазором (с вентиляцией) Рис. 11.3. Принципиальные схемы основных конструктивных ре- шений утепленных наружных стен: 1 - внутренний конструкционный слой; 2 - наружный конструк- ционный слой; 3 - утеплитель; 4 - воздушный зазор (прослойка); 5 - защитно-декоративный слой (штукатурка, облицовка); 6 - за- щитно-декоративный навесной экран-облицовка; 7 - пароизоля- ция; 8 - гидроветрозащита; 9 - гибкая связь; 10 - гибкая связь с фиксатором; 11 - жесткая связь; 12 - дюбель; 13 - подоблицо- вочная конструкция
166 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Практически всех указанных недостатков лишены наи- более дорогостоящие конструкции вентилируемых стен с навесной фасадной облицовкой-экраном’ {рис. 11.3 г). Ограждение представляет собой конструкцию, состоящую из наружной облицовки, продуваемой воздушной прослой- ки, несущей подоблицовочной конструкции, утеплителя и конструкционного слоя. Такая система способствует созда- нию устойчивого режима передачи тепла, влаги, воздуха через наружные стены при любых условиях эксплуатации. Сутью вентилируемой стены является воздушный за- зор, в котором создается эффект камина - циркуляция воздуха в пространстве между поверхностью утеплителя и наружной облицовкой. Это явление происходит из-за разницы температур наружного воздуха и воздуха внутри вентиляционного зазора. Разница температур, составля- ющая, примерно, три градуса, создает тягу, и воздух внут- ри зазора поднимается вверх, в результате чего из стены удаляется влага. В летнюю жару конструкция с наружной вентиляцией препятствует проникновению тепла через стену в помещение. Зимой наружная облицовка защища- ет от ветра, а воздушный зазор выполняет функцию до- полнительного утеплителя. Для вентилируемых стен подходит не всякий утепли- тель. Нет смысла применять закрытопористые материалы с низкой паропроницаемостыо. Если с наружной стороны ус- тановить, к примеру, пенопласт, то создастся пароизоляци- онный барьер. Пар будет накапливаться в изолированной стене, контактирующей с воздухом помещения, и это при- ведет к повышению влажности материала стены. Условием работы рассматриваемой конструкции должен быть гидро- фобный утеплитель, например, минераловатная плита. Неотъемлемым элементом стен с навесной облицов- кой-экраном является гидроветрозащита. Эту функцию может выполнять специальная пленка (мембрана) или теплоизоляционные плиты с покрытиями диффузионной пленкой. Пленка защищает теплоизоляционный слой от проникновения влаги снаружи и одновременно способ- ствует выходу пара наружу, позволяя теплоизоляции «ды- шать». Кроме того, использование ветрозащиты улучша- ет теплозащитные свойства конструкции. Навесной облицовочный экран в конструкции венти- лируемой стены выполняет защитно-декоративную функ- цию. Он защищает все слои стены от повреждений и ат- Рис. 11.4. Схемы теплопотоков через вентилируемую наружную стену: а - в зимний период времени; б - в летний период * Во многих литературно-информационных источниках дан- ная конструкция стены неправильно называется «навесной вен- тилируемый фасад». мосферных воздействий и одновременно формирует фа- сад здания. В качестве облицовочных изделий применя- ются: цементно-волокнистые панели, бетонные плиты с мраморным заполнителем, полимербетонные панели, натуральный камень, керамический гранит, полипропиле- новые и полиуретановые панели, стеклянные облицовоч- ные изделия, металлические панели и кассеты, композит- ные изделия. Преимущества вентилируемых стен с навесной об- лицовкой: • рассеивание и гашение тепловой волны (в хо- лодное время года обеспечивает поддержание оптималь- ной температуры в помещениях, снижая расход энергии на отопление; в теплое время года, наоборот, обеспечи- вает минимальное аккумулирование тепла, которое эф- фективно расходуется в ночное время {рис. 11.4); • отсутствие мостиков холода; улучшение звукоизоляции здания; • отвод тепла частично за счет отражения солнеч- ных лучей, частично за счет отвода вверх (эффект камин- ной трубы); • отсутствие технического ухода за исключением непредвиденных случаев, при которых возможна замена отдельных поврежденных элементов; • неограниченные возможности архитектурного формообразования (применение экранов из различных по цвету и фактуре материалов, образование пластиче- ских деталей, сопряжений элементов и т.д.). 11.2. Стены малоэтажных зданий с применением древесины 11.2.1. Стены из бревен, брусьев и досок С давних времен в России главным строительным материалом было дерево, которое до сих пор пользуется особой популярностью. С момента превращения дерева в конструктивный элемент жизнь его не прекращается - десятки лет оно про- должает выделять живительные смолы, запахи и микроор- ганизмы, препятствующие развитию болезнетворных бак- терий. Древесина фильтрует воздух, за счет чего в доме создается превосходный микроклимат. Естественная кра- сота древесины создает эмоциональную атмосферу тепла, комфорта и уюта, успокаивает и завораживает. Такие важные достоинства древесины как превосход- ные конструктивные качества, выразительные возможно- сти (облик фасадов и интерьеров в существенной мере определяется видимыми конструкциями), способность гармонично сочетаться с другими материалами открыва- ют широкий простор для творчества архитектора. Еще недавно деревянные дома производились (руби- лись) непосредственно на строительной площадке с по- мощью топора и умелых человеческих рук. В настоящее время бревенчатые и брусчатые дома выпускаются на заводах с помощью специального оборудования. Осно- вой современной технологии строительства домов, как и прежде, остается сосновое бревно. Реже используют ель, лиственницу, кедр (кедровую сосну). В современной технологии некоторых стран (напри- мер, Финляндии) применяется метод, по которому по- следовательно осуществляются: разделка хлыстов на кряжи нужной длины; окорка; частичная естественная
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 167 сушка (вылеживание); брусовка; сушка в сушильной каме- ре; профилировка брусьев строганием и фрезерованием (в том числе в форму бревен); выборка пазов для соеди- нения элементов и сверление отверстий. Данная технология имеет следующие преимущества: • все деревья лесосеки можно использовать в производстве; • из кряжей большого диаметра получаются еще и доски для других целей домостроения; • учитывается кривизна кряжей; • упрощается складирование штабелей; • упрощается процесс сушки; строгание позволяет придавать бревнам любой профиль (рис. 11.5); * чистые стружки используются для производства других строительных изделий. В отличие от финской технологии обработки бревен, в России, Канаде, Германии и других странах дерево не вылеживается и не высушивается, а поступает на обди- рочный станок - цилиндруется, затем шлифуется, под- вергается выборке пазов, специальной обработке анти- септиками и антипиренами и поставляется на строитель- ную площадку. Достоинством оцилиндоованного бревна является ровная округлая форма, позволяющая достигать плотно- го соединения. Диаметр используемых для стен бревен бывает 180-260 мм, а иногда достигает 350 мм. Благодаря одинаковому диаметру и высокому каче- ству обработки поверхности, оцилиндрованные бревна не требуют отделки стен (обшивки, облицовки). Кроме оцилиндрованного бревна для строительства деревянных домов широко используют брус. Самый про- стой вариант - обычный цельный четырехбитный брус. Более совершенный вариант - цельный профилирован- ный брус (рис. 11.6). При его изготовлении обычному брусу придается строго определенная форма сечения (профиль), а поверхности строгаются по первому классу чистоты. Профиль бруса рассчитывается так, что дожде- вая вода не попадает в стыки, что предохраняет стены от возникновения очагов гниения. Главным достоинством современной технологии яв- ляется возможность уменьшить количество отходов, сни- Рис. 11.5. Профили стеновых бревен зить объемы ручного труда, сократить транспортные рас- ходы и сроки строительства при высоком качестве выпол- нения работ. На объект доставляются не лесо- или пило- материалы, а комплект готового дома в разобранном виде с влажностью древесины до 22-24%. При условии сушки от влажности 30% до абсолютно сухого состояния усадка древесины составляет в радиаль- ном направлении 3-6%, а в тангенциальном - 6-12%. По этой причине в бревнах и брусьях образуются трещины радиального направления. В целях снижения напряжений от усушки и образования трещин «где попало» в верхней части по всей длине бревна выполняют узкий паз пропи- ливанием примерно на треть диаметра. В зависимости от типа (формы) бревен и брусьев усадка стен, вызванная естественным высыханием древесины, составляет 3-8 см на один метр высоты. Это необходимо учитывать при кон- струировании следующими мероприятиями; • в конструкциях оконных и дверных проемов должны предусматриваться зазоры (припуски на осадку), заполняемые утеплителем и закрываемые досками; • стойки, столбы и др. вертикальные конструктив- ные элементы должны оснащаться устройствами и дета- лями, допускающими осадку; • разница высот отдельных объемных частей зда- ния должна ограничиваться и составлять максимум 0,5 м; • лестница должна монтироваться на ползунах, позволяющих ей горизонтально смещаться при усадке. Просушить массивные брусья до состояния, при ко- тором усадки и деформации будут минимальными, дос- таточно сложно. В последние годы в деревянном домо- строении все больше используется клееный профили- Рис. 11.6. Профили стеновых брусьев
168 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ рованный брус (рис. 11.7). Это объясняется тем, что клееный брус не имеет недостатков, характерных для массивных цельных бревен и брусьев. Он тщательно вы- сушен (влажность составляет 9-12%), более надежен и менее подвержен гниению. Усадка стен из клееного бруса не превышает 1%, что дает возможность сократить сроки возведения дома «под ключ». Все достоинства клееного бруса обуславливаются процессом его производства. Из тщательно высушенных, остроганных, отсортированных и сращенных по длине досок (ламелей) на специальных прессах склеивается брус. Обычно склеиваются от двух до семи ламелей, что дает возможность сделать брус достаточно толстым и длинным (до 11 м). Для склеивания используют специаль- ные водостойкие клеи, которые не нарушают способно- сти древесины «дышать». После склейки ламелей из по- лученного массива на специальных высокоточных станках производится профилирование. Стены бревенчатых домов представляют собой обыч- но горизонтально уложенные ряды бревен, которые со- единяются между собой в углах и по длине. Каждый ряд бревен называется венцом, а в совокупности венцы об- разуют сруб. Угловые соединения выполняются с остатком или без остатка (рис. 11.8-11.10}. Угловые и промежуточные ос- татки не обязательно должны быть прямыми и вертикаль- ными. Их форма и размеры диктуются архитектурными соображениями, а также необходимостью выпусков для балконов, эркеров, террас. Бревна стен выполняются с выборкой желобчатого паза в нижней части по ширине на 0,4 диаметра для того, чтобы в месте сплачивания не уменьшалась толщина стен и удобно было прокладывать упругую теплоизоляцию (рис. 11.8 а). Она представляет собой ленточный уплотнитель из войлока, джута, минеральной ваты, пенополиуретана и Рис. 11.7. Профили стеновых клееных брусьев других синтетических материалов, укладываемых между бревнами (брусьями) для зашиты от продувания. Пазы и замки угловых соединений в современных оцилиндрованных бревнах и профилированных брусьях имеют точно выверенную форму и высокую точность ис- полнения. В результате венцы из таких бревен имеют ми- нимальные зазоры, а бревна могут соединяться не толь- ко под прямым углом, но и под любым другим необходи- мым. В сложных лабиринтных замковых соединениях уп- лотняющие прокладки не применяются. а Рис. 11.8. Угловые соединения бревен: а - цилиндрическим пазом (чашкой); б - лабиринтным замком
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 169 Сплачивание бревен от сдвига производится с помо- щью деревянных шипов, которые устанавливают в шах- матном порядке на расстоянии 1,5-2 м друг от друга (рис. 11.11). Сплачивание брусьев по высоте с целью увеличе- ния жесткости и устойчивости стен выполняется иногда с помощью сквозных стальных болтов (стяжек) с затяжкой их со временем (см. рис. 11.10). Стена из шпунтованных брусьев не требует дополнительных креплений при их сплачивании, так как шпунт предотвращает поперечный сдвиг брусьев. Современная технология предусматривает сращива- ние бревен и брусьев в узлах (в местах пересечений и примыканий стен), а также при свободной длине стен бо- лее 6 м в специально устроенных «перевязках», что обес- печивает лучшую устойчивость стены и одновременно скрывает стыки бревен и брусьев (рис. 11.12). Форма плана стен в здании может быть не только прямоугольной, но и многоугольной и даже криволиней- ной, которую можно выполнить из вертикально постав- ленных бревен или брусьев (рис. 11.13). Рис. 11.9. Способы соединения стеновых брусьев: а - схема расположения узлов в брусчатых стенах; б, в - соеди- нение коренным шипом; г, е - соединения вполдерева; д - со- единение крестообразным замком Рис. 11.10. Соединения стеновых брусьев способом «ласточкин хвост»: а - с угловыми остатками при использовании соединительных го- ризонтальных брусьев: б - с угловыми остатками наружных стен и без углового остатка при примыкании внутренней стены; в - уг- ловое и промежуточное соединения с использованием верти- кальных соединительных брусьев; г - соединение не под прямым углом; 1 - брус углового остатка; 2 - соединительный брус; 3 - стяжной болт Рис. 11.11. Сплачивание бревен от сдвига деревянными шипами
170 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Такие стены не дают осадки, обусловленной усушкой, но при этом происходит расхождение (увеличение) вер- тикальных швов, что следует учитывать при конструиро- вании узлов сопряжений вертикальных и горизонтальных элементов. Формы сечений вертикальных бревен и брусьев соот- ветствуют элементам, применяемым для обычных бревен- чатых (брусчатых) стен Вертикальные бревна основывают- ся на нижней обвязке из прямолинейного или клееного кри- волинейного бруса, который укладывают на фундамент че- рез изоляцию. В обвязочном брусе выбирают паз прямоу- гольного сечения, а по торцам бревен, образующих стены, Рис. 1112. Сращивание бревен и брусьев по длине в узлах: а, б - с помощью стальных накладок; в-в паз; г - с помощью стальных скоб; 1 - накладка; 2 - скоба; 3 - паз; 4 - гребень Рис. 11.13. Стена из вертикально поставленных бревен (брусьев): 1 - бревно (брус); 2 - нижняя обвязка; 3 - верхняя обвязка; 4 - соединение «паз-гребень»; 5 - оконный блок выделывают гребни, соответствующие размеру паза в об- вязке. Аналогично выполняется и верхняя обвязка. В местах размещения оконных и дверных проемов предусматривается установка (врезка) подоконника (по- рога) и верхнего элемента оконного или дверного блока. В соответствии с требованиями современных норм строительной теплотехники для однослойных деревянных стен необходимо использование бревен диаметром от 50-60 см, а брусьев - толще 40 см. Понятно, что это прак- тически нереально. По-видимому, в некоторых случаях к теплоизоляции бревенчатого дома не нужно подходить с такими же мерками, как к жилым зданиям из камня и бе- тона, по следующим соображениям: 1) постройки из бревен уникальны уже только потому, что каждому дому присуща своя неповторимость и ори- гинальность; 2) в деревянном доме человек субъективно чувствует себя более комфортно, чем в каменном, даже если теп- лопотери через деревянные стены выше нормативных, 3) возможно применение принципа компенсации, предполагающего увеличение теплозащиты других ог- раждающих частей здания - окон, перекрытий, крыши; 4) элитные деревянные дома доступны состоятельным людям, которые могут позволить себе не экономить на ото- плении и применять автономные отопительные системы. Существует достаточно много вариантов деревянных домов с утепленными стенами нормативной теплозащи- ты, частично приведенных на рис. 11.14. При этом в не- которых вариантах архитектурно-эстетическая роль дере- ва полностью игнорируется (при наружной и внутренней отделке другими материалами); в других - в дереве ре- Рис. 11.14. Варианты утепленных стен из бруса: а, б - с утеплителем изнутри; в, г - с утеплителем снаружи; 1 - брус; 2 - вертикальная доска: 3 - утеплитель: 4 - пароизоляция; 5 - доски «под брус»; 6 - внутренняя отделка; 7 - наружная от- делка; 8 - воздушная прослойка; 9 - ветрозащита; 10 - кирпич- ная облицовка
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 171 шается только фасад или только интерьер; в третьих - имитируется однослойность и массивность деревянных стен с помощью специальных угловых выпусков-остатков. В последние годы получила распространение кар- касно-брусовая конструктивно-технологическая систе- ма жилых домов, которая объединяет в себе два способа возведения деревянных стен (рис. 11.15). От брусового способа заимствована технология выполнения наружно- го слоя из сухого профилированного бруса или полубрев- на. С внутренней стороны стен используется тоже брус, полубревно или более тонкие элементы («под брус», «под бревно»). Все эти горизонтальные элементы обеспечива- ют жесткость стены. От каркасной системы взята несущая функция профилированных стоек - брусьев специальных сечений, при которых торцы стеновых брусьев (полубре- вен) закрыты в пазах профилированных стоек. Кроме этих стоек используются дополнительные вертикальные бру- сья, между которыми укладывается утеплитель. Для возведения утепленных трех- или пятислойных стен могут использоваться шпунтованные доски толщи- ной 45 мм (рис. 11.16). Элементы изготавливают в завод- ских условиях таким образом, что на объекте дом монти- руется по сборочным чертежам подобно «конструктору» в короткие сроки. Используется одно унифицированное решение узла соединения досок - в углах, местах пере- сечения и примыкания стен, а также по свободной длине стен для сращивания досок и увеличения жесткости. Имея внешний вид брусчатого строения, стены не требу- ют проконопачивания стыков и дополнительной отделки после монтажа. Данная технология позволяет получать разнообразные планировки домов, производить монтаж без применения строительной техники и специальных приспособлений в любое время года, возможность про- водки скрытых инженерных коммуникаций. Каркасно-обшивная деревянная стена представ- ляет собой обшиваемую снаружи и изнутри конструкцию из дощатых стоек (например, сечением 120 х 40 мм), за- крепленных с помощью горизонтальных обвязок, на кото- рые опирают дощатые балки перекрытий (рис. 11.17). Шаг стоек (400-600 мм) принимают равным или крат- ным стандартной ширине теплоизоляционных материа- лов. В качестве утеплителя применяются маты и плиты минераловатные или стекловатные. С внутренней сторо- ны прокладывается рулонная пароизоляция - полиэтиле- новая пленка. Внутреннюю обшивку выполняют из листов фанеры, ГВЛ, ДСП, досок и других материалов. С наруж- ной стороны стенового каркаса предусматривается вет- розащитный (противофильтрационный) пленочный слой с закреплением вертикальными брусками. Наружную от- делку с образованием воздушной прослойки производят досками, виниловыми или стальными узкими панелями, фиброцементными панелями и т.п. Общая толщина стены составляет 200-250 мм. Вместо досок для каркасно-об- шивных стен возможно применение клееного шпонового бруса толщиной 40-50 мм. Основные достоинства обшивных стен: малый расход древесины, небольшая толщина и незначительный вес стен, гибкость создания архитектурно-планировочных решений одноквартирных жилых домов и небольших об- щественных зданий. Для защиты поверхностей деревянных стен от атмос- ферных воздействий применяется поверхностная обра- ботка бесцветными и цветными препаратами, не скрыва- ющими красоты натуральной текстуры древесины. Рис. 11.15. Варианты каркасно-брусовых стен: 1 - брус; 2 - полубревно; 3 - обшивка «под брус»; 4 - обшивка «под бревно»; 5 - профилированная стойка; 6 - дополнительная внутренняя стойка; 7 - утеплитель; 8 - пароизоляция
172 В.А Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Средства поверхностной обработки содержат ра- створители, связующие вещества, красящие вещества (пигменты) и небольшое количество противогрибковых антисептиков. На внутренние поверхности бревенчатых стен обычно наносится матовый лак, который защищает от загрязнений и сохраняет естественный цвет древеси- ны. Финишная обработка поверхности может быть произ- ведена лаком на основе пчелиного воска. Рис. 11.16. Жилой дом со стенами из шпунтованных досок: а - общий вид, б - план первого этажа; в - унифицированный узел 11.2.2. Панельные стены Для строительства сборных малоэтажных жилых зда- ний (рис. 11.18) достаточно широко используют дере- вянные панели. Все операции по утеплению, звукоизо- ляции, пароизоляции стен при панельном строительстве осуществляются в заводских условиях, и на строительную площадку доставляются готовые плоскостные элементы - панели. Перекрытия в панельных зданиях выполняются также с применением деревянных элементов - плит. Деревянные панели подразделяют: по размерам - мелкие (щиты) и крупные; по структуре - невентилируе- мые и вентилируемые; по расположению - наружные и внутренние; по форме и назначению - глухие, с оконны- ми и дверными проемами. В целях унификации конструкций деревянных панель- ных зданий все размеры элементов решаются в модулях, кратных 100 мм. Исходя из размеров облицовочных и теп- лоизоляционных материалов и более экономичного их раскроя шаг стоек каркаса панелей принимают 600 мм, а ширину панелей - кратной этой величине - от 600 до 6000 мм, обычно соответствующей величинам планировочных элементов (размерам комнат в осях). Высота панелей принимается 2,5-3,0 м в зависимости от сопряжений элементов. Панель (щит) представляет собой деревянный каркас на высоту этажа (рис. 11.19), состоящий из вертикальных Рис. 11.17. Каркасно-обшивная деревянная стена: 1 - стойка каркаса стены; 2 - нижняя обвязка; 3 - промежуточная обвязка-ригель; 4 - верхняя обвязка; 5 - ригель проема; 6 - рас- кос жесткости; 7 - балка перекрытия; 8 - внутренняя обшивка; 9 - пароизоляция, 10-утеплитель; 11 - ветрозащита; 12-вертикаль- ный брусок; 13 - воздушная прослойка; 14 - наружная обшивка
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 173 стоек сплошного сечения, нижней и верхней обвязок, ри- гелей-перемычек, соединяемых между собой различными способами (гвоздями, шурупами, на клею}. Бруски карка- са панели, в зависимости от несущей нагрузки и тепло- или звукоизоляции, назначают толщиной 44-54 мм, шири- ной 97-274 мм. Каркас облицовывается с двух сторон лис- товым материалом (фанерой, ДВП, ЦСП, волокнистоце- ментными листами) или обшивается досками, располага- емыми как вертикально, так и горизонтально. Внутреннее пространство панели заполняется теплоизоляционным материалом (во внутренних панелях это звукоизоляция). В качестве теплоизоляции используют минераловатные и стекловатные плиты, полистирольные пенопласты, пено- полиуретан. От эффективности утеплителя зависят толщи- на панели и ее вес. Утеплитель должен плотно прилегать к элементам каркаса панели во избежание образования мо- стиков холода. В качестве пароизоляции, укладываемой под облицовочный слой панели со стороны помещения, используют полиэтиленовую пленку. Теплотехнические качества панельно-деревянных зданий во многом зависят от жесткости и плотности сты- ков панелей - горизонтальных и вертикальных. Горизонтальные стыки деревянных наружных и внут- ренних панелей решаются в двух вариантах. Контактный стык - непосредственное опирание верхней панели на нижнюю (рис. 11.20 а). При этом может использоваться монтажный соединительный брусок, обеспечивающий непродуваемость стыка. Платформенный стык - опира- ние верхней панели на нижнюю через плиту перекрытия - платформу (рис. 11.20 б). Вертикальные стыки панелей - наиболее ответствен- ное и уязвимое место в сборном строительстве. От гер- Рис. 11.18. Жилой дом со стенами из деревянных панелей: а - фасад; б - план панельных стен первого этажа метичности стыка (воздухо- и влагонепроницаемое™} значительно зависят долговечность конструкции стен и внутренний климат помещений. На рис. 11.21 показаны варианты решений вертикальных стыков панелей при разных их сопряжениях. Как с конструктивной, так и с архитектурной точек зрения представляют интерес оригинальные запатенто- ванные конструкции панельных деревянных домов с об- шивками, имитирующими венцы сруба, и угловыми бре- венчатыми или брусчатыми частями (рис. 11.22). По внешнему виду такой панельный дом невозможно отли- чить от бревенчатого (брусчатого). Рис. 11.19. Варианты деревянных панелей: а - клеефанерная наружная панель; б - разновидности панелей С дощатой наружной обшивкой; в - панель фронтона здания; г, д - вертикальный и горизонтальный разрезы панели; 1 - брус стойки; 2 - нижний обвязочный брус; 3 - верхний обвязочный брус; 4 - ригель-перемычка; 5 - фанерная обшивка; 6 - ДСП; 7 - пароизоляция; 8 - минеральная вата; 9 - ветрозащитная плита; 10 - дощатая обшивка
174 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 11.3. Каменные стены ручной кладки Несмотря на трудоемкость ручной кладки каменные конструкции занимают значительное место в строитель- стве различных зданий. Каменной кладкой называется конструкция, которая состоит из кирпичей, камней или блоков, уложенных вруч- ную в определенном порядке на строительном растворе. Современные технологии позволяют производить блоки (например, газобетонные) с точными геометриче- скими размерами и гладкими поверхностями. Это позво- ляет вести кладку на специальном минеральном клее, что предотвращает образование мостиков холода. Кладка воспринимает силу тяжести собственную, дру- гих конструктивных элементов, опирающихся на кладку (пе- рекрытий, крыш), а также выполняет теплоизоляционные, звукоизоляционные и, нередко, эстетические функции. Архитектурно-конструктивные возможности и осо- бенности каменной кладки: • «гибкость» кирпичной кладки (скульптурная «леп- ка» декоративных элементов, пластика фасадов) позволя- ет применять ее в индивидуальных проектах уникальных зданий; • кладка позволяет сравнительно легко создавать сложные объемно-пространственные компоновки зданий, выполнять закругленные стены, изменять высоту отдель- Рис. 11 -20. Узлы стен из деревянных панелей: а - с контактными стыками панелей; б - с платформенными сты- ками; 1 - наружная панель; 2 - внутренняя панель; 3 - плита цо- кольного перекрытия; 4 - плита междуэтажного перекрытия; 5 - плита чердачного перекрытия; 6 - опорный цокольный брус; 7 - опорный брус междуэтажного перекрытия; 8 - верхний опорный обвязочный брус: 9 - соединительный брусок; 10 - наружная об- шивка; 11 - дополнительный лист обшивки; 12 - стальной водо- слив; 13 - фундамент Рис. 11.21. Конструктивные решения вертикальных стыков дере- вянных панелей: а, б - угловых; в, г - в местах примыкания внутренних стен; д-з - промежуточных (рядовых); 1 - панель наружной стены; 2 - панель внутренней стены; 3 - вставной утеплитель; 4 - алюминиевый нащельник; 5 - нащельник-раскладка; 6 - рейка-шпонка; 7 - бру- сок-шпонка; 8 - герметизирующий уплотнитель
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 175 ных этажей; достаточно свободно можно выбирать фор- му, размеры и место размещения оконных проемов; • размер кирпича и фактура кладки придают до- мам специфичную масштабность и рукотворность. 11.3.1. Каменная кладка Кирпич или камень прямоугольной формы имеют шесть граней. Две противоположные наибольшие грани, которыми кирпич (камень) кладут на раствор, называют постелями (нижней и верхней); длинные боковые грани кирпича - ложками, короткие - тычками. Кладку (рис. 11.23) выполняют, как правило, горизон- тальными рядами, укладывая кирпичи плашмя, т.е. на по- стель. В отдельных случаях, например при кладке карнизов, кирпич укладывают на ребро - боковую ложковую грань. Крайние ряды кирпичей (камней) в ряду кладки, об- разующие вертикальную поверхность кладки, называют верстами. Версты бывают наружные - со стороны фаса- да и внутренние - со стороны помещения. Ряд кладки из кирпичей, обращенных к наружной по- верхности стены длинной боковой гранью, называют лож- ковым рядом, короткой гранью - тычковым рядом. Кир- пичи, уложенные между наружной и внутренней верстами, называют забутовочными, или забутовкой (забуткой). Высота рядов кладки складывается из высоты кирпи- чей (камней) и толщины горизонтальных швов, которая допускается в пределах 10-15 мм (средняя - 12 мм). Толщина отдельных вертикальных швов принимается 8- 15 мм (средняя - 10 мм). Высота рядов кладки с учетом средней толщины шва (12 мм) составляет: для кладки из кирпича толщиной 65 мм - в среднем 77 мм, а для кладки из модульного кир- пича толщиной 88 мм - 100 мм. Из кирпича толщиной 65 мм на 1 м кладки по высоте приходятся 13 рядов, а из кирпича толщиной 88 мм - 10 рядов. Ширину кладки стен, называемую обычно толщиной, делают кратной 0,5 кирпича (рис. 11.24) или камня: в 1 кирпич - 250 мм; 1,5 - 380 мм; 2,0 - 510 мм; 2,5 - 640 мм и т.д. Перегородки выкладывают в полкирпича - 120 мм. Система перевязки - это порядок укладки кирпичей (камней) относительно друг друга. Различают перевязку вертикальных швов - продольных и поперечных. Перевязку продольных швов делают для того, что- бы кладка не расслаивалась вдоль стены на более тонкие стенки и чтобы напряжения в кладке от нагрузки равно- мерно распределялись по ширине стены. Например, если стену толщиной 1,5 кирпича выложить только ложками, она будет состоять из трех не связанных между собой отдельных стенок толщиной 0,5 кирпича и нагрузка меж- ду ними будет распределяться неравномерно. Перевязка поперечных швов необходима для про- дольной связи между отдельными кирпичами, обеспечи- вающими распределение нагрузки на соседние участки кладки и монолитность стен при неравномерных осадках, температурных деформациях и т.п. Перевязывают кирпичную кладку, чередуя тычковые и ложковые ряды. При возведении стен и столбов из кир- пича используют три системы перевязки (рис. 11.25). Однорядная цепная система перевязки образуется чередованием тычковых и ложковых рядов. При этом попе- речные вертикальные швы смещены на четверть кирпича, а продольные вертикальные швы перевязаны на полкирпи- ча. Такая система перевязки отличается простотой испол- Рис. 11.23. Элементы кирпичной кладки: 1 - вертикальный шов, 2 горизонтальный шоа; 3 - наружная ли- цевая верста; 4 - забутовка; 5 - внутренняя верста; 6 - тычковый ряд; 7 - ложковый ряд Рис. 11.22. Деревянный жилой дом с панельными стенами (ими- тация под «брус») Рис. 11.24. Формирование толщины кирпичной кладки: 1 - тычок; 2 - ложок; 3 - постель; 4 - горизонтальный шов; 5 - вертикальный шов
176 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ нения и высокой точностью кладки, однако по сравнению с другими системами требует больших затрат труда. Многорядная система перевязки имеет тычковые ряды через пять ложковых рядов. При этом поперечные вертикальные швы тычковых рядов смещены на четверть кирпича, а в ложковых рядах - на полкирпича. Продоль- ные вертикальные швы (со второго по шестой включи- тельно) не перевязываются. Такая система перевязки бо- лее производительна, чем однорядная, она не требует большого количества неполномерного кирпича и позво- ляет использовать для внутренней части кладки (забутов- ки) половинки кирпичей. Прочность кладки по сравнению с однорядной системой перевязки несколько меньше. Трехрядная система перевязки (как вариант много- рядной) образуется чередованием трех ложковых рядов и одного тычкового. При этом вертикальные поперечные швы в трех смежных рядах не перевязаны. Такую систему перевязки применяют только при возведении столбов и узких (до 1 м) простенков. Требуемого эффекта в оформлении фасада можно достичь за счет чередования ложковых и тычковых ря- дов или комбинацией ложков и тычков в одном ряду. На Рис. 11.25. Системы перевязки кирпичной кладки рис. 11.26 представлены виды традиционных перевя- зок облицовочной кладки. Различного рода кирпичи, камни и блоки с щелевид- ными пустотами обладают меньшей теплопроводностью, что позволяет уменьшать общую толщину стен. Большин- ство пустотных изделий пригодны для возведения мало- и многоэтажных зданий. Многощелевые камни предпочти- тельно укладывать в стены по однорядной системе пере- вязки, так как при этом щели преимущественно распола- гаются перпендикулярно тепловому потоку (рис. 11.27). Лицевые швы облицовочной кладки стены заполняют раствором вподрез с поверхностью стены (рис. 11.28 а). Для повышения декоративных свойств стеновой поверх- ности швы расшивают, уплотняя раствор специальным инструментом - расшивкой и придавая швам форму тре- угольника, валика или выкружки (рис. 11.28 б, в, г). Каменные стены зданий выкладывают сплошными (гладкими) или с проемами. Стены с проемами и с выступа- ющими элементами могут иметь обрезы, уступы, пилястры, пояски, карнизы, борозды, ниши, проемы и простенки. Обрез кладки устраивают с отступом от лицевой по- верхности очередного ряда кладки. Стена выше обреза имеет меньшую толщину, чем до обреза. Обрез кладки делают при переходе от цоколя к стене, при уменьшении толщины стен в верхних этажах многоэтажных зданий. Уступом кладки называют те места, где лицевая плоскость одной части стены выступает в ту или иную сто- рону от лицевой плоскости другой части. Пилястры - это части кладки, выступающие из об- щей лицевой плоскости в виде прямоугольных или дру- гой формы столбов, выкладываемых вперевязку с клад- кой стены. Напуском называют то место кладки, где очередной ряд расположен не в плоскости ранее уложенных кирпи- чей, а с выступом на лицевую поверхность. Напуски де- лают не более чем на треть длины кирпича в каждом ряду. Напуском нескольких рядов кладки образуют пояски, карнизы и др. архитектурно-конструктивные элементы. Рис. 11.27. Кладка из щелевых керамических камней Рис. 11.26. Перевязки кирпичной облицовочной кладки: а - ложковая; б - «дикая» (с неправильным чередованием ложко- вых и тычковых рядов); в, г - бранденбургские; д - готическая; е - крестовая Рис. 11.26. Обработка швое кладки: а - вподрез; б - треугольником; в - валиком; г - выкружкой I
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 177 Борозды в стене устраивают для размещения трубо- проводов, электрических и прочих скрытых проводок. Пос- ле монтажа этих проводок борозды заделывают заподли- цо с плоскостью стены. Вертикальные борозды по ширине и глубине делают кратными половине кирпича (камня), горизонтальные - кратными одному ряду кладки по высо- те, т.е. четверти кирпича, и половине кирпича по глубине. Ниши - это углубления в кладке стены, кратные по- ловине кирпича. В нишах располагают встроенные шка- фы, приборы отопления, электрические и др. устройства. Кладку, расположенную между двумя соседними про- емами, называют простенком. Простенки бывают в виде простых прямоугольных столбов, а также столбов с четвер- тями для закрепления в них оконных и дверных блоков. Чет- верти делают, выпуская из кладки наружные ложковые вер- сты на длину четвертки (четвертой части длины кирпича). Кладка столбов. Многорядная система перевязки при кладке столбов запрещается. Их можно выкладывать по од- норядной системе перевязки, при этом приходится приме- нять большое количество трехчегеерток. Поэтому лучше Рис. 11.29. Кладка столбов: а - сечением 380 х 380 мм; б - 380 х 510 мм; в - 510 х 510 мм; г - 510 х 640 мм; д - 640 х 640 мм; е - формы сечений столбов из профильного (фигурного) кирпича выкладывать столбы по трехрядной системе перевязки (рис. 11.29). Такая кладка выполняется из целого кирпича с добавлением лишь некоторого количества половинок. Армирование столбов сетками из стержней диамет- ром 3-5 мм с ячейкой 40-60 мм ведется по расчету на прочность через два-пять рядов кладки. Кладка стен с каналами. При кладке стен одновре- менно устраивают в них вентиляционные и др. каналы, которые размещают, как правило, во внутренних стенах. Сечение каналов 140 х 140 или 270 х 140 мм (рис. 11.30). Прямоугольные каналы располагают в зависимости от толщины стены вдоль (при толщине 380 мм) или поперек (при толщине 510 мм). Толщина стенок каналов должна быть не менее 0,5 кирпича; толщина перегородок (рассе- чек) между ними - также не менее половины кирпича. Каналы делают вертикальными. Допускаются отводы ка- налов на расстояние вдоль стены не более 1 м под углом к горизонту не менее 60’. 11.3.2. Конструкции каменных стен Каменные стены зданий выполняют одновременно прочностную (несущую), тепло- и звукоизоляционную функции, поэтому их толщину и конструкцию определяют (назначают) в зависимости от прочности, устойчивости, тепло- и звукозащитных свойств. Устойчивость каменной стены зависит от соотноше- ния ее толщины, свободной длины и высоты (см. п. 6.5.3). В жилых зданиях свободная длина стены (между примы- кающими к ней стенами) обычно не превышает 6 м и не бывает более 3 м по высоте. В этом случае толщина сте- ны по требованию устойчивости может быть равной 250 мм (в один кирпич). Прочность стены зависит от прочности стеновых изде- лий и раствора кладки. В малоэтажных зданиях, где на- грузки на стены небольшие, толщину стен обычно опреде- ляют не расчетом на прочность, а по конструктивным тре- бованиям опирания перекрытий. Так, для опирания плиты перекрытия требуется площадка стены шириной 90- Рис. 11.30. Вентиляционные каналы в кирпичных стенах: а - сечением 270 х 140 мм а стене толщиной 380 мм; б - 140 х 140 мм; в - 140 х 270 мм в стене толщиной 510 мм
178 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 120 мм, а для опирания балок перекрытия - 150-250 мм. Исходя из этих условий толщина внутренних каменных стен может быть принята; в малоэтажных зданиях - 200- 400 мм, в многоэтажных зданиях с учетом расчета на проч- ность - не менее 300 мм. Как в малоэтажных, так и в мно- гоэтажных зданиях обычно внутренние стены принимают толщиной в 1,5 кирпича - 380 мм, что обеспечивает одно- временно прочность, устойчивость и звукоизоляцию. В связи с требованиями по теплоизоляции наружные каменные стены проектируют многослойными. Керами- ческий кирпич (даже при современных повышенных тре- бованиях к теплозащите) остается основным конструкци- онным и облицовочным каменным материалом Тенден- ция на применение многослойных (комбинированных) наружных ограждающих конструкций предполагает ис- пользование кирпича по его основным функциональным назначениям в комплексе с эффективной изоляцией, по- зволяющей получать нормативное термическое сопро- тивление наружных стен. Одним из традиционных способов возведения наруж- ных кирпичных стен является колодцевая кладка. Она представляет собой две продольные стенки, соединен- ные поперечными кирпичными стенками, с заполнением образовавшихся колодцев бетоном или засыпным мате- риалом. Ее варианты характеризуются различной прочно- стью и устойчивостью. Из-за низкого термического со- противления традиционная колодцевая кладка может применяться только с дополнительным утеплением. Модернизированная колодцевая кладка (рис. J 1.31) вполне отвечает требованиям по теплозащите. Здесь в качестве конструкционно-теплоизоляционного внутрен- него слоя рекомендуется монолитный (заливочный) поли- стирол-бетон. Слоистая кирпичная стена (рис. 11.32) с располо- жением теплоизоляции между несущими слоями кладки позволяет использовать преимущества как внутренней, так и наружной изоляции. В качестве утеплителя исполь- Рис. 11.31 Кирпичные стены с утеплителем из монолитного по- листиролбетона: а - малоэтажных зданий б - зданий средней этажности, 1 - на- ружная штукатурка 2 - наружная обшивка; 3 - воздушная про- слойка; 4 - наружный слой кладки; 5 - монолитный полистирол- бетон; 6 - стеклопластиковые стержневые связи или металли- ческая сетка; 7 - внутренний слой кладки; 8 - внутренняя обшив- ка; 9 - внутренняя штукатурка зуют минеральную или стеклянную вату, пенопластовые плиты и т.п. Несущие слои стены соединяются в уровне перекрытий железобетонными связевыми рамками, а на уровне трех рядов кладки над и под оконными проемами - металлическими связями из нержавеющей стали или стек- лопластиковыми стержнями. Применять пенополистироль- ные плиты и др. горючие утеплители можно лишь при со- блюдении мер противопожарной защиты. В слоистой кладке на уровне перекрытий выполняются противопожар- ные рассечки из стекловолокнистых плит высотой 150 мм. По периметру оконных и дверных проемов также предус- матривается установка стекловолокнистых плит. Стена, где кирпич выполняет функции облицовочного материала и является самонесущим слоем ограждения, изображена на рис. 11.33. Несущий слой кирпичной клад- ки предусматривается толщиной 250 мм (для малоэтаж- Рис. 11.32. Кирпичная слоистая стена; 1 - кирпичная кладка; 2 - пенополистирольный утеплитель; 3 - противопожарная рассечка из негорючего утеплителя; 4 - гиб- кая связь из стали или стеклопластика; 5 - железобетонная свя- зевая рамка; 6 - железобетонная перемычка; 7 - железобетон- ная плита перекрытия; 8 - оконный блок Рис. 11.33. Стена с облицовочным самонесущим слоем из кирпича: 1 - несущий слой кладки; 2 - плитный утеплитель; 3 - облицо- вочный слой кладки; 4 - гибкая связь, 5 - плита перекрытия
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 179 ных зданий) или 380 мм. По стене укладываются тепло- изоляционные плиты, а затем устраивается облицовоч- ный слой кладки, соединяемый с несущим разнообразны- ми гибкими стальными или стеклопластиковыми связями. Кирпичные стены с наружной теплоизоляцией в двух вариантах показаны на рис. 11.34 (с защитно-декоратив- ной штукатуркой) и рис. 11.35 (с навесной фасадной об- лицовкой). Принципы решения этих стен и их особенно- сти рассмотрены в п. 11.1. Стены из ячеистобетонных блоков. Ячеистые бетоны являются разновидностью легкого бетона. В процессе их производства образуется характерная «ячеистая» структура материала. Пористость ячеистого бетона можно регулиро- вать, получая бетоны разной плотности и назначения. По назначению ячеистые бетоны делятся на три груп- пы: конструкционные, конструкционно-теплоизоляцион- ные, теплоизоляционные. Этим назначениям соответ- ствуют и выпускаемые блоки. Среди блоков из ячеистых бетонов наибольшее при- менение получили пенобетонные и газобетонные блоки. Пенобетон производят из вяжущего (цемента), песка, воды и пенообразующих добавок. Изделия являются него- рючими и не разрушаются от воздействия высокой темпе- ратуры. Изменяя соотношение составляющих пенобетон- ной смеси, можно получать пенобетон плотностью 400- 1800 кг/м3. С увеличением плотности растет прочность материала, но падает сопротивление теплопередаче. В малоэтажном домостроении в качестве несущих применяют блоки из пенобетона марок от D500 и выше. В а Рис. 11.34. Кирпичная стена с наружной оштукатуренной тепло- изоляцией: а - фрагмент стены в зоне перекрытия, б - примыкание к цоко- лю; в - примыкание к балконной плите; 1 - кирпичная кладка; 2 - утеплитель; 3 - паропроницаемая штукатурка; 4 - дюбель; 5 - плита перекрытия; 6 - балконная плита; 7 - фундамент; 8 - гид- роизоляция; 9 - керамическая плитка качестве теплоизоляции, как правило, используются бло- ки марок от D400 и ниже. Газобетон получают из вяжущего (цемента, извести), кварцевого песка, воды с добавлением газообразующих веществ, благодаря чему мелкие воздушные поры рас- пределяются равномерно. Именно поэтому элементы из газобетона имеют малый вес и хорошие теплоизоляцион- ные свойства. Газобетон относится к группе конструкционно-тепло- изоляционных строительных материалов. Он способен поглощать влагу из воздуха при повышенной влажности помещения, а при пониженной влажности, наоборот, от- давать ее, что позволяет обеспечивать нормальный влаж- ностный режим в жилых помещениях. Газобетон является негорючим материалом и может применяться для конструкций всех классов пожарной опасности. Газобетонные блоки легко обрабатываются (пилятся, сверлятся, фрезеруются, гвоздятся), не под- вергаются коррозии, не гниют, морозостойки. При одина- ковой плотности газобетон почти в 2 раза прочнее бвзав- токлавного пенобетона. Особенностью газобетона как высокопористого ма- териала является высокая паропроницаемость и значи- тельное водопоглощение. Поэтому в наружных стенах,- выполненных из газобетонных блоков, необходимо обес- печить беспрепятственный транзит пара изнутри поме- щения наружу. Этого можно добиться устройством венти- лируемых наружных стен с навесной облицовкой или при- менением высокопаропроницаемых штукатурок. Приме- нение пароизоляции не рекомендуется. Газобетонные блоки могут выпускаться самых разных размеров и быть либо гладкими, либо с пазом-гребнем (рис. 11.36). При выборе блоков для однослойных стен следует учитывать, что их размер (по толщине стен) должен соот- ветствовать требуемому уровню тепловой защиты конст- рукций наружных стен применительно к данному клима- Рис. 11.35. Кирпичная вентилируемая стена с навесной фасад- ной облицовкой: а - вертикальное сечение; б - горизонтальное сечение у оконно- го проема; 1 - кладка; 2 - утеплитель; 3 - гидровегрозащита; 4 - ригель подоблицовочной конструкции; 5 - вертикальный элемент подоблицовочной конструкции; 6 - воздушная прослойка; 7 - об- лицовочный камень
180 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ тическому району (рис. 11.37; 11.38). В противном слу- чае необходимо устройство дополнительной теплоизоля- ции (рис. 11.39-11.41). Стены из ячеистых блоков применяются в малоэтаж- ных зданиях. Стены из полистиролбетонных блоков. Полисти- ролбетон является композиционным материалом и по сво- ему функциональному назначению близок к ячеистым бе- тонам. Это легкий бетон на цементном вяжущем и вспучен- ном (полистирольном) заполнителе. Полистиролбетон от- носится к трудносгораемым материалам (группа горюче- сти Г1) и имеет марки по плотности от D150 до 0600. Полистиролбетонные блоки выпускаются прямоу- гольной формы достаточно больших размеров, что упро- щает возведение стен. Производятся также блоки ориги- нальных конфигураций (рис. 11.42), исключающие проду- вание и промерзание швов. Блоки обладают несущей способностью, достаточной для малоэтажного строи- тельства. Кроме того, они легко обрабатываются и имеют высокие тепло- и зеукозащитные свойства. Наибольши- ми теплозащитными свойствами обладают блоки с пено- полистирольными вставками в продольном направлении блока (стены). Рис. 11.37. Однослойная стена из ячеисгобетонных блоков ма- лой плотности: 1 - кладка из блоков; 2 - водоотал кивающая паропроницаемая штукатурка; 3 - затирка цементным раствором; 4 - минераловат- ная плита, 5 - плита перекрытия Наружные стены из полистиролбетонных блоков ре- шаются в трех вариантах (рис. 11.43), отличающихся на- ружными защитными слоями: со штукатуркой, с облицов- кой кирпичом (камнем) и с навесной облицовкой-экра- ном. Изнутри стена выравнивается гипсокартонными плитами на клею или штукатурными составами. Стены из блоков с термовкладышами. Отече- ственный уровень разработок в области технологии и вибропрессующего оборудования дает возможность по- лучать комплект качественных и недорогих изделий для малоэтажного строительства - стеновых блоков с термо- вкладышами. Стеновой элемент - термоблок - включает блок-опа- лубку (оболочку) из тяжелого, легкого бетона или гипсо- Рис. 11.38. Наружная стена из ячеистобетонных блоков с обли- цовкой кирпичом 1 - кладка из блоков; 2 - воздушная прослойка; 3 - кладка из лицевого кирпича; 4 - связевая скоба из нержавеющей стали; 5 - минераловатный вкладыш; 6 - плита перекрытия из ячеис- того бетона Рис. 11.39 Трехслойная стена с внутренним утеплителем: 1 - ячеистобетонный блок. 2 - утеплитель; 3 - лицевой кирпич; 4 - стеклопластике вый анкер; 5 - плита перекрытия
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 181 Рис. 11.40. Трехслойная стена с пенополистирольным утепли- телем: 1 - ячеистобетонный блок; 2 - утеплитель; 3 - лицевой модуль- ный кирпич; 4 - обыкновенный кирпич; 5 - декоративная штука- турка; 6 - гидроизоляционный сливной фартук из бикроэлеста; 7 - открытый вертикальный шое через 510 мм; 8 - гибкая связь из проволоки или стеклопластика; 9 - железобетонная плита перекрытия бетона, которая воспринимает нагрузку, и заполнение из пеноцемента, пенополистирола и других материалов, вы- полняющих роль теплозащиты. Такое разделение функ- ций в изделии обеспечивает несущие и теплоизоляцион- ные требования и упрощает возведение стен, так как до- полнительной установки теплоизоляции не требуется. Кладка стены (рис. 11.44) только из ложковых рядов блоков дает возможность избежать появления мостиков холода. Перевязка продольных швов может осущест- вляться П-образными связевыми стальными скобами, со- единяющими наружный и внутренний ряды кладки через пазы в стенках блоков. При кладке смежных рядов на по- ловину длины блока пазы оказываются друг против дру- га. При установке связевых элементов через два ряда в третьем кладка получается надежно перевязанной. Пус- тоты, образующиеся в местах стыка блоков, заполняются «теплыми» растворами. Рис. 11.41. Вентилируемая стена с облицовкой кирпичом (гори- зонтальное сечение}: 1 - ячеистобетонный блок; 2 - гидроизоляционная прокладка; 3 - плита утеплителя; 4 - то же, с гидроветрозащитной плен- кой; 5 - деревянный брус; 6 - кирпичная облицовка; 7 - воз- душный зазор; 8 - металлическая связь Рис. 11.42. Виды полистиролбетонных блоков: а - с плоскими гранями; б - с соединением типа «паз-гребень»; в, г - с «лабиринтным» соединением Рис. 11.43. Наружные стены из полистиролбетонных блоков: а - с наружной штукатуркой; б - с облицовкой кирпичом; в - об- лицовка с воздушной прослойкой; 1 - основной блок; 2 - доборный блок; 3 - декоративно-защит- ная штукатурка; 4 - плита перекрытия из легкого бетона; 5 - по- листиролбетонная армированная перемычка; 6 - внутренняя об- лицовка; 7 - лицевой кирпич; 8 - стеклопластиковый стержень; 9 - ветрогидрозащитная пленка; 10 - воздушный зазор; 11 - па- нель (лист) наружной облицовки; 12 - внутренняя отделка
182 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 11.44. Кладка наружной стены из блоков с термовкладышами: 1 - блок-опалубка; 2 - термовкладыш (заливочный утеплитель); 3 - шпонка; 4 - сеязееая стальная скобка; 5 - паз 11.3.3. Элементы каменных стен Типы перемычек. Часть (элемент) стены, перекрыва- ющая оконный или дверной проем, называется перемыч- кой. Если нагрузка от перекрытия передается на стену не- посредственно над проемом, применяют несущие сбор- ные железобетонные перемычки. При отсутствии такой нагрузки (при самонесущих стенах) применяют кирпичные перемычки (рядовые, клинчатые, лучковые, арочные). Рядовые перемычки (рис. 11.45) выкладывают из отборного целого кирпича с соблюдением горизонталь- ности рядов и правил перевязки обычной кладки. Высота рядовой перемычки - 4 6 рядов кладки, а длина на 50 см больше ширины проема. Под нижний ряд кирпичей пере- мычки в слое раствора толщиной 20-30 мм укладывают не менее трех стержней арматуры из круглой стали диа- метром не менее 6 мм или периодического профиля. Кон- Рис. 11.45. Рядовая перемычка из кирпичной кладки цы круглых стержней пропускают за грани проема на 25- 50 см и загибают (заанкеривают в кладке). Стержни пе- риодического профиля не загибают. Рядовые перемычки проемов до 2 м устраивают с применением временной опалубки. Клинчатые и лучковые перемычки (рис. 11.46; 11.47) выкладывают из обыкновенного кирпича путем об- разования клинообразных швов, толщина которых внизу перемычки не менее 5 мм, вверху - не более 25 мм. Клад- ку ведут поперечными рядами по опалубке. Количество рядов кладки перемычек принимают нечетным. Централь- ный нечетный ряд кирпича находится в вертикальном по- ложении и называется замковым. Арочные перемычки (рис. 11.48) из-за трудности их исполнения применяют в случаях, когда они являются гармоничным элементом фасада здания, его архитектур- ного образа. Кладку арочных перемычек ведут по опалуб- ке соответствующей формы в такой же последовательно- сти, как и кладку лучковых перемычек, - от пят к замку. Для перекрытия проемов стен с фасадной стороны (для облицовочного слоя кирпичной кладки) применяют- ся керамо-железобетонные и стальные перемычки. Керамо-железобетонные перемычки (рис. 11.49) представляют собой комбинированные элементы, состо- ящие из специальных керамических изделий (кирпичей), объединенных в производственных условиях слоями це- ментно-песчаного раствора с армированными стержня- ми. Такие перемычки выпускаются шириной в полкирпи- ча (120 мм) и высотой либо по толщине кирпича (65 или 1200 -2100 Рис. 11.46. Клинчатая перемычка Рис. 11.47. Лучковая перемычка
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 183 88 мм), либо по его длине с учетом высоты рядов кладки (на 3 ряда из обыкновенного кирпича - 220 мм, на 3 ряда модульного кирпича - 290 мм). Стальные перемычки (рис. 11.50) представляют со- бой прокатные равнополочные или неравнополочные уголки, которые опирают на кладку не менее 250 мм с каждой стороны. Выступающий уголок перемычки снизу защищают оштукатуриванием или облицовкой. Железобетонные сборные перемычки (рис. 11.51) воспринимают вертикальную нагрузку от вышележащей кладки, а в несущих стенах - и от перекрытий. Выпускае- мые промышленностью перемычки для зданий с кирпич- ными стенами по ГОСТ 948-84 имеют размеры сечений и длин, кратные размерам элементов кладки с учетом швов. Рис. 11.48. Арочные перемычки: а - в стене над проемами проезда (прохода); б - перемычка над оконным проемом е комбинации с самонесущей декоративной перемычкой дверного проема Железобетонные перемычки подразделяются на сле- дующие типы: • брусковые (ПБ) для самонесущих стен - 38 ма- рок длиной 1030-5960 мм, шириной 120 мм и высотой 65; 90; 140; 190; 220 и 290 мм; • брусковые (ПБ) для несущих стен - 20 марок длиной 1290-5960 мм, шириной 120 и 250 мм, высотой 190; 220; 290 и 585 мм; • плитные (ПП) для самонесущих стен - 26 ма- рок длиной 1160-2980 мм, шириной 380 и 510 мм, высо- той 65; 90; 140; 190; 220 и 290 мм; • плитные (ПП) для несущих стен - 20 марок длиной 1420-2720 мм; шириной 380 и 510 мм; высотой 190 и 220 мм; • фасадные с четвертью (ПФ) для самонесу- щих стен - 28 марок длиной 770-4280 мм, шириной 250, высотой 140; 190; 220 и 290 мм; • балочные с четвертью (ПГ) для опирания или примыкания плит перекрытий - 13 марок длиной 1550- 5960 мм, шириной 250; 380 и 510 мм, высотой 290; 440 и 585 мм. При подборе длины перемычки исходят из условия, что в несущих стенах их минимальное опирание составляет 250 мм, а в самонесущих - 120 мм. Если по номенклатуре нельзя подобрать для перекрытия проема один элемент, то перемычку устраивают из двух или трех элементов, в том числе разнотипных (например, ПБ и ПП, ПФ и ПБ). Для того, чтобы избежать образования мостиков хо- лода в стенах из конструкционно-теплоизоляционных материалов (ячеистобетонных и пенополистиролбетон- ных блоков), выпускаются армированные перемычки из соответствующих бетонов. Размеры сечений и длин та- ких перемычек согласуются с размерами стеновых изде- лий. К примеру, газобетонные перемычки выпускаются шириной 188 мм и высотой 300 мм (тип ПБ) и, наоборот. 300 х 188 мм (тип ПП). Цоколем называют нижнюю часть стены, располо- женную непосредственно над фундаментом. Размер цо- кольной части здания определяется расстоянием от вер- ха стены подвала (подполья) до уровня земли (отмостки). Цоколь имеет архитектурно-конструктивное назначе- ние. В архитектурном отношении цокольная часть выра- жает устойчивость здания, покоящегося на прочном по- шаменте (иногда более широком), и имеет тектоническое значение. В конструктивно-утилитарном значении цоколь образует горизонтальную базу стены, обеспечивает за- щиту стены от брызг стекающей с крыши воды, тающего снега, от случайных механических повреждений. Рис. 11.49. Керамо-железобетонные перемычки: а - высотой по толщине кирпича; б - высотой «кирпич на тычок» Рис. 11.50. Перемычки из стальных уголков: а - опирание облицовочной кладки на полку уголка; б - навеши- вание нижнего ряда кирпичей на уголок
184 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ При неровной местности (поверхности земли) цоколь имеет неравную по протяженности здания высоту от по- верхности земли и может быть решен уступами, которые устраиваются в местах блокирования частей здания. Если пол первого этажа возвышается над поверхно- стью земли, то верх цоколя обычно указывает уровень этого пола (уровень цокольного перекрытия). По отношению к наружной плоскости стены цоколь может быть выступающим, западающим (вподрезку) или находиться в одной плоскости. Западающий цоколь (не менее 50 мм) предпочтительнее экономически и эстети- чески, в особенности для зданий с навесной наружной облицовкой. Он позволяет решать задачу сброса воды с наружных стен на отмостку без дополнительно вводимых в конструкцию горизонтальных элементов (рис. 11.52}. а к----- Рис. 11.51. Железобетонные перемычки: а - общий вид; б - возможные схемы установки в самонесущих стенах; в - то же, в несущих наружных стенах Цоколь здания подвергается значительным атмос- ферным и механическим воздействиям, поэтому при его устройстве следует применять прочные и долговечные материалы, не требующие специального ухода - природ- ный камень, керамогранит, бетон и т.п. Наиболее практи- чен цоколь из монолитного бетона, которому можно при- Рис. 11.52. Цоколи каменных стен: а - выступающий, с облицовкой естественным камнем; б - с об- лицовкой плитами; в - западающий из специального блока; г - западающий бетономонолитный; 1 - камень; 2 - плита; 3 - цо- кольный блок; 4 - фундамент; 5 - перекрытие; 6 - гидроизоля- ция; 7 - отмостка Рис. 11.53. Карнизы каменных стен: а, б - выполняемые напуском рядов кладки из обычного или про- фильного кирпича; в, г - из сборных железобетонных плит
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 185 давать различную фактуру, используя специальные мат- рицы в опалубке. На высоте около 20 см от уровня отмостки в кладке цо- коля размещают горизонтальный слой гидроизоляции для исключения подъема капиллярной влаги вверх по стене. Карниз - горизонтальный профильный выступ стены, венчающей ее части. Назначение карниза - отвод воды, стекающей с крыши, от стены. Карниз имеет и эстетичес- кое значение: он завершает стену, оформляет переход от стены к крыше и поэтому является важным архитектурно- композиционным элементом здания. Вынос карнизов, выполняемых путем напуска рядов кладки (рис. 11.53 а, 6} не должен превышать половины толщины стены, а свес каждого ряда кладки - 1/3 длины кирпича. При устройстве карниза с большим выносом его вы- полняют из сборных железобетонных плит, заанкерен- ных я кладку (рис. 11.53 в, г). Анкеры располагают в швах кладки на расстоянии в полкирпича от внутренней поверхности стены. С фасада здания с целью композиционного членения стен, обрамления окон, входных дверей и т.п. устраивают пилястры - узкие вертикальные выступы из плоскости стен. Кладкой из обычного лицевого кирпича устраивают пилястры прямоугольной формы сечения, а применени- ем профильных кирпичей образуют пилястры соответ- ствующих конфигураций. Необходимость устройства внутренних пилястр дик- туется условием устройства перекрытий (опиранием про- гонов - балок, на которые в свою очередь опирают плиты перекрытий). Вертикальные деформационные швы предотвра- щают появление трещин в каменных стенах, вызываемых температурными напряжениями и неравномерной осад- кой грунтового основания (см. п. 4.4}. Во избежание про- дувания стен деформационные швы устраивают в виде шпунта (рис. 11.54} и заполняют прокладкой из гибкого гидроизоляционного материала с утеплителем (мине- ральная или стеклянная вата, пакля и т.п.). С наружной стороны шов шириной 20 мм заполняется упругой про- кладкой (например, шнуром из вилатерма) и (или) офор- мляется пружинистыми нащельниками. 11.4. Сборные стены из крупных элементов 11.4.1. Крупноблочные стены Крупноблочными называются здания, стены кото- рых возводятся из крупных камней {блоков) массой от 0,1 до 2 т. Другие основные конструкции - перекрытия - вы- полняют также из крупных элементов - плит. Малоэтажные крупноблочные здания проектируют на основе двух конструктивно-статических схем: с продоль- ными или поперечными несущими стенами. Соответствен- но схемам крупноблочные стены выполняются несущими (внутренние и наружные) и самонесущими (наружные). К достоинствам крупноблочного домостроения мож- но отнести: • сборность сравнительно крупных заводских эле- ментов; • сокращение сроков строительства по сравнению со стенами из мелкоразмерных элементов; • сокращение затрат труда. Основным недостатком применения крупных блоков является ограниченность архитектурных решений, по- скольку разнообразие формообразования требует увели- чения номенклатуры стеновых (и не только) изделий, что, в свою очередь, снижает экономический эффект их при- менения. Кроме того, крупноблочные стены нуждаются в дополнительной внутренней и наружной отделке (защит- но-декоративных облицовках). И, наконец, прочностные свойства применяемых для блоков материалов ограничи- вают строительство малоэтажными зданиями. В современной практике находят применение блоки из легкого бетона на вспученном (полистирольном) за- полнителе - пенополистиролбетонные блоки, блоки из ячеистого бетона - газозолобетонные блоки, гипсобе- тонные блоки с термовкладышами из пенополистирола. Размеры блоков (длина и высота) зависят от схемы членения стен на отдельные элементы. Такое членение называют разрезкой стены. Для наружных стен применяют четыре варианта раз- резки: четырех-, трех- и двухрядную - для несущих и са- монесущих стен; двухрядную (двухблочную) - только для самонесущих стен (рис. 11.55}. Для внутренних несущих стен применяют трех- или двухрядную разрезку (рис. 11.56}. При любой из разрезок соблюдается принцип пе- ревязки вертикальных швов. В соответствии с разрезкой наружной стены блоки бывают: • простеночные (рядовые и угловые); • подоконные (в том числе для окон с балконной дверью); • перемычечные; • поясные (рядовые и угловые); • карнизные (рядовые и угловые); ♦ парапетные (рядовые и угловые); • цокольные (рядовые и угловые). Поскольку крупные блоки монтируют с помощью средств механизации, в них предусматривают подъемные (монтажные) петли, которые впоследствии загибают или срезают. Цокольные блоки устанавливают по слою гидроизо- ляции, располагаемому по выровненному обрезу ленточ- ного фундамента или фундаментной балки столбчатого фундамента. Поясные блоки укладывают в одном гори- зонтальном ряду с перемычечными на глухих участках стен. Поясные и перемычечные блоки имеют четверти с внутренней стороны для опирания плит перекрытий. Кар- низные блоки применяются для зданий со скатной кры- шей, а парапетные - с малоуклонной крышей. Рис. 11.54. Деформационные швы в стенах из кирпича: а - при одиночной поперечной стене; б - при спаренных попе- речных стенах; 1 - поперечная стена; 2 - продольная наружная стена; 3 - прокладка с утеплителем
186 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Толщина крупных блоков принимается кратной 50 мм и обычно бывает у наружных блоков - 400; 450; 500, у внутренних блоков - 300; 350; 400 мм. Ответственными местами в стенах из крупных блоков являются вертикальные и горизонтальные стыки. Их пра- вильное устройство обеспечивает воздухонепроницае- мость (непродуваемость) стен и предотвращает затека- ние воды в стены, а во внутренних стенах обеспечивает хорошую звукоизоляцию. Стены из полистиролбетонных блоков. Для изго- товления блоков применяется полистиролбетон следую- щих марок по плотности: D600 - для несущих внутренних стен, D500 - для несущих наружных стен, D400 - для са- монесущих наружных стен. Классы по прочности на сжа- тие, соответственно: В2,5; В2,0; В1,5. Блоки имеют по контуру форму профиля «паз-гре- бень» [рис. 11.57), что значительно упрощает процесс центровки при монтаже и улучшает качество стыка. Раз- меры блоков: длина - 1200-6000 мм (через 600), высота - 400-1400 мм (через 200), толщина - 300 (внутренние), 400; 450 и 500 мм (наружные). Блоки (кроме перемычеч- ных) имеют конструктивное армирование пространствен- ными каркасами из стержней диаметром не менее 6 мм. Перемычечные блоки имеют рабочую арматуру, устанав- ливаемую по расчету в зависимости от величины (шири- ны) проема, над которым располагается блок. Рис. 11.55. Схемы разрезки наружных стен на крупные блоки: а - четырехрядная; б - трехрядная; в - двухрядная (трехблочная); г - двухрядная (двухблочная): 1 - простеночный рядовой блок; 2 - простеночный угловой; 3 - подоконный; 4 - перемычечный; 5 - поясной Рис. 11.56. Схемы разрезки внутренних стен на крупные блоки: а - трехрядная; б - двухрядная; в - платформенный стык блоков; г - опирание перекрытия на перемычечный блок; 1 - простеноч- ный блок; 2 - перемычечный; 3 - поясной; 4 - плита перекрытия
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 187 Стены из гипсобетонных блоков. Блоки изготавли- ваются из гипсобетона на основе смешанного гипсоиз- вестковошлакового вяжущего с вертикальными термо- вкладышами из пенополистирола {рис. 11.58}. Классы прочности на сжатие гипсобетона - В5; В7.5. Блоки име- ют внутренние и наружные стенки, а также перемычки между ними из гипсобетона толщиной 80 мм. Вертикаль- ные термовкладыши по всей высоте блока обычно имеют сечение 400 к 240 мм. Теплотехнические характеристики блоков допускают эксплуатацию зданий с их применени- ем в районах с расчетной температурой наружного воз- духа до - 40°С без дополнительного утепления. Стенки блоков армируются металлическими сетками, а перемыч- ки между ними - плоскими каркасами конструктивной ар- матуры. Монтаж стеновых гипсобетонных блоков произ- водится в соответствии с их раскладкой (разрезкой) для конкретного здания при помощи автокрана. При монтаже применяют легкие растворы (плотностью 1000-1500 кг/ м3), в том числе на основе гипсовых вяжущих с замедли- телями схватывания. Пустоты вертикальных швов запол- няются теплоизоляционными материалами с растворами. Необходимую прочность и устойчивость наружных крупноблочных стен обеспечивают: • подбором блоков, соответствующих прочности на сжатие бетона; • монтажом блоков с перевязкой вертикальных швов между блоками в рядах простеночных, поясных ря- довых и угловых блоков; Рис. 11.57. Элементы стен из полистиролбетонных блоков: а - армирование блока; б - угловой вертикальный стык; в - рядо- вой вертикальный стык; г - горизонтальный стык; д - опирание плиты перекрытия на перемычечный блок • замоноличиванием вертикальных стыков между блоками или их соединением в «шип-паз»; • стальными связями между блоками наружных и внутренних стен; • опиранием плит перекрытий на стены и стальны- ми связями поясных и перемычечных блоков с настилами перекрытий. 11.4.2. Крупнопанельные стены Крупнопанельными называют стены, монтируемые из заранее изготовленных в заводских условиях крупно- размерных плоскостных элементов. Практика разработки панельных конструкций для жи- лищного строительства исторически сложилась примени- тельно к конкретным объемно-планировочным решениям типовых серий домов и блок-секций на основе закрытой системы типизации. В 80-е гг. XX в. началось осущест- вление перевода панельного домостроения на открытую систему типизации на базе унифицированных панельных изделий. Создание индустриальной базы панельного домо- строения и широта внедрения крупнопанельных конструк- ций обуславливались рядом их технических и экономи- ческих преимуществ перед конструкциями зданий ручной кладки. Рис. 11.58. Элементы стен из гипсобетонных блоков: а - армирование блока; б - вертикальный угловой стык; в - вер- тикальный рядовой стык; г - опирание плиты перекрытия на пе- ремычечный блок; д - примыкание плиты перекрытия к блоку са- монесущей стены; 1 - плоский арматурный каркас; 2 - металли- ческая сетка; 3 - стенка блока; 4 - перемычка блока; 5 - вкла- дыш пенополистирольный; 6 - заполнение утеплителем с ра- створом
188 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Технические преимущества заключаются в повышен- ной несущей способности и жесткости, которые опреде- ляются пространственным взаимодействием конструк- тивных элементов в многоячейковой и многоярусной структуре панельного дома. Экономические - в сравни- тельно низких затратах труда и сроках строительства зда- ний, в меньшей массе конструкций и в меньшей стоимо- сти строительства. Потенциал панельного домостроения еще не раскрыт полностью. Его отличительные особенности - полносбор- ность, индустриальная готовность, укрупненность и уни- фикация строительных изделий, высокая скорость монта- жа во всепогодных условиях - дают преимущества по сравнению с другими технологиями строительства. В крупнопанельных конструкциях возводятся практи- чески все типы жилых зданий - многосекционные и одно- секционные, галерейные и коридорны г (рис. 11.59}, но в массовой жилой застройке наиболее часто встречаются 5- и 9-этажные секционные дома и 12-, 16-этажные односек- ционные. Для крупнопанельных зданий характерны строгие формы объемно-пространственного решения. Однако од- нообразие объемов крупнопанельных зданий - следствие не столько природы конструктивного решения, сколько ме- тодики типового проектирования и ограниченных возмож- ностей заводского строительного производства. Крупнопанельному домостроению присущи следую- щие основные архитектурно-композиционные возможно- сти (рис. 11.60}'. • разнообразие приемов разрезки наружных стен на панели и решений стыков между ними; • вариантность решений балконов и лоджий; • возможность создания достаточно выразитель- ной пластики объема благодаря применению ризолитов, западов, эркеров, парапетов, торцовых окончаний, пере- менной этажности зданий; • возможность компоновки протяженных жилых домов. Рис. 11.59. Планировочные схемы крупнопанельных односекци- онных и многосекционных жилых зданий Рис. 11.60. Фасады крупнопанельных зданий Характерная тектоническая особенность крупнопа- нельных зданий - выявление на фасадной плоскости регу- лярной сетки швов (разрезки стен на сборные элементы). Совершенствование архитектурно-конструктивных решений панельных зданий происходит циклически по мере пересмотра норм проектирования, развития строи- тельной техники и технологий. В настоящее время, в свя- зи с более высокими требованиями к теплоустойчивости зданий, осуществляются проектные поиски по разработ- ке и внедрению панелей наружных стен, соответствующих новым требованиям СНиП. Технология крупнопанельного домостроительного производства ориентирована на долгосрочный выпуск постоянной продукции, что противоречит эстетическим требованиям индивидуализации архитектурных решений. В целях преодоления противоречий технологических и
Раздел II!. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 189 архитектурно-эстетических требований в последние годы в России внедряется гибкая система панельного домо- строения (ГСПД). Цель ГСПД - обеспечение разнообра- зия объемно-планировочных решений зданий путем вы- пуска изменяемой продукции за счет оперативной пере- наладки заводского оборудования без коренной пере- стройки производства. ГСПД основывается на открытой системе типиза- ции, которая включает следующие основные принципы и правила: ♦ типизация строительных элементов, а не зданий; • обеспечение взаимозаменяемости строитель- ных элементов, при которой возможна вариантность объемно-композиционной структуры здания; • применение единой системы модульной коорди- нации размеров и конструктивных параметров; • обеспечение единства унифицированных кон- струкций и узлов соединений; • систематизация наименований и марок строи- тельных элементов; • индивидуализация строительных элементов, ко- торые определяют внешний вид здания (разнообразие обработки, пластики, рельефа, цвета и др.); • обеспечение архитектурно- конструктивными эле- ментами - балконами, лоджиями, эркерами, парапетами, входами - малыми сериями и в широком ассортименте. В зависимости от расположения стен и их конструк- тивно-статических характеристик (несущие, самонесу- щие, ненесущие) в современной практике применяются различные варианты конструктивных схем крупнопа- нельных зданий (рис. 11.61}. Самонесущие и ненесущие (навесные) наружные продольные стены применяются при конструктивных схемах зданий с поперечными несу- щими стенами. Самонесущие стены несут нагрузку от собственного веса по всей высоте здания, а навесные - только от собственного веса каждой панели. Базой для унификации геометрических параметров зданий и конструктивных изделий служит модульная сет- ка с укрупненным модулем 6М (600 мм). Предпочтитель- ный ряд величины пролетов: вдоль здания - 2,4; 3,0; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0 м, поперек - 4,8; 5,4; 6,0 м. Единая привязка наружных стен к координационным осям - 100 мм от внутренней грани и единая заводка панелей внутренних стен в стык наружных - 30 мм, что позволяет унифициро- вать все монтажные соединения панелей (рис. 11.62}. Классификация сборных элементов стен крупнопа- нельных зданий производится по следующим признакам: ♦ в зависимости от характера работы при воспри- ятии вертикальной нагрузки - несущие, самонесущие, ненесущие (навесные); • по местоположению в здании - внутренние и на- ружные; цокольные, этажные, парапетные и чердачные; поперечные и продольные; • по структуре бетона - из бетона плотной струк- туры, из крупнопористого бетона, из поризованного бе- тона, из ячеистого бетона; • по виду заполнителей бетона - из бетона на плот- ных заполнителях, из бетона на пористых заполнителях; • по наличию или отсутствию пустот или воздуш- ных прослоек; • в зависимости от наличия или отсутствия экранов; • по податливости связей между наружным и внут- ренним армированными бетонными слоями - с жесткими связями, с гибкими связями; • по конструкции связей между наружным и внут- ренним слоями панелей - с отдельными связями (метал- лическими, стеклопластиковыми, шпоночными из арми- рованного бетона), со связями из армированных бетон- ных ребер (в монолитном или сборном исполнении), с жесткой связью по всей плоскости контакта бетонных слоев со слоем утеплителя. Разрезка стен. В практике проектирования и строи- тельства крупнопанельных зданий применяют различные варианты разрезки наружных стен на панели {табл. 11.1}. Используют панели, имеющие по фасаду формы прямоу- гольников. двутавров. Т-образные, Ш-образные, кресто- вые и др. Основными являются одно- и двухрядная (на высоту этажа) разрезки. Однорядная разрезка стен с па- нелями размером на две комнаты (двухмодульная) и не- прерывными вертикальными швами получила наиболь- шее распространение в России и других странах. Она целесообразна при большом шаге поперечных стен зда- Рис. 11.61. Конструктивные схемы крупнопанельных зданий: А - все продольные и поперечные стены несущие; Б - продоль- ные наружные стены самонесущие; В - продольные наружные стены ненесущие; 1 - частое расположение поперечных несущих стен (малый шаг); 2 - редкое расположение поперечных несущих стен (большой шаг); 3 - чередующееся расположение попереч- ных несущих стен (смешанный шаг) Рис. 11.62. Основные ситуации расположения панелей в плане. Панели: 1 - наружная поперечная двухмодульная; 2 - наружная продольная двухмодульная; 3 - наружная поперечная уступа; 4 - наружная поперечная лоджии; 5 - наружная продольная одномо- дульная; 6 - внутренняя поперечная; 7 - внутренняя продольная
190 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 11.1. Варианты разрезки наружных стен на панели
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 191 ния, а при малом шаге закрывает два шага, сокращая при этом вдвое количество вертикальных швов. Для несущих стен применима только однорядная раз- резка и в ограниченном объеме (для зданий малой и средней этажности) - двухрядная, вертикальная, Т-об- разная и крестообразная. Для навесных стен возможно использование любой разрезки. Вид разрезки зависит от конструктивной схемы зда- ния, материала панелей, архитектурного решения фаса- да, технологии изготовления и монтажа панелей и других факторов (табл. 11.2). Панели наружных стен. Крупные панели наружных стен жилых и общественных зданий проектируются исхо- дя из необходимости надежного выполнения ими несу- щих и ограждающих функций с учетом обеспечения тре- бований прочности, устойчивости, деформативности, трещиностойкости, тепло-, воздухе-, водоизоляции, дол- говечности, огнестойкости, гигиеничности и освещенно- сти в соответствии с ГОСТами и СНиПами, а также посо- биями и рекомендациями, разработанными при их про- ектировании. Кроме этих основных требований к панелям предъявляют специфические требования: технологич- ность изготовления в заводских условиях, простота мон- тажа, совершенство конструкций стыков, высокая сте- пень заводской готовности. ТИП, ФОРМА И ТОЛЩИНА ПАНЕЛЕЙ Панели наружных стен проектируют, как правило, многослойными. Однослойные панели могут изготавли- ваться из малотеплопроводных материалов (например, легкого полистиролбетона или ячеистого бетона), класс прочности которых должен соответствовать воспринима- емым нагрузкам, а толщина, кроме того, учитывать кли- матические условия района строительства. Бетонные трехслойные панели имеют внутренний и наружный слои из тяжелого или легкого конструкцион- ного бетона, между которыми предусматривается утепля- ющий слой (рис. 11.63). Минимальный класс по прочно- сти на сжатие тяжелого бетона В15, легкого - В10. Для слоя утеплителя применяют наиболее эффективные ма- териалы в виде плит из полистирольного пенопласта или пенополиуретана. Используют и заливочные пенопласты, полимеризующиеся во внутренней полости панели. Бетонные слои панели объединяют гибкими и, реже, жесткими связями. Конструкции гибких связей (рис. 11.64) состоят из отдельных стальных или стеклопласти- ковых стержней, которые обеспечивают единство бетон- ных слоев при независимости их статической работы. В трехслойных панелях с гибкими связями наружный бетон- ный слой имеет только ограждающие функции. Нагрузка от его веса и веса утеплителя передается через гибкие связи на внутренний бетонный несущий слой. Наружный слой проектируют толщиной не менее 65 мм и армируют сварной сеткой. Толщину внутреннего слоя трехслойных панелей по условиям анкеровки гибких связей, закладных деталей, арматурных выпусков назначают не менее 100 мм. Армирование производится сварными каркасами. Фасадная защитно-декоративная отделка панелей вы- полняется толщиной 20-25 мм из паропроницаемых деко- ративных бетонов или растворов с керамическими или стек- лянными плитками, тонкими плитками пиленого природно- го камня, дроблеными каменными материалами и т.п. Наружные стеновые панели изготавливают, как пра- вило, с установкой в них оконных и дверных блоков. Перспективными являются вентилируемые бетонные панели, представляющие собой полносборные конструк- ции, но, в отличие от традиционных, с воздушным проме- жутком между теплоизоляционным и наружным слоями (рис. 11.65а). Существует также способ возведения панель- ных вентилируемых стен (не являющихся полносборными в чистом виде) с использованием однослойных бетонных па- нелей и теплоизоляционных панелей (рис. 11 65 6). В этом случае основным несущим слоем является внутренняя па- нель из любого конструкционного материала, к которой крепится слой теплоизоляции, оставляется воздушный промежуток (вентиляционный зазор не менее 30 мм) и ус- танавливается наружная бетонная панель-экран. Таблица 11.2. Зависимость конструкций наружных панелей
192 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Вентилируемые конструкции наружных стен являются оправданными (оптимальными) с точки зрения законов строительной физики. Поэтому подобным вариантам на со- временном этапе развития панельного домостроения уде- ляется большое внимание. Преимущества вентилируемых стен подробно рассмотрены в начале настоящей главы. Рис. 11.63. Типы наружных панелей: а - несущая глухая из тяжелого бетона с бетонными шпонками; б - самонесущая с оконным проемом из легкого бетона с жест- кими связями; в - навесная из полистиролбетона с жесткой свя- зью всех слоев; 1 - бетонная шпонка со стеклопластиковым стер- жнем; 2 - наружный защитный слой; 3 - утеплитель; 4 - внутрен- ний слой; 5 - полистиролбетон; 6 - полистирольный пенопласт или пенополиуретан; 7 - конструктивная арматура бетонных сло- ев панели; 8 - стальная сетка полистиролбетонных слоев Панели внутренних стен (рис. /1.66) проектируют преимущественно бетонными. Бетонная панель - панель с конструктивной арматурой, прочность которой в стадии эксплуатации обеспечивается одним бетоном. К бетонным панелям относятся и такие, в которых рабочая арматура расположена только на ограниченных участках (например, в перемычке над проемом, консольном выступе, опорных зонах) и отсутствует вертикальная рабочая арматура. Уве- личение несущей способности стен экономически целесо- образно обеспечивать повышением класса бетона пане- лей, а не введением расчетного армирования. Железобетонные панели (с расчетным вертикальным армированием) применяют редко, главным образом в Рис. 11.64. Отдельные связи между наружным и внутренним сло- ями трехслойных панелей; а-д - гибкие металлические; е - шпоночная бетонная армиро- ванная стальным каркасом; ж, з - гибкие из стеклопластиковых стержней; и - шпоночная бетонная со стеклопластиковым стер- жнем Рис. 11.65. Вентилируемые бетонные панели (фрагменты верти- кальных разрезов): а - полносборная трехслойная; б - панель, монтируемая на стро- ительной площадке; 1 - наружная защитная бетонная панель (эк- ран); 2 - теплоизоляция; 3 - связь; 4 - система подвески; 5 - воз- душный промежуток; 6 - внутренняя бетонная панель
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 193 нижних этажах высотных зданий при необходимости уве- личения несущей способности стены и сохранении ее унифицированной толщины. Бетонные крупные панели для внутренних стен зда- ний изготавливают, как правило, из тяжелого бетона клас- сов В7,5 и выше. При технико-экономическом обоснова- нии и наличии соответствующих материалов такие пане- ли могут быть легкобетонными классов В5 и выше. Панели могут иметь: • выступы, вырезы, пазы, ниши, стальные заклад- ные изделия и др. конструктивные элементы, предназна- ченные для опирания панелей на другие конструкции зда- ния, а также для опирания и закрепления элементов лест- ниц и других примыкающих конструкций; • вырезы и углубления в торцевых зонах и других местах примыканий к панелям смежных конструктивных элементов, предназначенных для образования шпоночно- го соединения после замоноличивания стыков; • стальные закладные изделия и арматурные вы- пуски для соединения со смежными конструкциями зда- ния, детали для крепления санитарно-технических и элек- тротехнических устройств и оборудования; ♦ замоноличенные стояки системы отопления; • каналы или замоноличенные трубки, коробки для выключателей и штепсельных розеток, ответвительные коробки, предназначенные для скрытой сменяемой элек- тропроводки, а также отверстия для прокладки других инженерных коммуникаций. Внутренние стены крупнопанельных зданий имеют, как правило, однорядную разрезку, т.е. номинальная высота панелей равна высоте этажа (2,8 м - для жилых, 3,3 м - для общественных зданий). По длине стен применяют разрез- ку, соответствующую размерам конструктивно-планиро- вочных ячеек. В соответствии с этим номинальная длина панелей принимается кратной укрупненным модулям 6М, 12М и 15М и составляет от 1200 до 7500 мм. Толщину панелей внутренних несущих стен определя- ют в зависимости от прочности среднего сечения панели (прочности бетона), компоновки узла опирания плит пе- рекрытий на панели, требований звукоизоляции. Толщи- на панелей составляет от 100 до 300 мм (с интервалами Рис. 11.66. Основные формы бетонных панелей внутренних стен: а - глухая; б - с прямоугольным дверным проемом; в - Г -образ- ная; г - Т-образная через 20 мм). В основном применяются панели из тяже- лого бетона толщиной 160 мм, что удовлетворяет основ- ным требованиям. Дверные проемы в панелях проектируют замкнутыми с верхней и нижней перемычками (рис. 1 1.67) или с верх- ней перемычкой и нижней арматурной связью (рис. 11.66 б). При расположении проемов у границ конструктивно- планировочной ячейки используют Г- и Т-образные пане- ли (рис. 11.66 в, г). Армирование панелей (см. рис. 11.67) предусмотре- но из сварных арматурных каркасов. В качестве конструк- тивной арматуры применяют стержневую арматурную сталь классов A-I и Вр-1. Стыки. Эксплуатационные качества крупнопанельных домов во многом зависят от конструктивного исполнения стыков панелей между собой и с другими элементами здания. Стыки между панелями наружных стен должны быть герметичными (иметь малую воздухопроницаемость и исключать протекание дождевой воды внутрь конструк- ции), не допускать образования конденсата в месте сты- ка (вследствие недостаточных теплозащитных свойств), обладать достаточной прочностью, чтобы предотвратить появление трещин. По расположению различают горизонтальные и вер- тикальные стыки. Горизонтальные стыки. Наружные и внутренние па- нельные стены подвергаются вертикальным и горизон- тальным нагрузкам. В соответствии с условиями стати- ческой работы стен в их горизонтальных стыках возника- ют сжимающие усилия от вертикальных нагрузок и уси- лия сдвига при изгибе стены в своей плоскости от нерав- Рис. 11.67. Конструкция внутренней стеновой панели: 1 - расчетная арматура перемычки над проемом; 2 - конструк- тивная арматура: 3 - подъемная петля; 4 - петлевой арматурный выпуск: 5 - рифление боковых граней; 6 - закладная деталь
194 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ номерных деформаций основания, от изменений темпе- ратуры наружного воздуха, от горизонтальных силовых воздействий из плоскости стен (от ветра). Передачу усилий сжатия осуществляют различными способами, применяя четыре типа горизонтальных сты- ков (рис. 11.68): контактный, платформенный, комби- нированный и монолитный. В контактном стыке усилия передаются через слой цементно-песчаного раствора непосредственно от пане- Наружные панели Внутренние панели при опирании при опирании перекрытий перекрытий с двух сторон с одной стороны Рис. 11.68. Горизонтальные стыки панелей несущих стен: а - контактные при опирании плит перекрытий через выпуски («пальцы»); б - контактные при опирании плит на консоли пане- лей; в - платформенные; г - комбинированные; д - монолитные (стрелками показана передача вертикальных нагрузок от верхней на нижнюю панель) ли на панель, в платформенном - через опорную часть плит перекрытий, в комбинированном - и через раствор- ный шов, и через плиты перекрытий, в монолитном - че- рез бетон замоноличивания стыка. Контактный горизонтальный стык с опиранием плит перекрытий на стеновые панели «пальцами» (специаль- ными опорными выступами плит, рис. 11.68 а) обладает максимальной несущей способностью. Его применяют для наиболее нагруженных стен различной конструкции. Профилированный платформенный стык (рис. 11.68 в) предусматривают для наружных стен из трехслойных па- нелей с гибкими связями. Плоский комбинированный стык (рис. 11.68 г) приме- няют. главным образом, для внутренних стен с опирани- ем перекрытия с одной стороны (например, стен лестнич- ных клеток). Монолитный (платформенно-монолитный) стык (рис. 11.68 д) используют в России преимущественно в сейс- мическом строительстве и очень широко - за рубежом. Вертикальные стыки бетонных панелей стен по гео- метрической форме и характеру статической работы раз- личают бесшпоночные и шпоночные (рис. 11.69). В Рис. 11.69. Вертикальные стыки бетонных панелей
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 195 бесшпоночных стыках вертикальные торцы панелей име- ют постоянную по высоте форму сечения, в шпоночных - на стыкуемых торцах предусматривают чередующиеся выступы и углубления, за счет которых после замоноли- чивания образуются бетонные шпонки. Шпоночные соединения, в свою очередь, подразде- ляют на бетонные и железобетонные. В бетонных шпоноч- ных вертикальных стыках сопротивление сдвигу оказыва- ет только бетон замоноличивания, в железобетонных - еще и поперечная, и продольная арматура шпонок. Попе- речной арматурой служат стальные выпуски из стыкуе- мых панелей, продольной - непрерывная арматура в сты- ке. Наиболее распространенное решение вертикальных стыков - бетонное шпоночное соединение, которое име- ет высокую жесткость и лучшие изоляционные качества, чем бесшпоночное. Связи панелей. Устойчивость наружных стен обес- печивается пространственным взаимодействием наруж- ных панелей с плитами перекрытий и примыкающими внутренними панелями стен. Исходя из необходимости совместной работы сборных элементов, их соединяют между собой стальными связями, которые воспринима- ют растягивающие усилия в вертикальных стыках панелей стен. Усилия сжатия при этом воспринимает бетон замо- ноличивания колодца (канала) стыка. В качестве элементов связей используют стальные монтажные детали (петли, болты, арматурные выпуски и др.) или штампованные и сварные детали (замки само- фиксации, Т-образные анкеры и др.) (рис. 11.70). Все разнообразие решений связей в вертикальных стыках сводится к следующим основным типам: • сварные; • замоноличиваемые типа «петля-скоба»; • замковые самофиксации; • железобетонные шпоночные. Сварные связи выполняют, приваривая накладки из круглой или полосовой стали к закладным деталям или арматурным выпускам панелей. Наиболее распростране- ны петлевые выпуски (в наружных панелях) и штампован- ные из стальной полосы закладные детали (во внутрен- них панелях). Для устройства сварных связей используют также анкеры-связи, которые представляют собой Т-об- разные элементы, изготовленные из полосовой стали и располагаемые в стыке «на ребро». При этом в стеновых панелях предусматривают концевые выпуски арматуры (в пределах габарита форм), которые приваривают после установки панелей к концам анкеров (рис. 11.70 з). Свар- ные связи универсальны; выполняются при различной этажности зданий, при обычных и сложных грунтовых ус- ловиях, в сейсмостойком строительстве. Они являются основным конструктивным решением соединений внут- ренних стеновых панелей (рис. 11.70 а-г). Связь типа «петля-скоба» (рис. 11.70 д-ж) образу- ется установкой стальных скоб в петлевые арматурные выпуски панелей с последующим замоноличиванием ка- нала, бетон которого препятствует разгибанию и выдер- гиванию концов скоб из петель и защищает от коррозии. Связи «петля-скоба» менее трудоемки, чем сварные, но уступают последним в прочности и деформативности. Поэтому их применение ограничено, и обычно они высту- пают в качестве дополнительной (второй по высоте эта- жа) связи к первой - сварной. З амковая связь самофиксации (рис. 11.70 и) обра- зуется насадкой при монтаже жесткой консольной за- Рис. 11.70. Связи панелей: а-г - сварные внутренних панелей из круглой стали; д-ж - связи типа «петля-скоба»; з - сварная связь из Т-образного элемента; и - замковая связь самофиксации; к - железобетонная связь; 1 - стержень из гладкой или арматурной стали; 2 - стальная скоба; 3 - стальной Т-образный анкер; 4 - стальной элемент замко’вой связи самофиксации; 5 - закладная деталь; 6 - петлевой арма- турный выпуск; 7 - стержневой арматурный выпуск; 8 - верти- кальная арматура; 9 - бетон замоноличивания; 10 - панель внут- ренней стены; 11 - панель наружной стены
196 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ кладной детали в виде горизонтального разомкнутого кольца («замок») в одной панели на вертикальный сталь- ной стержень, закрепленный на жесткой консольной за- кладной детали в другой панели. Являясь одновременно монтажной и рабочей, замковая связь позволяет ускорить монтаж и обеспечить сокращение трудозатрат. Благода- ря ее жесткости, связь устанавливают только в одном уровне по высоте этажа. Железобетонные шпоночные связи (рис. 11.70 к) в вертикальных стыках представляют собой монолитные жесткие соединения, превращающие сборные конструк- ции панелей здания в сборно-монолитные. Для этого в же- лезобетонных стыках предусматривают регулярные гори- зонтальные сварные соединения выпусков поперечной ар- матуры из панелей в 4-6 уровнях по высоте этажа, рифле- ние граней панелей, установку вертикальной продольной арматуры в канал стыка и его замоноличивание бетоном. Вертикальные железобетонные шпоночные связи наибо- лее прочны и жестки, работают на растяжение и сдвиг, но требуют больших затрат труда на их выполнение. Поэтому выполняют такие связи только при необходимости (по тре- бованиям прочности в домах повышенной этажности). Рис. 11.71. Герметизация стыков наружных стен: а - закрытый; б - дренированный; в - открытый стык (варианты); 1 - упругая прокладка; 2 - герметизирующая мастика; 3 - защит- ное покрытие; 4 - обклейка рулонным гидроизоляционным ма- териалом; 5 - утепляющий вкладыш; 6 - бетон замоноличивания; 7 - водоотводящий фартук; 8 - водоотбойная преграда Стальные связи устраивают чаще всего в двух уров- нях: в верхней части панелей под перекрытием и в ниж- ней зоне панелей. Изоляция стыков. Для обеспечения нормальной ра- боты наружных стен в период эксплуатации значительную роль играют стыковые соединения между панелями. Сопряжения наружных панелей между собой и с внут- ренними панелями должны быть прочными, долговечны- ми. водо- и воздухонепроницаемыми, иметь достаточную теплозащиту и быть несложными по способу исполнения. По признакам, характеризующим работу стыков по обеспечению воздухо-водозащитных свойств, их подраз- деляют на закрытые, дренированные и открытые. К закрытым стыкам (рис. 11.71 а) относятся стыки, у которых для обеспечения воздухо-влагозащитных свойств предусматривается одна общая основная зона. Для герме- тизации закрытых стыков применяют уплотняющие упру- гие прокладки (пенополиэтиленовые и др.) с нанесением с внешней стороны герметизирующей мастики (тиоколовой, уретановой, акриловой или силиконовой). К дренированным стыкам (рис. 11.71 б) относятся стыки, у которых дождевая вода, попавшая внутрь стыка, удаляется путем дренирования и за счет испарения. Гер- метизацию дренированного стыка выполняют аналогично закрытому с дополнительным устройством декомпресси- онного канала, дренажного отверстия и водоотводящего фартука в зоне пересечения вертикальных и горизонталь- ных швов, служащих для отвода проникшей в стык воды. К открытым стыкам (рис. 11.71 в) относятся стыки, у которых для обеспечения воздухо-водозащитных свойств предусматриваются две конструктивные зоны, из которых одна предназначена для обеспечения воздухоза- щитных, другая - водозащитных свойств. Перед основной зоной воздухоизоляции имеется свободная часть, сооб- щающаяся с наружным воздухом. Для гидроизоляции от- крытых вертикальных стыков применяют водоотбойные экраны из металлических или пластмассовых лент или резиновых профилей, горизонтальных - фартуки и проти- водождевые гребни панелей. Обеспечению теплоизоляции панельных наружных стен способствует утепление всех горизонтальных и вер- тикальных стыков панелей специальными вкладышами из теплозффективных материалов с предварительной об- клейкой стыка рулонным гидроизоляционным материа- лом (см. рис. 11.71}. Таким образом, для обеспечения нормальных эксплуа- тационных качеств стен из крупных панелей при устройстве их стыков применяют различные материалы, имеющие са- мые разнообразные физико-механические свойства: • крепежные (сталь); • утепляющие (минеральная вата, стекловата, пе- нопласты); • гидроизолирующие (пластмассы, резина, ме- таллы); • связующие (бетон и растворы); • герметизирующие (вспененный полиэтилен, по- роизол, гернит, мастики). Все эти материалы имеют разную долговечность, ча- сто гораздо меньшую срока службы здания. При констру- ировании стыков панелей и их исполнении необходимо особое внимание уделять обеспечению высокого каче- ства производства строительных работ, применяя для этого материалы только с высокими физико-механиче- скими свойствами.
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 197 11.5. Монолитнобетонные стены Способы возведения стен с использованием моно- литного бетона существенным образом отличаются от способов строительства с использованием лесоматериа- лов, мелкоштучных и крупных изделий. Технология упрощенно состоит в следующем: непо- средственно на стройплощадке монтируются специаль- ные формы - опалубки, повторяющие контуры возводи- мого конструктивного элемента (стены, колонны и т.п.), в которые по проекту устанавливается арматура и залива- ется конструкционный или конструкционно-теплоизоля- ционный бетон. После затвердевания бетона опалубоч- ные элементы либо демонтируются (при использовании сборно-разборных опалубок), либо становятся частью конструкции (при использовании несъемных опалубок). Если еще в недалекие годы в стране предпочтение отдавалось полносборному строительству, а монолит применялся редко (для участков, где невозможно исполь- зовать сборные элементы), то в настоящее время архи- тектурно-конструктивная и экономическая перспектив- ность монолитного домостроения общепризнанны. Основные преимущества монолитного строительства: • возможность создания гибких планировочных решений при требуемых высотах этажей; • возможность проектирования разнообразных уникальных по форме конфигураций и высот зданий: • отсутствие проблем по герметизации стыков, так как монолитные стены не имеют монтажных швов; • возможность снижения нагрузок на фундаменты вследствие меньшей толщины и, соответственно, веса стен, что снижает затраты на возведение фундаментов; • технология практически не нуждается в завод- ских базах стройиндустрии, позволяет использовать ме- стные строительные материалы и промышленные отходы. Недостатком (ограничением) монолитного домостро- ения следует признать дополнительные трудности бетони- рования конструкций в холодное время года, требующего применения специальных методов производства работ, что приводит к их удорожанию. Кроме того, для возведе- ния монолитных конструкций требуются качественная опа- лубка, высококвалифицированный персонал, соблюдение всех технологических процессов при их жестком контроле. 11.5.1. Стены с применением несъемных опалубок Способ возведения стен с использованием несъем- ных опалубок представляет собой совокупность (комби- нацию) двух технологий: монтажа стеновых пустотных блоков или панелей и монолитного строительства. Его основные этапы: установка блоков участка стены, уста- новка арматуры, заполнение бетоном внутренних пустот. В рассматриваемой строительной системе блоки (или панели) выполняют функции опалубки, но в отличие от сборно-разборной опалубки они не демонтируются, а становятся частью стены. Основное преимущество несъемных опалубочных бло- ков состоит в их небольшом весе и возможности вести строительство без применения грузоподъемной техники. Современная практика располагает несколькими ва- риантами технологий возведения стен с несъемной опа- лубкой. Опалубочные блоки, изготовляемые из древесно- цементной композиции (арболита) имеют незамкнутое коробчатое сечение с внутренними вертикальными реб- рами-перемычками (рис. 11.72}. Кроме рядовых блоков, применяемых для внутренних и наружных стен, предус- матриваются угловые, перемычечныв, доборные (в мес- тах опирания перекрытий), для откосов проемов, а также для возведения внутренних столбов. Данная строительная система предусматривает два варианта: первый - внутрь блоков наружных стен в завод- ских условиях вставляются пенополистирольные или иные теплоизоляционные вкладыши и оставляется место для монолитного бетона со стороны помещения; второй - все полости блоков на строительной площадке заливают- Рис. 11.72. Типы арболитовых блоков: а - рядовой для внутренней стены; б - рядовой для наружной стены, в - угловой для наружной стены; г - стык блоков под уг- лом 45’; 1 - теплоизоляционный вкладыш; 2 - вертикальная кон- структивная арматура; 3 - горизонтальная арматура
198 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ся конструкционно-теплоизоляционным бетоном (напри- мер, пенополистирольным). Экологически чистый материал блоков имеет плот- ность 600-700 кг/м3, слабогорюч (Г1) и трудновоспламе- няем (В1), с высокой биостойкостью, негигроскопичен, имеет пористую поверхность. Блоки легко пилятся дере- вообрабатывающим инструментом и, при необходимо- сти, подгоняются под нужную форму стены (рис. 11.72 г). Укладка блоков осуществляется насухо (без раство- ра) с перевязкой вертикальных швов. В наиболее нагру- женных и ответственных участках стены (перемычки, уг- ловые зоны, у откосов проемов) предусматривается ар- мирование одиночными стержнями или каркасами по проекту (рис. 11.73). Сборно-монолитные стены, выполненные с примене- нием арболитовых блоков, могут быть несущими в здани- Рис. 11.73. Фрагменты вертикальных сечений сборно-монолит- ных стен с использованием арболитовых блоков: а - наружная стена; б - внутренняя стена; 1 - рядовой блок; 2 - доборный блок; 3 - леремычечный блок; 4 - вкладыш утеплителя; 5 - монолитный бетон; 6 - вертикальный арматурный стержень (каркас); 7 - горизонтальный арматурный стержень; 8 - арматур- ный каркас перемычки; 9 - блок откоса проема; 10 - плита пере- крытия Рис. 11.74. Связи панелей несъемной опалубки из цементно- стружечных плит (ЦСП) ях до 6 этажей включительно с высокими показателями тепло- и звукоизоляции. При более высокой производи- тельности возведения один квадратный метр наружной стены в несколько раз легче аналогичной по теплотехни- ческим характеристикам трехслойной кирпичной стены той же площади. В зданиях из арболитовых опалубочных блоков при- меняются сборные перекрытия из плит или монолитно- бетонные, в том числе из легких бетонов. Внутренняя и внешняя отделки стен могут легко исполняться в различ- ных вариантах по современным технологиям - обшивка, облицовка, штукатурка. Крупноразмерные стеновые элементы с примене- нием цементно-стружечных плит (ЦСП) представляют собой панели, выполненные соединением двух плит на расстоянии толщины монолитного слоя стены с помощью X- и У-образных металлических или полимерных профи- лей (рис. 11.74). Из ЦСП изготавливают все элементы здания в комплекте - для внутренних и наружных стен, для перекрытий. В заводских условиях устанавливается арматура, монтируются электропроводка и некоторые инженерные коммуникации. На строительной площадке стеновые опалубочные панели монтируют и заливают во внутренние полости бетон. Конструкция наружной стены, получаемая при заливке тяжелого бетона, требует даль- нейшего утепления снаружи. При использовании легкого эффективного бетона дополнительного утепления не тре- буется. В любом случае производится как внутренняя, так и наружная отделка стен. С целью получения эффективных стен для малоэтаж- ного строительства разработаны блоки с объемом пус- тот до 50% из ячеистого бетона плотностью 400-500 кг/ м3 (рис. 11.75). Пустотные блоки можно изготавливать различных размеров, конфигураций, с разным располо- жением и диаметром пустот, что позволяет использовать их не только в наружных, но и во внутренних стенах. Блоки устанавливаются в стены насухо. Для обеспече- ния перевязки швов блоки каждого последующего ряда Рис. 11.75. Формирование наружной стены из ячеистобетонных опалубочных блоков: а - пустотный блок; б - укладка блоков в стену; 1 - вертикальная арматура; 2 - горизонтальная арматура; 3 - конструкционный бе- тон; 4 - теплоизоляционный бетон
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ -| 99 смещаются на половину ширины, при этом пустоты совпа- дают по вертикали. После установки 3-5 рядов блоков пу- стоты заливаются бетоном (ячеистым или легким - поли- стиролбетоном). Один ряд пустот с внутренней стороны стены заливается конструкционным бетоном высокой плотности, остальные - теплоизоляционным бетоном низ- кой плотности. В качестве вертикальной арматуры исполь- зуется гнутый профиль толщиной 2-3 мм, а в качестве го- ризонтальной - стержни диаметром 6 мм (рис. J 1.75 б). Стены с несъемной опалубкой из полистрольных блоков. Основным преимуществом применения техноло- гии несъемной опалубки из пенополистирола является возможность возведения многослойной ограждающей конструкции с необходимым сопротивлением теплопере- даче за один технологический цикл - стена сразу получа- ется «теплой» и не требует последующего утепления. Блоки из пенополистирола представляют две пласти- ны, соединенные между собой специальными перемычка- ми из полипропилена, которые являются многофункцио- нальными: воспринимают давление бетонной смеси, в специальных пазах перемычек размещаются арматур- ные стержни, возможно крепление к ним элементов на- ружной и внутренней отделок. Основным элементом блочной системы {рис. 11.76} является рядовой блок. Кроме того применяют угловые блоки (для прямых углов стен), блоки с переменным углом (от 0° до 90°), коничес- кие блоки (для уширения бетонного слоя стены), блоки с выступом (для создания опорной консоли перекрытия, лестницы, для опирания наружной облицовки стен и т.п.), добавочные блоки, торцевые заглушки. Блоки являются мелкоштучными элементами и, сле- довательно, с их помощью можно легко проектировать здания (в том числе многоэтажные до 17 этажей) со слож- ными очертаниями стен в плане (рис. 11.77). Криволинейная форма стен выполняется методом удаления (вырезания) сегментов рядовых блоков (рис. 11.78}, что требует дополнительного их укрепления во время заливки бетона. Специальная конструкция замков позволяет быстро и точно соединять блоки и препятствует вытеканию бетон- ной смеси при бетонировании. Требуемая несущая способность стен обеспечивает- ся подбором класса по прочности на сжатие тяжелого или легкого бетона, сечения и класса арматуры. Внутри опалубки могут прокладываться канализаци- онные и водопроводные трубы. Электропроводка может быть вмонтирована в штрабе, прорезанной в блоках. Элементы несъемной полистирольной опалубки при- меняют и для стен подвалов с устройством гидроизоля- ции наружной поверхности. Технология строительства из блочной полистирольной опалубки позволяет устройство вариантов перекрытий: деревянных балочных, из сборных железобетонных плит [рис. 11.79 в}, монолитных и сборно-монолитных {рис. 11.79 г}. Выбор типа перекрытия определяется проектом. Для наружных стен малоэтажных зданий применяют- ся более простые (следовательно, более дешевые) блоки из пенополистирола {рис. 11.80}. Типовой блок имеет ширину, равную толщине стены (без облицовок), ровные поверхности, уступы с торцов, два вертикальных проема. В стену блоки укладываются насухо (возможно примене- ние минерального клея для фиксации) с перевязкой вер- тикальных швов, которая осуществляется смещением вдоль стены блоков смежных рядов. При этом проемы Рис. 11.76. Формы и размеры основных пенополистирольных опалубочных блоков (вариант): а - прямой рядовой; б - угловой (9СГ); в - с переменным углом (О'...90'); г - конический; д - с выступом для кирпичной облицовки
200 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 11.77. Схема формообразования стен из опалубочных пе- нополистирольных блоков Рис. 11.78. Приемы формирования блоков для криволинейных участков ствн: а - с крайними и внутренними вырезами в каждой секции; б - с тремя внутренними вырезами Рис. 11.79 Фрагменты сборно-монолитных стен с несъемной опалубкой из пенополистирольных блоков: а - примыкание стен; б - устройство пилястры (внутренней или наружной); в - опирание сборных плит перекрытий на стену; г - опирание сборно-монолитного перекрытия на стену; д, е - ар мирование перемычек оконных и дверных проемов; 1 - стена; 2 - вертикальный арматурный стержень; 3 - то же, горизонталь- ный; 4 - бетон замоноличивания; 5 - пространственный арматур- ный каркас; 6 - перемычка блока, 7 - удаленная часть блока. 8 - удаленная перемычка блока; 9 - полистирольный блок пилястры; 10 ~ железобетонная плита перекрытия; 11 - облицовочный кир- пич (камень); 12 - полистирольный опалубочный блок перекры- тия; 13 - плоский арматурный каркас; 14 - отдельный арматур- ный стержень; 15 - арматурная сетка; 16 - верхняя арматура перемычки; 17 - нижняя арматура перемычки; 18 - хомут перемычки'
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 201 блоков совпадают и образуют вертикальные колодцы, в которые устанавливаются плоские арматурные каркасы (или гнутые стальные тонкостенные швеллеры) и запива- ется бетон. 11.5.2. Стены с применением инвентарных опалубок Отход от строительства типовых многоэтажек, воз- росшие требования заказчиков к планировке и отделке зданий, срокам возведения, качеству и надежности кон- струкций делают монолитнобетонное строительство од- ним из наиболее востребованных способов проведения строительных работ. Расширяется рынок строительных материалов, изделий и оборудования для монолитного строительства. Монолитнобетонные стены, применяемые для граж- данских (жилых и общественных) зданий, ориентированы преимущественно на перекрестно-стеновую и попереч- но-стеновую конструктивные варианты системы. Конструкции стен из монолитного бетона проектиру- ют в соответствии с действующими строительными норма- ми и правилами (СНиПами), ориентируясь на использова- ние системных инвентарных опалубок (рис. 11.81). Монолитнобетонные здания и технология их возведе- ния имеют следующие технические, экономические и архитектурные преимущества: • высокие конструктивные жесткость и прочность обуславливают высокую сейсмостойкость и долговечность; • высокая скорость строительства; • высокая нормативная нагрузка на перекрытия (600 кг/м2) - примерно в три раза больше, чем в панель- Рис. 11.80. Устройство наружной стены с применением пустот- ных полистирольных блоков: а - общий вид блока; б - горизонтальный разрез; в - вид сбоку; 1 - пенополистирольный блок; 2 - плоский арматурный каркас; 3 - заполнение колодца бетоном ном здании, что позволяет устанавливать тяжелое быто- вое оборудование (мини-бассейны, гидромассажные ванны и т.п.); • возможность строительства высотных (до 60 эта- жей) зданий; • в высотных зданиях просто решается вопрос из- менения толщины стен по высоте уступами в соответ- ствии с расчетом; • значительно проще обеспечивается пожарная безопасность зданий «особой» степени огнестойкости; • широкая вариантность объемно-планировочных решений - закругления, выступы, изломы, разрывы, под- резки, уступы, острые.углы, консольные выносы и др. (рис. 11.82и 11.83)', * индивидуальность фасадов каждого здания (на- ружные стены могут быть панельными навесными, а так- же из мелкоштучных элементов). При всех достоинствах монолитного домостроения данная технология (как и всякая другая) не лишена неко- торых проблем. Производственный цикл перенесен на строительную площадку под открытым небом, а это зна- чит, что дождь, снег, ветер, жара и холод создают допол- нительные трудности производству монолитных конст- Рис. 11.81. Многооборотная модульная опалубка из алюминие- вых сплавов: а - для формирования стен линейными щитами; б - для форми- рования угловых участков стен угловыми щитами
202 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ рукций. Особые сложности возникают в холодное время года - необходимо ускорение твердения бетона при от- рицательных температурах. Конструкции внутренних несущих стен достаточно просты. Это пластины из бетона сплошного сечения, ра- ботающие на внецентренное сжатие. При назначении тол- щины внутренних стен выбирают оптимальную по услови- ям обеспечения прочности, опирания перекрытий, звуко- изоляции и огнестойкости. Для многоэтажных зданий тол- щина стен принимается не менее 160 мм при выполнении из тяжелого бетона класса не ниже В7 5; 180-200 мм - из онструкционного легкого бетона класса не ниже В3,5. Наружные стены в монолитном исполнении имеют разнообразные решения. По конструктивно-технологиче- скому признаку их можно свести к трем модификациям. Первый вариант (рис. 11.84 а)- однослойная стена из лег- кого или тяжелого бетона. Современные энергоэкономи- ческие требования ограничивают область применения од- нослойных легкобетонных стен южными регионами стра- ны. В других случаях необходимо утепление стен. Второй вариант (рис. 11.84 6) - утеплитель снаружи - предпола- гает последующую его защиту оштукатуриванием или об- лицовкой с устройством вентиляционного зазора. Третий (рис. 11.84 в) - утеплитель внутри стены - требует только декоративной отделки снаружи (штукатурка или облицов- ка). При применении специальных матриц совместно с опалубкой можно получать рельефную поверхность наруж- ного слоя стены (рис. 11.85). Все три варианта достаточно сложны и трудоемки в возведении. Вот почему нередко наружные стены монолитнобетонных зданий перекрестно- стеновой конструктивной системы выполняются из пане- лей навесными (по поперечным стенам и/или плитам пе- рекрытий) или самонесущими на этаж (с опиранием на перекрытия) из мелкоштучных изделий. Толщину бетонного слоя наружных стен назначают по максимальной из величин, полученных в результате рас- чета на прочность и теплотехнического расчета (при при- менении конструкционно-теплоизоляционных бетонов), но не менее 160 мм. В высотных зданиях, как правило, толщина стен изменяется по высоте уступами в зависи- мости от расчетных нагрузок и может достигать в нижних этажах 600-700 мм. Рис. 11.82. Возможные формы зданий из монолитного бетона с использованием инвентарной опалубки Рис. 11.83. Здания стеновой конструктивной системы из моно- литного бетона: а - гостиница; б - павильон Андалузии на выставке «Экспо-92»: в - санаторий
Раздел (II. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 203 Арматура, устанавливаемая в стенах монолитных зданий, классифицируется на расчетную и конструктив- ную. Параметры расчетной арматуры определяются рас- четом стен в плоскости на особое сочетание нагрузок. Устанавливается она обычно у торцевых граней стен (включая грани, образуемые проемами) в виде плоских каркасов, объединяемых в блоки горизонтальными стер- жнями. Если по расчету арматура не требуется, то согласно нормам предусматривается конструктивное армирование стен (рис. 1 1.86) в их пересечениях, в местах резкого из- Рис. 11.84. Конструктивно-технологические варианты монолит- ных наружных стен: а - однослойная; б - двухслойная с последующей отделкой; в - трехслойная; 1 - бетон; 2 - защитный наружный слой бетона; 3 - объемный арматурный каркас; 4 - плоский арматурный каркас; 5 - утеплитель; 6 - дюбель; 7 - гибкая связь из стеклопластика Рис. 11.85. Примеры рельефной поверхности наружных стен из монолитного бетона Таблица 11.3. Длины температурных отсеков монолитнобетонных зданий Стеновые конструктивные Расстояния между температурно- системы по схеме {усадочными швами при перекрытиях м расположения стен в плане . монолитных | сборных Перекрестно-стеновая с несущими наружными и внутренними стенами; продольно-стеновая 40 60 Перекрестно-стеновая с ненесущими наружными стенами; поперечно-стеновая с отдельными продольными диафрагмами жесткости 50 80 менения толщины и у торцовых граней вертикальными стержнями с площадью сечения 0,025% соответствующе- го сечения стены. В зданиях с монолитными стенами должны предус- матриваться температурно-усадочные швы. Обычно и» совмещают с технологическими швами, которые предус- матривают при бетонировании конструкций зданий ст- дельными захватками. Расстояние между температур-с- усадочными швами зависит от конструктивной схемы здания и типа перекрытий и назначается по табл 11 3. Рис. 11.86. Схемы конструктивного армирования монолитных бе- тонных стен многоэтажных зданий: а - примыкание внутренней стены к наружной; б - пересечение стен; в - угол стен; г - проем в стене; 1 - проем; 2 - простенок; 3 - перекрытие; 4 - объемный каркас в сопряжениях стен; 5 - плоский каркас у грани проема; 6 - объемный каркас перемычки над проемом; 7 - арматура поля стены
204 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Г л а ва 12 КАРКАСНЫЕ СИСТЕМЫ 12.1. Общие положения Каркасы (каркасные конструктивные системы) при- меняют для всех видов гражданских и промышленных зданий - жилых, административных, учебных, торговых, лечебных, производственных и т.д. Каркас является прак- тически единственной конструктивной системой, на осно- ве которой проектируются многоэтажные здания со зна- чительными свободными пространствами (крупными по- мещениями), а также с возможностью изменения со вре- менем внутренней планировочной структуры. Отличительная черта каркасного здания - строгое деление элементов на несущие и ограждающие - позво- ляет применять для них наиболее соответствующие на- значению материалы: жесткие и прочные - для несущих; легкие, тепло- и звукоизоляционные - для ограждающих. Эффективное использование свойств различных матери- алов снижает массу зданий, затраты на строительство. 12,1.1. Понятия и определения Каркас - несущая конструкция, представляющая со- бой систему соединенных между собой стержневых вер- тикальных (стойки, колонны) и горизонтальных (балки, ригели, фермы, плиты) элементов, воспринимающую си- ловые нагрузки и обеспечивающую прочность, жесткость и устойчивость здания в целом. Дополнительными эле- ментами каркаса могут быть стержневые элементы - свя- зи и плоскостные элементы - диафрагмы жесткости. Колонна (стойка) - вертикальный стержневой эле- мент несущей системы, воспринимающий нормальные силы, а в многоэтажных зданиях, кроме того, - местные изгибающие моменты. Ригель (балка) - горизонтальный стержневой эле- мент несущей системы, воспринимающий приложенные к перекрытиям вертикальные нагрузки и передающий их вертикальным элементам несущей системы. Рама - плоская или пространственная стержневая часть несущей системы, элементы которой соединяются жесткими, шарнирными или упругоподатливыми узлами. Диафрагма - плоская несущая конструкция, составля- ющая часть несущей системы. Диафрагмы могут быть вер- тикальными в виде стен и горизонтальными в виде дисков. Стена-диафрагма (диафрагма жесткости) - стена многоэтажного здания, воспринимающая горизонталь- ные и вертикальные нагрузки и передающая их через фундамент основанию. Ядро жесткости - пространственная часть несущей системы, состоящая из диафрагм и имеющая поперечное сечение в виде открытого или замкнутого профиля. Связь стержневая - наклонный несущий стержневой элемент (элементы), соединяющий вертикальный и гори- зонтальный элементы несущей системы и обеспечиваю- щий ее жесткость (геометрическую неизменяемость). Диск перекрытия - горизонтальная диафрагма, спо- собная воспринимать усилия, действующие в горизон- тальной плоскости, и объединяющая вертикальные несу- щие конструкции в единую пространственную систему. Стык - соединение сборных элементов здания. Замоноличивание стыков сборных элементов - за- полнение швов, ниш, пространств между монтируемыми изделиями цементным раствором или бетоном. Рамный каркас - вид каркаса, состоящего из жест- ко соединенных колонн и ригелей, образующих плоские и пространственные рамы, объединенные перекрытиями. Связевый каркас - вид каркаса, состоящего из ко- лонн, шарнирно присоединенных к ним ригелей и систе- мы связей, в которые входят стержневые связи, диафраг- мы жесткости и диски перекрытий. Рамно-связевый каркас - вид каркаса, состоящего из жестких рам и связей в виде вертикальных (наклонных) конструкций и дисков перекрытий, объединяющих рамы в единую пространственную конструкцию. Безригельный каркас - вид каркаса, в котором от- сутствуют ригели, а перекрытия в общем случае работа- ют как плиты, опертые на отдельные опоры в виде колонн. 12.1.2. Классификация каркасов По материалу основных элементов различают карка- сы: деревянные, металлические, железобетонные, ком- бинированные. По этажности: одноэтажные, малоэтажные, много- этажные. По величине пролетов: с малыми пролетами (до 6 м), с пролетами средней величины (6-12 м), большепро- летные (более 12 м). По типу горизонтальных несущих конструкций карка- сы бывают: ригельные (балочные), безригельные (без- балочные), с фермами высотой в этаж (рис. 12.1). Рис. 12.1. Виды каркасов по типу горизонтальных несущих кон- струкций: а - ригельный (балочный); б - безригельный (безбалочный); в - с фермами на высоту этажа; 1 - колонна (стойка); 2 - ригель (балка); 3 - плита; 4 - ферма
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 205 По расположению ригелей: поперек здания, вдоль здания, с перекрестным расположением (рис. 12.2}. По способу обеспечения пространственной жестко- сти каркасы подразделяются на следующие конструктив- но-статические типы: рамные, свяэевые, рамно-связе- вые (рис. 12.3). По схеме расположения рам каркаса: каркасы с плоскими рамами, каркасы с пространственными ра- мами (в двух или трех вертикальных плоскостях). По технологии возведения: каркасы сборные (дере- вянные, стальные, железобетонные), монолитные (желе- зобетонные) и сборно-монолитные. 12.1.3. Требования к каркасам и их элементам При проектировании каркасного здания необходим комплексный учет технологических, технических, эстети- ческих и экономических требований и условий. Конструктивное решение каркаса должно отвечать мон- тажным требованиям - простоте, удобству, высокой скоро- сти и безопасности монтажа, обеспечивая беспрепятствен- ный подъем и установку в проектное положение, быструю выверку и закрепление монтажных элементов. Членение Рис. 12.2. Расположение ригелей каркасов: а - поперек здания; б - вдоль здания; в - перекрестное конструкций на монтажные элементы и блоки должно быть приспособлено к проектируемому методу монтажа и техни- ческим возможностям монтажных механизмов. Одним из основных технических требований к каркас- ному зданию является обеспечение его необходимой жест- кости (геометрической неизменяемости). При недостаточ- ной жесткости многоэтажного (высотного) каркаса может нарушаться целостность внутренних перегородок и отде- лочных покрытий, осложняться нормальная работа лифтов, колебания здания могут быть чувствительны для людей. Необходимая жесткость обеспечивается, если горизонталь- ное смещение верха высотного здания от нормативной вет- ровой нагрузки не превышает 1/500 высоты здания. К элементам каркаса предъявляются следующие ос- новные требования: • высокая прочность материала элементов; • технологичность индустриального производства изделий при их высокой тиражности; • унификация элементов каркаса, позволяющая снизить трудоемкость изготовления и монтажа конструк- ций и стоимость строительства; • универсальность узлов соединений конструктив- ных элементов; • высокие технико-экономические показатели (по материалоемкости, стоимости, трудоемкости); • высокие эстетические качества. 12.2. Каркасы деревянные Основная область применения деревянных карка- сов - жилые одноквартирные дома с пролетами до 6 м, а также малоэтажные здания общественного назначения с пролетами до 12 м. Рис. 12.3. Конструктивно-статические типы каркасов (схемы пла- нов и разрезов): а - рамный; б - связевый: в - рамно-связевый
206 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.4. Основные типы деревянных каркасов (узлы соединений элементов и примеры применения): 1 - стойка; 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка; 4 - обвязка
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 207 е Современному деревянному каркасному строитель- ству с его многообразными формами и техническими особенностями предшествовали столетия его развития. Несмотря на то, что деревянное домостроение в после- дние годы получило признание, возведение деревянных каркасных зданий до сих пор не реализовало своих по- тенциальных возможностей. Здания с каркасом из древе- сины обладают следующими важными преимуществами: • разнообразием архитектурно-конструктивных решений; • простотой их перестройки (надстройки, расши- рения, перепланировки); • высокой степенью индустриального изготовле- ния элементов конструкций; • простотой транспортировки и монтажа элементов; • незначительным весом. В отличие от стальных и железобетонных конструкций в деревянных строениях не возникает мостиков холода, поэтому вынос элементов каркаса (консолей) изнутри наружу не вызывает проблем. Деревянные каркасы отличаются разнообразием расположения несущих элементов с различным исполне- нием конструктивных узлов. Способ сопряжения элемен- тов в конструктивный узел определяет тип каркаса. По взаимному расположению несущих вертикальных и гори- зонтальных элементов различают восемь основных ти- пов конструкций деревянных каркасов (рис. 12.4; 12.5). Тип А (рис. 12.4 а) Каркас состоит из стоек, главных балок (обвязок) и лежащих на них вспомогательных ба- лок. Стойки соединены с балками и нижними обвязками шипами или врубками. Вся конструкция опирается на ос- новную нижнюю обвязку; нижняя обвязка повторяется на втором этаже. Тип Б (рис. 12.4 б). Конструкция этого типа состоит из стоек высотой в один этаж, на которые в одном направле- нии опираются главные балки, в другом - вспомогатель- ные. Особым преимуществом такой одноэтажной конст- рукции является то, что применением решетчатых балок (ферм) можно обеспечить достаточно большие пролеты. Тип В (рис. 12.4 в). Неразрезные балки укладывают- ся на стойки. Соединение стойки с главной балкой может быть выполнено различными способами. Усилие верхней стойки обычно передается нижней стойке не только че- рез балку, чтобы не превысить допускаемое напряжение Рис. 12.5. Конструктивно-планировочные структуры деревянных каркасов. С квадратной (прямоугольной) сеткой стоек: а - главные балки е одном, второстепенные - в другом направлении; б - главные и второстепенные балки в двух направлениях; в - то же, с состав- ными главными балками; г - главные балки в одном направле- нии; д, е - главные балки в двух, второстепенные - в одном на- правлении; ж - главные балки опираются на пространственные четырехветвевые стойки в одном направлении, второстепен- ные - в другом. С треугольной сеткой стоек: з - главные балки в двух направлениях образуют ромбические ячейки структуры; и - главные балки в трех направлениях образуют звезчато-ромби- ческую структуру; к - главные балки в трех направлениях (треу- гольные ячейки структуры); л - главные и второстепенные балки в трех направлениях; м - то же, с двухветвевыми плоскостными стойками. С шестиугольной сеткой стоек: н - главные балки в трех направлениях; о - главные и второстепенные балки в трех направлениях; п - главные балки в одном направлении, второ- степенные - в другом; р - главные балки в трех направлениях опираются на трехеетвевые пространственные стойки; 1 - стой- ка; 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка
208 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.6. Стойки каркасов: а - одинарная; б - составная; в - двухветвевая; г - трехветвевая плоскостная; д - трехветвевая пространственная; е - черырех- ветвевая; ж - формы сечений стоек из цельной древесины; з - сечения составных стоек; и - формы сечений стоек из клееной древесины на смятие поперек волокон. Для передачи этого усилия рекомендуется использовать стальные или деревянные подкладки и боковые накладки. Тип Г (рис. 12.4 г). Главные балки (ригели) соединя- ются с неразрезными стойками одинаково в двух направ- лениях. Между главными балками расположены в разных направлениях (в шахматном порядке) вспомогательные балки. Таким образом, ригели обоих направлений одина- ково нагружены. Устройство консолей становится невоз- можным. Конструкция особенно подходит при многосе- рийном индустриальном строительстве. Тип Д (рис. 12.4 д). Парные главные балки как схватки прикрепляются с двух сторон к ряду стоек. В другом направ- лении уложены сверху вспомогательные балки. Преимуще- ство такой конструкции заключается в использовании не- разрезных стоек и возможности устройства консолей. Тип Е (рис. 12.4 е). Неразрезные главные балки про- пущены между неразрезными составными стойками. Со- ставные стойки из четырех элементов позволяют распо- лагать балки в двух направлениях. Область применения этого вида конструкции ограничена по противопожарным требованиям (малое сечение стоек). Типы Ж и 3 (рис. 12.4 ж, з). Эти конструкции рас- пространены в жилищном строительстве за рубежом под названиями «оболочка» и «платформа». В России их называют «обшивной каркас». Несущие элементы карка- са состоят из стандартных досок с основным сечением 100 х 50 мм. Особенность данной конструкции - малое расстояние между стойками и между балками перекры- тий (500-600 мм). Элементы соединяются гвоздями. При конструкции типа «оболочка» стеновые ребра про- ходят через два этажа. Доски, поставленные на ребро, проходят через стойки в качестве обвязок. Уложенные на них балки прибиваются сбоку к стойкам гвоздями. При конструкции «платформа» на стойки высотой в этаж установлены неразрезные доски в качестве обвязок, на них уложены балки, а затем неразрезная обрешетка в виде «платформы». Деревянные стойки каркаса являются сжатыми или сжато-изогнутыми элементами, опирающимися на фун- даменты непосредственно или через обвязочные брусья. Стойки (рис. 12.6) могут быть цельнодеревянными или клееными, одинарными или составными. Составные стойки, как правило, применяют из двух или четырех па- раллельных брусьев (досок), объединенных между собой по высоте этажа в двух-трех местах. Используются также составные плоские или пространственные стойки (двух-, трех- и четырехветвевые), в которых элементы распола- гаются под некоторым углом к вертикали. Их применение может быть обосновано архитектурными соображениями и обеспечением пространственной жесткости каркаса. Размеры цельнодеревянных стоек и их несущая спо- собность ограничены сортаментом лесоматериалов - их длина не превышает 6,4 м, размеры сечений - 200 мм. Клеедеревянные стойки могут иметь длину на высоту двух- или трехэтажного здания, а формы и размеры попе- речного сечения самые разнообразные(рис. 12.6 и). Фор- мы стоек с фальцами, четвертями и т.п. обуславливаются удобством соединения элементов при монтаже (в том чис- ле элементов заполнения каркаса - стен, перегородок). При невозможности использования неразрезных сто- ек их сращивают по высоте. Стыки стоек преимуществен- но устраивают в зоне опирания балок (рис. 12.7} с по- мощью стержней, накладок, вставок, болтов.
Раздел Ш. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 209 Стойки деревянных каркасов, в зависимости от грун- товых условий, назначения здания и его конструктивных особенностей, опирают шарнирно на столбчатые, ленточ- ные или сплошные фундаменты непосредственно (рис. 12.8) или через опорный обвязочный брус (рис. 12.9). В последнем случае брус должен быть защищен от капил- лярной влаги гидроизоляцией. Выполнение опор стоек по периметру здания должно соответствовать виду стеновой конструкции. При проектировании опирания стоек на фундаменты необходимо учитывать действующие в узле усилия. Если действуют только вертикальные силы, достаточно конст- руктивного фиксирования стойки. В случае присоедине- ния вертикальных связей стойка должна соединяться с фундаментом с помощью соответствующих стальных из- делий. воспринимающих и горизонтальные силы. Рис. 12.7. Стыки стоек деревянных каркасов. Уровни стыка стоек: а - выше балки; б - в уровне верха балки; в-в пределах высоты балки; г - в уровне низа балки; д - ниже балки. Сращивание сто- ек: е - с помощью металлического цилиндрического штыря; ж - с помощью врезной стальной или фанерной вставки; з - с помо- щью боковых фанерных (дощатых) накладок; и - врезка в подде- рева с фиксацией болтами. Сращивание стоек в месте опирания балок: к - с помощью врезной стальной или фанерной вставки; л - с помощью фанерных (дощатых) накладок; м - с фиксацией болтами через балку Наружные стойки должны быть защищены от воздей- ствия атмосферной воды. Стальная опора стойки не дол- жна содействовать скапливанию влаги между металлом и древесиной. Балки. В качестве несущих горизонтальных элемен- тов в деревянных каркасах применяют цельнодеревян- ные балки (в том числе спаренные), клеедеревянные балки, шпренгельные балки и невысокие фермы (сквозные балки) (рис. 12.10). Цельнодеревянные балки представляют собой отдель- ные брусья, окантованные бревна и толстые доски, уста- навливаемые на ребро. Их пролеты, в зависимости от типа каркаса, составляют 3-6 м. Экономичным является пролет 3,6 м с шагом балок0,6-0,8 м. Применение клееных балок в каркасах общественных зданий дает возможность увели- чить пролет до 10-12 м. а также их огнестойкость. Сечения элементов каркаса (стоек и балок) обычно определяются их несущей способностью и решением узла «стойка-балка». На выбор сечений оказывают также влияние противопожарные требования, если необходима определенная степень огнестойкости несущих элементов. Например, неразрезные балки сечением 120 х 200 мм имеют предел огнестойкости 30 мин (R30) при трехсто- роннем воздействии огня, а стойки имеют такой же пре- дел огнестойкости при сечении 150 х 150 мм. Рис. 12.8. Опирание стоек на фундамент. Опирание на обрез фундамента через изоляционную прокладку с креплением при помощи: а - стальных полос; б - швеллеров; в - уголков; г - двутавра с деревянными прокладками (для со- ставных стоек). Опирание на стальную анкерную стойку: д - из квадратной трубы с приваренным опорным башмаком; е - из круглой трубы с круглой потайной опорной плитой и врезной пла- стиной; ж - из двутавра с опорной плитой и врезной пластиной
210 В А Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Опирание балок на стойки принципиально решает- ся тремя способами: опиранием сверху, примыканием торцом и примыканием боковой поверхностью. При пер- вом и третьем способах применяются как разрезные, так и неразрезные балки, при втором - только разрезные (рис. 12.11). Прикрепление балок к стойкам осуществляется гвоз- дями, шурупами, винтами, болтами при помощи накла- док, врезных вставок, прибоин, уголков, кронштейнов, башмаков и т.п. Узел «балка-стойка» преимущественно выполняется в шарнирном варианте. Жесткое (рамное) сопряжение балок производится с двух-, трех- и четырех- ветвевыми стойками одноэтажных каркасов зданий (рис. 12 12). При этом балки опирают сверху на обвязку стойки и крепятся с ней и между собой перечисленными ранее средствами. Опирание второстепенных (вспомогательных) ба- лок на главные (рис 12.13) в деревянных каркасах осу- ществляется по верху (в разных уровнях) при вариантах разрезных и неразрезных балок. Разрезные второстепен- ные балки можно крепить к главным в одном уровне. Разрезные балки с опиранием по верху главных (рис. 12.13 а) просты в изготовлении и монтаже. Они представ- Рис. 12.9. Опирание стоек на обвязочный брус с фиксацией от сдвига: а - боковыми фанерными накладками; б - стальными накладка- ми и деревянными коротышами; в - вклеенным стеклопластико- вым или стальным стержнем; г - стальными уголками, д - доща- тыми распорками и балками (при варианте обшивного каркаса) Рис. 12.10. Балки деревянных каркасов; а - постоянного сплошного сечения; б - шпренгельная (с метал- лической затяжкой); в - сквозная (невысокая ферма). Сечения балок: г - из цельной древесины: д - из клееной древесины; е - шпренгельной балки; ж - сквозные ляют собой ряды свободно опертых брусьев (досок), уста- новленных на главные горизонтальные несущие элементы. Недостаток такого решения - увеличенная высота пере- крытия (покрытия) здания. Избежать этого можно опира- нием второстепенных балок на главные в одном уровне, что несколько усложняет конструктивное исполнение. Неразрезные балки консольного типа (рис. 12.13 ж-к) целесообразно применять в случае неподвижной и рав- номерно распределенной нагрузки по всей площади по- крытия. Они представляют собой ряды брусьев со встреч- ным расположением стыков за пределами опор. При этом более длинные брусья образуют в промежуточных проле- тах две консоли, а в крайних - одну, на которые опирают- ся более короткие брусья, стянутые болтом, при помощи прируба. Недостатком консольного типа балок является уменьшенный перекрываемый пролет, так как при обыч- ной длине пиломатериалов, равной 6,5 м. пролет состав- ляет не более 4,5 м. Неразрезность балок, опирающихся по верху глав- ных, может достигаться сплачиванием элементов гвоздя- ми и шурупами по всей длине пролета или только в зоне опирания (рис. 12.13 л-р). Обеспечение жесткости каркасов. Поскольку глав- ные элементы деревянных каркасов (балки и стойки) между собой соединяются шарнирно, необходимо обес- печивать пространственную жесткость специальными связями. Деревянные каркасы таким образом становятся связевыми. Элементы жесткости каркаса должны воспринимать горизонтальные усилия от ветра - давление и отсос, ко- торые воздействуют на наружные поверхности здания (стены и крышу). Задача устройства связей заключается в том, чтобы обеспечить каркасу общую пространственную жесткость, предотвратить опрокидывание при потере устойчивости отдельных элементов при продольном изгибе.
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 211 Различают горизонтальные связи, находящиеся в плоскости крыши или перекрытия, и вертикальные - меж- ду стойками каркаса. Горизонтальные (ветровые) связи (рис. 12.14) выпол- няются из брусьев, круглой и полосовой стали, фанеры, древесностружечных и подобного рода плит, диагональ- ной дощатой обшивки. Благодаря горизонтальным свя- зям крыши и перекрытия с точки зрения статики превра- щаются в жесткие диски. Вертикальные связи (рис. 12.15) выполняются из брусьев, полосовой и круглой стали, а также при помо- щи панелей, расположенных по осям стоек. Расположе- ние вертикальных связей (в плане) может быть различ- ным в зависимости от планировочной структуры здания (рис. 12.15 а). На каждом этаже по крайней мере три вертикальные связи должны быть расположены так, что- бы оси их горизонтальных проекций не пересекались в одной точке. Рис. 12.12. Опирание балок на стойки: а - двухветвевые: б-г - трехветвевые: д, е - четырехветвевые Рис. 12.11. Варианты решения узла «балка-стойка». I - опирание балок сверху: а - с креплением боковыми накладка- ми впотай; б - с креплением выступащими боковыми накладками; в - с врезной стальной или фанерной пластиной; г - в паз стойки; д - с фиксацией при помощи уголков; е, ж - с прибитыми с боков стальными или фанерными накладками (жесткое исполнение); II - примыкание балки торцом: з - с опиранием на деревянные прибоины; и-л - с креплением при помощи стальных соедини- тельных изделий (пластины, кронштейна, башмака); III - примыкание боковой поверхностью: м - с опиранием на при- боины с двух сторон; н - с фанерными косынками (жесткое ис- полнение); о - с опиранием на коротыши между элементами со- ставной стойки
212 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.14. Горизонтальные связи деревянных каркасов: а - диагональные в плоскости несущих элементов покрытия; б, г - крестовидные в плоскости перекрытия; в - диагональные в пере- крытии; д - горизонтальный диск жесткости из плит или листов фанеры, уложенных вразбежку и соединенных с балками; е ~ диск жесткости в виде диагональной обшивки досками; ж - варианты расположения второстепенных балок для обеспечения горизон- тальной жесткости и устройства проемов в перекрытиях; за- крепления стержневых связевых элементов к главным балкам Рис. 12.13. Опирание второстепенных балок на главные. Разрезные балки: а - опирание по верху главных балок (в разных уровнях}; б - опирание в одном уровне (примыкание); в - опира- ние на прибоину главной балки; г - опирание на гнутую фасон- ную деталь из полосовой стали; д, е - опирания под углом. Не- разрезные балки: ж - консольного типа; з-к - способы сращива- ния балок в пролете; л - опирание спаренных балок по верху главных; м - сплачивание элементов балки по всей длине; н, п - сплачивание элементов балки накладками в зоне опирания; о, р - сплачивание элементов балки больше величины пролета
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 213 Рис. 12.15. Вертикальные связи деревянных каркасов: а - схемы расположения в плане; схемы связей: б - панель; в - раскос; г - подкосы в два яруса; де- подкосы на высоту этажа; ж - подкосы в верхней части высоты этажа; з - трехветвевая стойка; и - верхние короткие подкосы; к - связь из деревянных элементов в виде крестовины: л, м - криволинейные клеедере- вянные элементы подкосов; н - крестовидная связь из стальных элементов; конструктивные решения связей: о - подкосная связь из брусьев между главными балками; п, с - связи в виде полу- рам; р - жесткое соединение трех элементов каркаса; т - крес- товидная связь из стальных круглых стержней; у - диагональная дощатая обшивка; ф - парные диагональные дощатые подкосы; х - подкосы с упорами на колодки; ц - подкосы с врубками; ч - жесткий узел соединения стойки с наклонной балкой покрытия; ш - подкосы для образования консольного навеса; э - огражде- ние с крестовидными связями
214 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ На рис. 12.16 показаны различия каркасных деревян- ных зданий по форме, конструкции и назначению. Рис. 12.16. Здания с деревянными каркасами: а - жилой дом на рельефе; б-г - общественные здания 12.3. Каркасы стальные 12.3.1. Общие положения Основная область применения стальных каркасов - многоэтажные жилые и общественные здания различно- го назначения. Если для зданий высотой до 30 этажей чаще применяют железобетонные каркасы, то для зданий с большей этажностью целесообразно применять сталь- ные каркасы. По мере увеличения высоты здания влияние горизонтальных нагрузок возрастает и решающими ста- новятся требования по обеспечению жесткости несущих конструкций. Стальные каркасы имеют некоторые преимущества в сравнении с железобетонными, к которым относятся: • относительно меньший вес, в связи с чем уменьшаются усилия в конструктивных элементах, снижа- ются масса и стоимость фундаментов, имеется возмож- ность членения конструкций на монтажные элементы (блоки) более крупных размеров; • конструктивные удобства крепления огражда- ющих конструкций и инженерных коммуникаций; возмож- ность размещения в пределах габаритов колонн верти- кальных коммуникаций, а в пределах высоты перекры- тий - горизонтальных; • малые размеры сечений колонн, что в некото- рых случаях позволяет скрыть их в стене (перегородке); • возможность создания (без резкого увеличе- ния материалоемкости) большепролетных перекрытий, допускающих гибкость планировочных решений. Основная проблема применения стальных каркасов - малая огнестойкость и подверженность коррозии стали - обуславливает необходимость дополнительных затрат на защиту конструкций. Применение огнезащитных покры- тий, использование спринклерных установок может не- сколько снизить эти затраты. Конструктивные элементы каркасов. Колонна - основной элемент каркаса здания, воспринимающий преимущественно сжимающие усилия, иногда с изгибом. Колонны оказывают решающее влияние на конструирова- ние несущей системы и на ее показатели, поэтому при выборе типа колонн нужно учитывать технологические и экономические требования. Применяемые типы сечений сплошных и сквозных колонн показаны на рис. 12.17. Сплошные колонны могут быть прокатными или составными, когда они образуются из нескольких прокатных профилей или листов. Большин- ство сечений - сплошные составные, образуемые авто- матической сваркой. Сквозные колонны (рис. 12.17 у-ш) - как менее ком- пактные и более трудоемкие - используются в современ- ных каркасах реже, преимущественно в уникальных зда- ниях небольшой этажности. Выбор типа сечения зависит от вида и соотношения внутренних усилий (продольная сила, изгибающий мо- мент), от значения расчетных длин, удобства крепления ригелей. Если изгибающие моменты отсутствуют или малы, а расчетные длины не превышают обычной высоты этажа (3-4 м), выбирают компактные сечения с небольшой гибкостью (30-50). Толщину листов в составных сечениях принимают обычно не более 60 мм, а отношение габари- тов сечения к расчетной длине не менее 1/15, чему соот- ветствуют гибкости 40-60 (в зависимости от типа сечения). Двутавровый профиль - самая распространенная форма сечения колонн. Она особенно удобна при необ- ходимости крепления к колоннам балок в двух направле- ниях, так как все элементы двутавра доступны для поста- новки болтов. Прямоугольные коробчатые профили применяются для колонн при больших продольных усилиях и изгибе в обоих направлениях или при большой свободной длине колонн. Сплошной квадратный профиль, позволяющий де- лать колонны с наименьшими габаритами сечения, обла- дает высокой степенью огнестойкости при ограниченной защите.
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 215 Крестообразные профили, благодаря полной сим- метрии и своеобразной форме поперечного сечения, ча- сто применяются из эстетических соображений, особен- но для колонн, которые размещены на пересечении пе- регородок и должны быть скрыты в них. Профили круглого полого сечения (трубы) выгодны с расчетной точки зрения, так как во всех направлениях они имеют одинаковые геометрические характеристики. Сквозные сечения применяются для колонн каркасов высотных зданий, если балки должны проходить между а Д и л м ххпп н о п У Ж 3 Рис. 12.17. Типы сечений стальных колонн: а-г - сплошные из прокатных профилей; д-к - сплошные свар- ные из листов; л-п - сплошные сварные из профилей; р-т - сплошные сварные из листов и профилей; у-ш - сквозные из профилей и накладок (вставок) Рис. 12.18. Схемы баз колонн: а, б - без траверс; в - одностенчатая; г - двухстенчатая с раз- дельными траверсами; д - двухстенчатая с общими траверсами Рис. 12.19. Типы баз колонн; а - при шарнирном сопряжении с фундаментом с толстой опор- ной плитой; б - с плитой и ребрами жесткости; в - с боковыми траверсами; г - при жестком сопряжении с фундаментом, с бо- ковыми траверсами; 1 - отверстия для анкерных болтов; 2 - опорная плита; 3 - траверса; 4 - ребро жесткости; 5 - прижим- ная планка; 6 - анкерный болт X ветвями колонн или предусматривается прокладке техни- ческого оборудования внутри колонн. Базы колонн. База является опорной частью колон- ны и служит для распределения сосредоточенного давле- ния от стержня колонны по площади фундамента, обес- печивая закрепление нижнего конца колонны в соответ- ствии с принятой расчетной схемой. В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют базы; без траверс, с общими или раздельны- ми траверсами, с одностенчатыми или двухстенчатыми схемами (рис. 12.18}. Конструктивное решение базы зависит от способа ее сопряжения с фундаментом и принятого метода монтажа колонн. С помощью базы осуществляется шарнирное или жесткое сопряжение колонн с фундаментами. Базы колонн при шарнирном сопряжении с Фунда- ментом имеют наиболее простую конструкцию (рис. 12.19 a-в). Для центрально сжатых колонн со значитель- ным усилием может быть применена база, состоящая из толстой стальной опорной плиты. Ребра жесткости и со- единительные траверсы создают более равномерную ле-
216 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ редачу силового потока от колонны к плите. Особенность всех шарнирных баз состоит в том, что анкерные болты (их обычно два) крепят базу к фундаменту непосред- ственно за опорную плиту. Базы колонн при жестком сопряжении с фундамен- том крепятся с помощью не менее четырех анкерных бол- тов и прижимных планок (рис. 12.19 г). Жесткое сопряже- ние устраивают для внецентренно сжатых колонн, кото- рые могут передавать изгибающие моменты. С этой це- лью траверсы приходится развивать в направлении дей- ствия момента. При относительно небольших опорных моментах траверсы делают из листов толщиной 10-12 мм или швеллеров. Толщину опорной плиты базы определяют расчетом, однако из конструктивных соображений ее не принимают менее 20 мм. Обычно базы колонн устанавливают на 0,5- 1 м ниже отметки пола первого этажа и обетонируют для защиты от коррозии. Анкерные болты. При шарнирном сопряжении ко- лонн с фундаментом анкерные болты выполняют устано- вочную функцию, фиксируя положение базы относитель- но фундамента. Размеры таких болтов назначают кон- структивно, принимая диаметр 20-30 мм. Отверстия или вырезы для болтов в опорной плите базы делают в 1.5 раза больше диаметра болтов. Глубину заделки бол- тов в бетоне принимают равной 15-20 диаметрам болта. Способы заделки анкерных болтов в фундаменте пред- ставлены на рис. 12.20. Стыки колонн делают из-за ограниченной длины прокатной стали (заводские стыки) и для деления колон- ны на отправочные элементы длиной не более 18 м по условиям перевозки (монтажные стыки). Заводские стыки осуществляют сварными с прямым стыковым швом с полным проваром. Монтажные стыки колонн, по условиям унификации и удобства монтажа, размещают, как правило, на одном горизонтальном уровне выше ригеля на 0,6- 1,0 м. Стыки, Рис. 12.20. Тип анкерных болтов: а - с заделкой анкера с отогнутым нижним концом через сцепле- ние; б, в - с заделкой анкера с помощью шайб; г - с помощью приваренных стержней где не возникают растягивающие напряжения, выполня- ются болтовыми или сварными (рис. 12.21 a-в} как для центрально сжатой колонны. Стыки колонн рамных карка- сов при относительно больших эксцентриситетах испыты- вают растягивающие напряжения и могут быть решены Рис. 12.21. Монтажные стыки колонн: а, б - болтовые стыки, передающие сжимающие усилия; в - сварной сжатый стык; г-е - болтовые стыки при больших эксцен- триситетах: ж-и - то же, сварные; к-м - стыки в месте измене- ния сечения; 1 - плоскость фрезерования торцов; 2 - стяжной болт; 3 - монтажный уголковый коротыш; 4 - накладка; 5 - при- варенная полоса; 6 - фланец; 7 - плита
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 217 болтовыми или сварными. Болтовые стыки с накладками на обычных или высокопрочных болтах (рис. 72.27 г) кон- структивно удобны для открытых сечений колонн и труд- но выполнимы для замкнутых сечений. Фланцевые стыки (рис. 12.21 д, е) более универсальны, но выступы флан- цев должны быть, по возможности, скрыты в стене, обли- цовке колонны или конструкции пола. Более трудоемкие на монтаже сварные стыки (рис. 12.21 з-и) следует применять в случаях, когда болтовой стык становится конструктивно неприемлемым из-за чрезмерного количества болтов. Болты и коротыши из уголков в сварном стыке служат только для временного закрепления колонны перед сваркой и после ее выполне- ния могут быть, при необходимости, удалены. Примеры решения стыков колонны в месте измене- ния ее сечения показаны на рис. 12.21 к-м. Для умень- шения количества перемен сечения по длине колонны можно использовать стали разных классов прочности. Балки представляют собой простейшую конструктив- ную форму, используемую как несущий элемент перекры- тий (покрытий). В каркасах балки служат ригелями рам, образуемых совместно с колоннами. Балки работают пре- имущественно на изгиб. Продольные силы в балках, как правило, незначительны и появляются от горизонтальных ветровых нагрузок, передаваемых от наружных стен че- рез колонны. Система несущих балок в перекрытии называется балочной клеткой, которая бывает нормальной или ус- ложненной. В балочной клетке нормального типа верти- кальная нагрузка на ригели рам передается через второ- степенные балки. Ригели рам в перекрытии такого типа называются главными балками. В балочной клетке ус- ложненного типа применяют балки трех видов с соответ- ствующей передачей нагрузок: балки настила, второсте- пенные и главные. Балки классифицируют следующим образом: • по типу сечения: прокатные, составные (рис. 12.22); • по высоте поперечного сечения: постоянной вы- соты, переменной высоты; • по виду стенки: со сплошной, с перфорирован- ной стенкой, с отверстиями; • по статическому признаку: разрезные, неразрез- ные, консольные. При пролетах до 12 м балки проектируют сплошными из обычных и широкополочных двутавров, одиночных или спаренных швеллеров (рис. 12.22 з). Балочные двутавры с уклоном внутренних граней полок имеют ограниченные возможности по величине пролета. Широкополочные дву- тавры с параллельными гранями полок лишены такого недостатка, так как имеют высоту сечения до 1 м. На предварительной стадии проектирования высоту прокатных балок для междуэтажных перекрытий назнача- ют в зависимости от величины перекрываемого пролета: главных балок - 1/10-1/15 от пролета, второстепенных балок - 1/20-1/24 от пролета. При недостаточной несущей способности и жестко- сти прокатных балок изготавливают составные сварные балки. Простейшая составная балка состоит из трех лис- тов: вертикального (стенки) и двух горизонтальных по- ясов; более сложная замкнутого сечения - из четырех листов (рис. 12.22 и). При больших пролетах и малых нагрузках, размеще- нии инженерных коммуникаций в пределах высоты пере- крытия целесообразны перфорированные балки из ши- рокополочных двутавров (рис. 12.22 ж). Их получают пу- тем разрезания стенки горячекатаного профиля в про- дольном направлении по ломаной линии. Затем обе ча- сти сдвигают относительно друг друга до соединения гребней впритык, после чего они свариваются. В зависи- мости от формы линии, по которой производится разрез- ка стенки, можно получать различные формы отверстий (перфораций) и различную высоту балки. Оптимальная высота составляет полуторную высоту исходной балки. Для увеличения высоты сечения перфорированной балки между гребнями вставляются прямоугольные пластины. Сопряжение главных и второстепенных балок мо- жет быть этажным, когда вспомогательные балки распо- лагаются над главными (рис. 12.23 е, л); в одном уров- не, когда верхние пояса вспомогательных и главных ба- лок находятся в одной плоскости (рис. 12.23 з-к, н-р); пониженным, когда пояс вспомогательной балки распо- Рис. 12.22. Балки стальных каркасов: а-е - формы балок из прокатных профилей; ж - сварные перфо- рированные балки; з - типы сечений балок из прокатных профи- лей; и - сечения сварных балок из листов; к - балка из швелле- ров и листов
218 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.23. Сопряжения вспомогательных балок с главными. Приемы креплений: а - болтовое с помощью уголков; б - болто- вое односрезное с помощью приваренного вертикального лис- та; в - болтовое двухсрезное; г - болтовое через торцовый лист вспомогательной балки; д - сварное крепление к стенке главной балки. Шарнирные сопряжения: е - этажное опирание с фикса- цией болтами; ж - пониженное болтовое; з-к - одноуровневые болтовые. Жесткие сопряжения: л - этажное опирание неразрез- ной второстепенной балки; м - пониженное опирание с верхним накладным листом; н - одноуровневое болтовое с верхним на- кладным листом; о - то же, с верхним и нижним листами; п, р - одноуровневые сварные Рис. 12.24. Фермы стальных каркасов: а - безраскосная ферма (балка Виренделя), сварная из прокат- ного двутавра; б - узлы безраскосной фермы при необходимо- сти увеличения жесткости и несущей способности; в - безрас- косная ферма под большие нагрузки (сварная из листовой и широкополосной стали); г - ферма с нисходящими раскосами; д - ферма с треугольной решеткой; е-м - типы сечений ферм, н-р - варианты узлов ферм
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХЗДАНИЙ 219 Рис. 12.25. Схемы компоновки стальных каркасов: а-г - с поперечными основными рамами; д-з - с продольными рамами; и-м - с рамами в двух направлениях; н-р - с рамами в трех направлениях (на треугольной сетке колонн); с-ц - с комбинированными расположением и пролетами рам; ч - с рамами в трех на- правлениях (для треугольного в плане здания); ш - с веерообразным расположением рам; э - с рамами по радиальным и кольцевым направлениям
220 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ лагается ниже пояса главной балки (рис. 12.23 ж, м). Этажное сопряжение балок отличается простотой испол- нения, но вызывает увеличение строительной высоты пе- рекрытия и, соответственно, здания. В месте сопряжения двух балок поперечная сила при- крепляемой второстепенной балки должна быть переда- на на главную балку. Для балок с шарнирным опирани- ем наиболее распространены следующие приемы сопря- жений: болтовые с помощью уголков или приваренных вертикальных листов и сварные (рис. 12.23 а-к). Жесткие сопряжения, передающие поперечные силы и изгибающие моменты, изображены на рис. 12.23 л-р. При необходимости получения больших внутренних безопорных пространств (помещений) в качестве ригелей рам каркасов применяют фермы (рис. 12.24). Безраскос- ные фермы на высоту этажа изготавливают из прокатно- го профиля (двутавра) с помощью сварки. При работе под нагрузкой пояса и стойки таких ферм испытывают про- дольные усилия и изгибающие моменты, что необходимо учитывать при проектировании каркаса. Для перекрытия больших пролетов и прокладки горизонтальных коммуни- каций в пределах высоты перекрытия применяются рас- косные фермы, высоту которых принимают в пределах 1/8-1/10 пролета (рис. 12.24 г. д). Компоновка элементов каркаса во многом зависит от архитектурно-планировочных требований и определя- ется формой здания. Характерные для стальных каркасов типы компоновок представлены на рис. 12.25. В каркасных зданиях компоновка колонн определяет систему горизонтальных элементов каркаса - бвлок. Глаз- ные балки совместно с колоннами образуют основную си- стему, выполняя функции несущих эламентов вертикаль- ных рам. Пролеты главных балок могут достигать 15 м. В зависимости от размеров основной планировочной ячей- ки каркаса она может быть разделена второстепенными балками с образованием балочной клетки. Эти балки име- Рис. 12.26. Схемы членения стальных каркасов на отправочные элементы ют пролеты 6-12 м и располагаются с шагом 2-3 м. При этом чем больше их пролет, тем меньше шаг, и наоборот. Конструкции несущих систем каркасных зданий вы- бираются в соответствии со схемой передачи усилий в виде поперечных, продольных и пространственных рам (в двух или трех направлениях). В системах с поперечными рамами (одно-, двух-, трехпролетными) вертикальные нагрузки передаются этим рамам, которые одновременно воспринимают и основную часть горизонтальных нагрузок (рис. 12.25а). По мере уве- личения шага рам необходимо переходить на балочные клетки (рис. 12.25 б-г), в которых второстепенные балки передают вертикальные нагрузки на главные балки - риге- ли рам. Такой подход характерен для жестких (рамных) каркасов. Второстепенные балки чаще всего располагают в третях или четвертях основного пролета. В несущих системах с продольными рамами (рис. 12.25 д-з) вертикальные нагрузки передаются рамам, параллельным длинной стороне здания, а поперечные рамы работают, в основном, на горизонтальные нагрузки. Если сетка колонн и форма плана здания близки к квадрату, то обычно применяют несущие системы, рабо- тающие е двух направлениях (рис. 12.25 и-м). В целях распределения вертикальных нагрузок по обоим направ- лениям расположение главных и второстепенных балок можно менять поэтажно. В треугольном по плану здании главные балки могут располагаться в двух или трех направлениях параллельно каждой из наружных стен, а второстепенные - перпенди- кулярно им или под углами в 30' и 60' (рис. 12.25н-р, ч). Каркасное здание усеченной элиптической формы (рис. 12.25 ш) требует устройства необычного веерооб- разного расположения главных балок и рам, которые вос- принимают вертикальные нагрузки и основную часть го- ризонтальных нагрузок. Естественно стремление в зданиях, близких к форме круга (рис. 12.25 э), создать систему радиальных рам и связывающих их балок по кольцевым направлениям или, наоборот, кольцевых рам и радиальных балок. Членение конструкций каркаса на отправочные эле- менты (рис. 12.26) при ограничении веса и габаритов должно обеспечивать максимальную степень их заводс- кой готовности. При определении габаритов отправочных элементов принимают во внимание особенности транс- портировки и монтажа конструкций конкретного объекта строительства. Наиболее часто используют схему с ли- нейными отправочными элементами (рис. 12.26 а), име- ющую преимущество транспортировки и складирования. Другие схемы членения каркаса уступают линейной, но имеют свои преимущества. Для ускорения и повышения качества монтажа отпра- вочные элементы на строительной площадке укрупняют в монтажные блоки массой до 15-20 т в специальных стендах и кондукторах, обеспечивающих высокую точ- ность укрупнительной сборки. Монтажные блоки могут быть плоскостными и пространственными (рис. 12.27). В современной практике строительства зданий из стали применяются рамные, связевые и рамно-связевые типы каркасов (рис. 12.28 a-в). При проектировании стального каркаса в силу различных причин не всегда со- храняется регулярность системы и единый принцип ее построения. В высоких зданиях возможны нарушения ре- гулярности в виде выступов и углублений в плане, усту- пов и консольных выносов по высоте, смещений осей и
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 221 некоторых колонн и ригелей, изменения схемы работы системы по высоте здания, по поперечному или продоль- ному направлению и т.д. (рис. 12.28 г-ж). В некоторых архитектурно-конструктивных решениях применяют стальные каркасы с наклонными колонна- ми. В этих случаях необходим учет передачи горизон- тальных усилий на каркас от наклонных колонн. Горизон- Рис. 12.27. Членение каркаса нв монтажные блоки и элементы тальные усилия тем больше, чем сильнее колонны откло- няются от вертикали. В зданиях с симметричными карка- сами (рис. 12.29 а, б) горизонтальные усилия от нагрузки взаимно погашаются. В несимметричных каркасах (рис. 12.29 в) требуется мощная жесткая несущая конструкция, способная воспринять горизонтальные усилия. Парные наклонные колонны, например, для образования проезда (рис. 12.29 г) эффективно увеличивают жесткость здания против ветровых горизонтальных нагрузок; V-образные опорные колонны (рис. 12.29 д) также хорошо сопротив- ляются горизонтальным усилиям. В зданиях воронкооб- разной формы с наклонными колоннами создаются зна- чительные горизонтальные силы, которые при симмет- ричном решении каркаса могут быть, в основном, воспри- няты мощными звтяжками (рис. 12.29 е). Огнестойкость открытых стальных конструкций кар- касов, как правило, не соответствует требованиям, уста- новленным для многоэтажных зданий. Защита стальных элементов от огня обычно выпол- няется: • напылением (окраской) или оштукатуривани- ем специальными красками, пастами, растворами с тол- щиной слоя от нескольких долей миллиметра до 2-3 см (Приложение 8); • облицовкой плитами из гипса, асбестоцемен- та, вермикулита, кремневермикулита, базальтовой мине- ральной ваты и т.п. Огнезащитные покрытия, выполненные современными штукатурными растворами, способны повысить огнестой- кость конструкций до 3 часов (R180). К достоинствам таких покрытий относится их способность в обычных («непожар- ных») условиях выполнять роль тепло- и звукоизоляции. Одними из принципиально новых огнезащитных плит- ных материалов являются вврмикулитово-силикатные плиты «Минпласт», обладающие малым весом, низким коэффициентом теплопроводности, высокой прочностью и морозостойкостью. Материал имеет отделочное покры- тие (пластик, полимерные пленки, металлические листы и др.). При толщине 50 мм плиты «Минпласт» придают стальным элементвм огнестойкость в 2,5 часа. Техноло- гия облицовки предусматривает раскрой плит по разме- Рис. 12.28. Конструктивно-статические схемы стальных каркасов и их возможные сочетания: а - рамный; б - связевый; в - рамно-связевый; г, д - разделение каркаса на крупные зоны с разными системами по высоте; е, ж - местные изменения в системе Рис. 12.29. Каркасы с наклонными колоннами: а, б - симметричные; в - несимметричный; г - с парными сим- метричными внутриконтурными колоннами; д - с V-образными парными опорными колоннами; е - с наклонными симметричны- ми колоннами в верхней части каркаса
222 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ рам, заделку стыков специальным клеевым составом, крепление плит между собой с помощью саморезов. В исключительных случаях применяется способ повы- шения огнестойкости, при котором полости стальных ко- лонн трубчатого (коробчатого) сечения заполняются во- дой, начинающей автоматически циркулировать при по- жаре. Способ позволяет повысить предел огнестойкости стальных конструкций до 1,5 часов без применения до- полнительных мероприятий по огнезащите. Коррозионный износ стальных каркасов многоэтаж- ных зданий незначителен и не оказывает существенного влияния на прочность и долговечность. Стальные элемен- ты конструкций преимущественно имеют достаточно мощные сечения из толстой стали, находятся внутри зда- ния в неагрессивной среде и требуют лишь грунтовки. Кроме того, противопожарный защитный слой, нанесен- ный на поверхность элементов, обеспечивает одновре- менно и их защиту от коррозии. Стальные элементы зданий, которые по нормам не требуют специальной огнезащиты, необходимо защи- щать от коррозии. Способы защиты металлических конструкций от коррозии приведены в Приложении 9. 12.3.2. Рамные каркасы Рамный стальной каркас состоит из жестко соеди- ненных между собой колонн и балок (ригелей), образую- щих плоские и пространственные рамы в двух или трех направлениях (в плане). Жесткие рамы работают при горизонтальных нагруз- ках за счет изгиба балок и колонн. Жесткость рам зави- сит от прочности и жесткости узловых сопряжений при изгибе, которые не допускают податливости узлов. Функ- ции обеспечения жесткости распределены равномерно между элементами системы. Несущая способность рамы во многом зависит от несущей способности отдельных балок и колонн, снижается с повышением высоты этажа и увеличением расстояния между колоннами. В обычной рамной системе {рис. 12.30) на прямоу- гольной модульной сетке с расположением рам по каж- дому ряду колонн с их регулярным расположением по всему плану здания с шагом 6-9 м сечения колонн имеют небольшие габариты. В такой системе учет горизонталь- Рис. 12.30. Схемы компоновки рамных каркасов ных нагрузок приводит к заметному увеличению расхода стали, поэтому в зданиях высотой более 30 этажей рам- ные каркасы в их чистом виде применяются редко. В каркасах зданий средней этажности, где влияние горизонтальных нагрузок меньше, рамы с жесткими узло- выми соединениями могут располагаться через шаг, а в малоэтажных каркасах - только по контуру здания (см. рис. 12.30). Крепление балок к колоннам. Рамным каркасам соответствует жесткое (рамное) крепление балок к колон- нам. В узлах сопряжений возникают изгибающие момен- ты (М) и поперечные силы (О), что необходимо учитывать при конструировании узлов. Например, при двутавровых колоннах и балках требуется устройство ребер жесткости в колонне в уровнях соединительных планок или примы- каний верхнего и нижнего поясов балки (рис. 12.31). Наиболее прогрессивное решение рамных узлов - фланцевые соединения на высокопрочных болтах (рис. 12.32), которые следует применять во всех случаях при возможности их выполнения на заводе-изготовителе. Жесткие узлы крепления балок к колоннам на сварке изображены на рис. 12.33. Узлы имеют множество моди- фикаций, обусловленных различием сечений колонн, главных балок, архитектурно-строительных требований. Применительно к рамным каркасам представляет ин- терес система «6D», разработанная австрийской фирмой «Дубрава» и адаптированная к российским условиям для строительства жилых и общественных зданий до 20 эта- жей. Система «6D» основана на использовании модуль- ных единиц - шестигранных ячеек заводского изготовле- ния, которые могут пристраиваться друг к другу по гори- зонтали и вертикали. Ячейки собираются всего лишь из трех конструктивных элементов (рис. 12.34): • стоек из цельнотянутых стальных труб с верхними и нижними опорными плитами и крепежными накладками; • балок для бокового и радиального соединения стоек; • «звезды», соединяющей радиальные балки в центре ячейки. Упакованный комплект ячейки, состоящий, в общем случае, из шести колонн, шести бортовых ригелей, шести радиальных ригелей и соединительной «звезды», постав- ляется на монтажную площадку и на специальном кондук- торе собирается в модульный блок. Сборка элементов производится на болтах. После сборки образуется жест- кий рамный блок, монтаж которого занимает 5-10 минут. На ригели ячейки укладываются плоские железобетонные плиты перекрытий или устраивается монолитное пере- крытие. Устойчивость каркаса обеспечивается жесткими узлами сопряжения стоек с фундаментом, стоек между собой и стоек с ригелями. 12.3.3. Связевые и рамно-связевые каркасы Связевый тип каркаса состоит из связевой плоской или пространственной конструкции и колонн, шарнирно присоединенных к ней ригелями. Связевая конструкция представляет собой вертикальную диафрагму, образо- ванную колоннами, ригелями и связями - диагональны- ми элементами (рис. 12.35). Функции обеспечения жест- кости распределены в связевом каркасе неравномерно: при действии горизонтальных нагрузок практически вся жесткость сосредоточена в связевой конструкции, рабо- тающей по схеме защемленной в фундаменте консоли.
Раздел Hi. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 223 Колонны при условии шарнирного их присоединения к связевой конструкции настолько слабо сопротивляются горизонтальным перемещениям, что их вкладом в жест- кость каркаса можно пренебречь. Эти колонны сжаты от вертикальных нагрузок перекрытий, наружных стен и пе- регородок. Колонны, входящие в состав связевой кон- струкции, воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки, работая в качестве ее поясов. Ригели несут не- посредственно действующие на них вертикальные на- грузки и испытывают небольшие продольные усилия от горизонтальных нагрузок. Связевый тип каркаса работает на горизонтальные нагрузки эффективнее рамного, так как в работе участву- ют диагональные элементы (связи). Большая часть ко- лонн освобождена от внутренних усилий изгиба и требу- ет меньшего расхода стали. Поэтому в связевом каркасе проще унифицировать элементы и узлы, не входящие в связевую конструкцию. Связевым каркасам соответствует свободное (шар- нирное) крепление балок к колоннам (рис. 12.36). По Рис. 12.32. Рамный узел крепления балок к колонне коробчатого сечения со вставкой: 1 - колонна; 2 - балка; 3 - вставка; 4 - болт; 5 - фланец Рис. 12.31. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам на болтах: а - с опиранием на торцовую пластину; б - с вваркой клинообраз- ной вставки; в - с помощью торцовых пластин, приваренных под уг- лом; г - с помощью торцовой пластины балки; д - с помощью кре- стообразной фасонки (элемента колонны коробчатого сечения); е - непосредственное крепление балок к колонне; ж - с помощью тор- цовых пластин колонн; з - с помощью верхней накладки; и - с по- мощью обходящих колонну накладок (неразрезная колонна)
224 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.33. Рамные (жесткие) узлы крепления балок к колоннам на сварке: а - с опиранием по верху; б, в - с горизонтальными накладками; г - с боковыми полосовыми накладками; д - с консолями (балки не- разрезные); е - с опорными столиками и верхними накладками при крестовидной колонне; ж - крепление шести балок при помощи ше- стиугольного листа и вертикальных ребер (изображен нижний пояс) сравнению с другими свободное крепление на болтах нормальной точности проще в изготовлении и монтаже, не требует высокой точности изготовления, обеспечива- ет податливость узла и практически свободный поворот балки относительно колонны. Основные усилия для рас- чета крепления - поперечная сила в опорном сечении балки (О) и продольная сила (W), возникающая в балке при работе сеязевой системы. Для удобства монтажа и частичной передачи поперечных сил в большинстве слу- чаев предусматриваются опорные столики в виде угол- ков, кронштейнов, толстых листов стали. Основные типы вертикальных связей и их компонов- ки для стальных каркасов показаны на рис. 12.37 - начи- ная от самой жесткой конструкции (крестовидная связь) и заканчивая наименее жесткой конструкцией (неполные подкосы). Выбор типа связей определяется не только требуемой жесткостью, но и необходимыми размерами оконных и дверных проемов в местах установки связей - на рис. 12.37 проемы показаны пунктиром. Поясами вертикальных связевых ферм являются, как правило, колонны, стойками - балки перекрытий. В каче- стве раскосов и подкосов чаще всего применяют само- стоятельные элементы связей, поскольку использовать для этого др. наклонно расположенные элементы (косоу- ры лестниц, балки пандусов и т.п.) удается очень редко. При действии горизонтальной (ветровой) нагрузки в зависимости от ее направления в раскосах (подкосах) возникают усилия либо сжатия, либо растяжения. Для того, чтобы раскосы были всегда растянуты, применяют крестовидную решетку связей, в которой всегда один из раскосов растянут, а другой остается ненапряженным. Крепление раскосов в большинстве случаев выполняет- ся на болтах {рис. 12.38}. Узкие вертикальные связевые фермы могут быть сварены на заводе и доставлены на стро- ительство в готовом виде. Во всех случаях оси раскосов должны проходить через точки пересечения осей колонн и ригелей. Примыкание с эксцентриситетом связано с воз- никновением изгибающих моментов в стержнях решетки. Различие форм зданий в плане предполагает раз- нообразие возможных компоновок связевых каркасов (рис. 12.39), которые характеризуются следующими особенностями: • расположением диафрагм и ядер жесткости: внутри здания, в зоне контура здания, комбинированным, симметричным, несимметричным; • количеством диафрагм и ядер жесткости (обыч- но не менее трех диафрагм или двух ядер); • формой ядер жесткости: незамкнутые (откры- тые) - Г-, П-, Т-, Z-образные; замкнутые - прямоугольной, треугольной и других форм. Рамно-связевые каркасы аналогичны по своей схе- ме связевым. но отличаются от них рамным (жестким) соединением ригелей и колонн, не входящих в связевую конструкцию. Функции обеспечения жесткости системы распреде- лены между ее сеязевой и рамной частями, однако в большинстве случаев соотношение жесткостей в системе таково, что ее связевая часть воспринимает до 80% гори- зонтальных нагрузок. Моменты от горизонтальной нагрузки в узлах рамно- связееого каркаса намного меньше, чем в чисто рамной системе, что обеспечивает унификацию ригелей и узлов. Однако узлы довольно сложны и трудоемки в изготовле- нии и монтаже.
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 225 Рис. 12.34. Схема формирования стального каркаса системы «60» и его основные узлы
226 В. А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.35. Принципиальная схема расположения связевых кон- струкций - вертикальных диафрагм жесткости В современной практике применяют рамно-связевые системы с примыканием ригеля к колонне, насчитанным на восприятие 0,1 -0,2 части полного балочного момента риге- ля и допускающим образование шарнира пластичности (рис. 12.40). Такие примыкания облегчают унификацию уз- Рис. 12.36. Свободное (шарнирное) болтовое крепление балок к колоннам: а - с помощью соединительных уголков и уголковых столикое; б - через опорное ребро фланцевого типа; в - через приваренную к колонне пластину с опиранием на столик; г - с помощью пропу- щенного через колонну стального листа и боковых накладок лапу- портальная Рис. 12.37. Типы вертикальных связей и схемы их компоновки Рис. 12.38. Крепление элементов вертикальных связей на болтах: а, б - к приваренной узловой фасонке; в - к фасонке на болтах; г - соединение фланцевого типа
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 227 лов и ригелей и способствуют широкому применению рам- но-связевых стальных каркасов в многоэтажных зданиях. Применяются и другие рамно-связевые каркасы {рис. 12.41). Эффективность каркаса может быть повышена за счет использования горизонтальных жестких решетчатых поясов и ростверков. Пояс или ростверк жесткости пред- ставляют собой связевую решетчатую конструкцию высо- той в этаж, предназначенную для увеличения жесткости здания. Пояс размещается в средней части здания, а ро- стверк - конструкция, венчающая здание. По высоте зда- ния устраивается один или несколько горизонтальных поясов жесткости - чем больше поясов, тем лучше совме- стная работа ядра жесткости и наружных колонн, выше жесткость всего каркаса. Пояса размещаются в тех мес- тах здания, где их диагональные связи не ограничивают функциональный процесс в здании (например, в уровне технических этажей). Размещение горизонтальных поясов жесткости ввер- ху (ростверк) и посередине здания {рис. 12.41 а, 6} целе- сообразно для зданий высотой до 60 этажей. Виды связей каркасов плоские (диафрагмы жесткости) пространственные (ядра жесткости) незамкнутые замкнутые Рис. 12.39. Компоновочные схемы связевых каркасов Рис. 12.40. Компоновочные схемы рамно-связевых каркасов В производственных и общественных зданиях с уве- личенными пролетами поясами жесткости являются ре- шетчатые ригели высотой в этаж (рис. 12.41 г), имеющие в местах проемов (проходов) рамные вставки. При оди- наковом расположении ригелей в соседних рамах (схема I) чередуются этажи с большой свободной площа- дью и стесненными условиями. Этот недостаток устраня- ется при шахматном расположении ригелей (схема II), ко- торое обеспечивает на всех этажах достаточно крупные по размерам помещения в результате поочередного опи- рания плит перекрытий на верхние и нижние пояса ферм и удвоения их шага. Примеры зданий со стальными каркасами приведе- ны на рис. 12.42. 12.4. Каркасы железобетонные Железобетонные каркасы предназначены для строи- тельства малоэтажных и многоэтажных гражданских (в том числе жилых) и промышленных зданий с норматив- ными нагрузками на 1 м2 перекрытия от 3 до 30 кПа. Ве- личина нагрузки зависит от пролета ригеля, шага колонн, плит перекрытий, способа строительства, конструктив- ных особенностей каркасов. Железобетонные каркасы подразделяются: • по способу обеспечения пространственной жесткости на конструктивно-статические типы: рамные, связевые, рамно-связевые; • по технологии возведения: сборные, монолит- ные, сборно-монолитные; W1Z7 sismz smzz Рис. 12.41. Рамно-связевые каркасы с горизонтальными пояса- ми жесткости: а - пояс и ростверк жесткости в обычной рамной системе; б - то же, с вертикальной диафрагмой или ядром жесткости; в - фер- мы-ригели через два этажа; г - фермы-ригели через этаж
228 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 12.42. Примеры зданий со стальными каркасами: а - трубчатые колонны снаружи соединены криволинейными ригелями; б - устройство балконов, крыши и наклонного остекления с помощью дополнительных элементов каркаса; в - цилиндрические объемы с консольными выступами; г - колонны каркаса нижних этажей вынесены наружу; д - трубчатые колонны крайнего ряда вынесены наружу
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 229 • по типу горизонтальных несущих конструкций: с балочными перекрытиями, безригельные, с перекрытия- ми по фермам (в том числе высотой в этаж). 12.4.1. Каркасы с балочными перекрытиями В основе проектирования сборных каркасных зданий лежат унифицированные конструктивные решения, пре- дусмотренные каталогами индустриальных серийных из- делий (например, серии 1.020.1-2с/89, ТК1-2). Такая практика принята в России и других странах. Некоторые серии являются межвидовыми - для применения в граж- данском и промышленном строительстве. Унификация осуществляется на основе методики открытой системы типизации и базируется на типизированных габаритных схемах геометрических параметров зданий. В результате унификации определились следующие основные параметры каркасных зданий и их железобе- тонных элементов: • высоты типовых этажей. 3,0; 3,3; 3,6; 4,2; 5,4,6,0 7,2 м; • высоты первого повышенного этажа: 4,2 (при вы- соте типового этажа 3,3 м); 4,8 (3,6); 6,0 (4,8); 7,2 (6,0) м; • высоты подвальных этажей: 3,2; 3,4; 3,7; 4,0; 4,6 м; • высота технического этажа 2,4 м; • высота технического подполья 2,0 м. • высоты верхних зальных этажей: 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,0; 8,0 м, • сечение колонн 400 х 400 мм; • высота колонн на 1, 2 и 3 этажа; • ригели сборные и сборно-монолитные высотой сечения 450, 600 и 900 мм с жестким или шарнирным со- единением с колонной; • плиты перекрытий, многопустотные (высота 220 мм); ребристые (300 и 400 мм); ребристые типа «ТТ» и «Т» (600 мм); • размещение лестничных клеток в модульных ячейках колонн размерами 3,0 к (6,0; 6,6; 7,2) м; 2,4 х (4,8; 5,4; 6,0; 6,6) м. Элементы сборных каркасов. Большое значение при массовом строительстве каркасных зданий имеют способы членения несущих конструкций на сборные элементы (рис. 12 43) От системы членения во многом зависят; технологичность строительства, стоимость изго- товления элементов на заводе и монтажа на строитель ной площадке, эксплуатационные свойства соединений и надежность всего здания. При разработке железобетонных каркасов стремятся к укрупнению изделий, сокращению количества и упрощению стыков, повышению заводской готовности конструкций. Наибольшее распространение имеет разрезка карка- са на линейные элементы - двухэтажные колонны и одно- пролетные ригели (рис 12.43 а). Многие варианты с Г-, Рис. 12.43. Способы членения железобетонных каркасов на сборные элементы: а - двухэтажные колонны и однопролетные ригели; б - одноэтаж ные колонны и однопролетные ригели; в - Г- и Т-образные ко- лонны и ригели-вставки; г - Т-образные элементы; д - Н-образ- ные рамы; е - то же, с наружными консолями: ж - П-образные рамы и ригели-вставки; з - двухэтажные рамы и ригели- вставки; и, к - крестообразные элементы; л - П-образные элементы; м - то же, с внутренними консолями; н - Г- и Т-образные элементы; о - Ж-образные элементы; п, р - двухпролетные рамы
230 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Н-, П-, Ж-образными элементами находят ограниченное применение из-за сложности изготовления, монтажа, пе- ревозки, хотя и имеют преимущество в сниженном коли- честве стыков. Железобетонные колонны подразделяют: • по местоположению - рядовые, фасадные, тор- цевые, угловые, связевые и др.; • по этажности - одно-, двух-, трех- и четырех- этажные: • по несущей способности (например, 2000, 3000, 4000, 5000 кН); • по форме поперечного сечения - квадратные, прямоугольные и др.; • по типу стыка колонн между собой (рис. 12.49) - безметальные, с плоскими металлическими торцами, с центрирующими прокладками, с выпусками свариваемой арматуры при монтаже; • по условиям опирания ригелей - колонны с кон- солями (рис. 12.44), бесконсольные (рис. 12.45); • по классу бетона (например, В15; В25; ВЗО; В45); • по способу армирования ствола колонны (рис. 12.46): с периферийным армированием, с центральным армированием, со спиральной арматурой, с металличе- скими сердечниками, с комбинированным армированием. Армирование ствола колонн производят арматур- ными стержнями диаметром от 12 до 40 мм из стали A-II и А-Ill (A-IV, A-V), что позволяет добиться эффективной градации их несущей способности. Продольная и попе- речная арматура (хомуты), сетки косвенного армирова- Рис. 12.44. Колонны с консолями для опирания ригелей: а, в - со скрытыми консолями; б - с трапециевидными консолями; г - с четырехсторонними консолями; д - с квадратной капителью; е - с консольным оголовком; ж, з - со стальными консолями ния и закладные детали объединяются в единый про- странственный арматурный каркас (рис. 12.46). По экономическим соображениям и условиям унифи- кации элементов несущую способность колонн рекомен- дуется увеличивать путем повышения классов бетона и арматуры, а не за счет увеличения размеров поперечно- го сечения колонн. При значительных усилиях в колоннах и ограниченных (по условиям унификации) размерах их поперечного се- чения колонны изготавливают с металлическими сердеч- никами, в качестве которых применяют полосы (пакет по- лос), наборное сечение из уголковой стали - «капуста», а также пучки свариваемой арматуры (рис. 12.47). Стыки колонн (см. рис. 12.49} подразделяют: • по устройству: сборные, монолитные, сборно-мо- нолитные, со сваркой продольной арматуры и без сварки; • по форме: плоские, сферические, с подрезкой бетона в зоне стыка; • по усилению зоны стыка: металлические, безме- тальные. Опирание колонны на фундамент осуществляется обычно через сборный железобетонный башмак (рис. 12.50 а). В узле такого типа передача усилий происходит через прочный растворный шов, который, будучи заклю- ченным в обойму, работает на смятие. Другой тип опирания (рис. 12.50 6} с использовани- ем подколенников пирамидального вида обеспечивает Рис. 12.45. Бесконсольные колонны: а - с цилиндрическими каналами сверху и снизу; б - с обнажен- ной арматурой в уровне перекрытия; в - с верхними выпусками арматуры; г - с горизонтальными арматурными выпусками для соединения с ригелями; д - с вилкообразным оголовком; е - с плечиками для опирания ригелей
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 231 унификацию всех узловых соединений, простоту изготов- ления подколенника и более простые приемы достижения необходимой точности монтажа. Железобетонные ригели различают: • по местоположению в несущей системе: рядо- вые, фасадные, торцовые, лестничные, коридорные; • по несущей способности (в кН/м) ригеля (напри- мер, 72, 110, 145); • по пролету: однопролетные, двухпролетные, кон- сольные; • по форме поперечного сечения: прямоугольные, тавровые с полкой понизу, тавровые с полкой поверху, двутавровые, П-образные, спаренные, двухветвевые и др. (рис. 12.51 и 12.52); • по типу стыка с колонной; с подрезкой на опоре, с выпусками продольной арматуры, с вертикальными от- верстиями, с гнездами и т.п.; • по способу производства: предварительное на- пряжение с механическим натяжением арматуры, с элек- тротермическим способом натяжения арматуры и т.д. Ригели каркасов часто имеют Т-образную форму по- перечного сечения с полками понизу для опирания на них плит перекрытий. Такая форма ригеля позволяет умень- шить на толщину плиты перекрытия размер выступающей в интерьер части ригеля и тем самым снизить высоту эта- жей здания. Ригели в опорной части имеют подрезки, со- ответствующие размеру консоли колонн, в результате чего сопряжение ригеля с колонной осуществляется без выступающих в интерьер консолей или их частей (имита- ция рамного узла). Ширина ригелей понизу обычно равна ширине колонн. ж э и 8040 А Ш 4040 А1 8040 АЛ 12028 Ат Е 20028 Ат Е *28028 Ат Е Рис. 12.46. Варианты армирования колонн. Периферийное арми- рование под нагрузки, кН: а - 2000; б - 3000; в - 5000. Смешанное армирование под на- грузки, кН: г - 9000; д - 12000; е - 15000; ж - 9000; з - 12000; и - 15000 Рис. 12.48. Армирование консолей колонн: а - армирование с жесткими листами, привариваемыми к арма- туре; б — комбинированного типа без соединения с продольной арматурой колонн; 1 - арматурный каркас колонны; 2 - металло- конструкция консоли; 3 - стальной лист, приваренный к продоль- ной арматуре колонн; 4 - комбинированная конструкция консоли Ригели изготавливают из бетона классов В25, ВЗО и В40 и армируют пространственными каркасами, в кото- рые входят плоские каркасы, сетки и закладные детали, объединенные с помощью сварки (рис. 12.53). Диафрагмы жесткости в системе сборного каркаса формируются из сборных железобетонных элементов (ос- новное решение), а также выполняются из монолитного же- Рис. 12.47. Сборные железобетонные колонны с металлически- ми сердечниками: а - общий вид колонны; б - типы сечений стальных сердечников: в - стык колонны; г - деталь опирания на фундамент; 1 - выпуски арматурных стержней; 2 - стальные закладные детали; 3 - колон- на; 4 - стальной сердечник; 5 - слябы; 6 - полосы толщиной до 60 мм; 7 - уголки; 8 - сварной шов; 9 - стяжной болт: 10 - сталь- ная опорная плита; 11 - анкер
232 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ лезобетона в виде замкнутых ядер жесткости (рис. 12.54 а) и решетчатых металлических конструкций (рис. 12.56). Сборные элементы диафрагм жесткости подразделяют: • по виду поперечного сечения верхней части: кон- сольные (одно- и двухконсольные), бесконсольные; • по типу горизонтального стыка диафрагм: с за- кладными деталями в горизонтальном шве, со шпонками, с безметальным контактным стыком; • по наличию дверных проемов: проемные, бес- проемные (глухие), Г-образные (флажок). Как правило, диафрагмы жесткости - панели на один этаж высотой толщиной 140, 160, 180 мм. Панели диафрагм жесткости устанавливают в проле- тах от колонны до колонны и рассчитывают на совмест- ную с ними работу. В плане панели всегда устанавливают по координационным осям, а по вертикали - таким обра- зом, чтобы швы панелей совпадали с отметкой верха пе- рекрытий. Между собой и с колоннами в вертикальных швах панели связываются в монтажных узлах сварными соединениями, обеспечивающими передачу вертикаль- ных сдвигающих усилий. Передачу горизонтальных сдви- гающих усилий обеспечивают монолитные шпоночные соединения панелей в горизонтальных швах (рис. 12.55). Все зазоры в стыках и примыканиях панелей к колоннам и плитам перекрытий зачеканивают цементным раство- ром и бетоном. Общая устойчивость здания обеспечивается совмес- тной работой горизонтальных дисков перекрытий и верти- Рис. 12.49. Стыки колонн: а ~ контактный; б - плоский со стальными опорными пластина- ми; в - со сваркой продольной арматуры; г - со сваркой сталь- ных оголовников; д, е - болтовые; ж, з - на полимеррастворах; 1 - фиксирующий стержень; 2 - цементно-песчаный раствор; 3 - сетка косвенного армирования; 4 - продольная арматура колон- ны; 5 - стальная пластина; 6 - сварка; 7 - центрирующий бетон- ный выступ; 8 - стыковая ниша; 9 - стальной оголовник; 10 - на- кладка на сварке; 11 - болт; 12 - гнездо; 13 - полимерраствор; 14 - отверстие в колонне; 15 - центрирующая прокладка Рис. 12.50. Опирание железобетонных колони на фундамент: а - через башмак стаканного типа; б - через пирамидальный подколенник; 1 - колонна; 2 - башмак; 3 - подколенник; 4 - фун- дамент; 5 - бетон; 6 - выпуски арматуры
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 233 Рис. 12.51. Ригели с опиранием на консоли колонн; а - с подрезкой на опоре; б - с подрезкой и горизонтальными проемами, в - с подрезкой и гнездами для опирания второсте- пенных балок; г - с зауженными опорными концами; д - с под- резкой на опоре и полками для опирания плит; е - с подрезкой и петлевыми выпусками поперечной арматуры; ж - с выпусками верхней продольной арматуры; з - то же, с полками; и - с выпус- ками поперечной арматуры; к - с верхними гнездами и отверсти- ями для установки болтов; л - двутаврового сечения с отверсти- ями для болтов; м - с гнездами для скрытых консолей колонн; н - спаренный; о - то же, трапециевидного сечения; п - спарен- ный из Г-образных элементов; р - двухветвевой кальных диафрагм жесткости. Для этого необходимо уст- ройство как минимум трех плоских диафрагм жесткости с горизонтальными осями, не пересекающимися водной точ- ке, т.е. в каждом температурном блоке здания необходимы две диафрагмы одного направления и одна - другого. Для увеличения жесткости связевых систем рекомен- дуется объединять плоские диафрагмы жесткости в про- странственные (рис. 12.64}. Диафрагмы жесткости следует распределять равно- мерно по плану здания (рис. 12.65). В отдельных случаях, например при сложной конфи- гурации, диафрагмы жесткости выполняются в монолит- ном железобетоне. При этом, если монтаж основных не- сущих конструкций здания опережает производство ра- бот по возведению монолитных диафрагм, то в местах их установки иногда устраивают металлические связи, слу- жащие в последующем арматурой монолитных диафрагм. В ряде случаев и, в частности, в производственных зданиях, в связи с требованиями технологии постановка сборных панелей невозможна или связана с потерями производственно-функционального характера. В этих случаях допускается устройство металлических связей (диафрагм жесткости) полураскосного или портального типа (рис. 12.56}. Рис. 12.52. Ригели бесконсольного опирания на колонны: а - с петлевыми выпусками продольной арматуры в трапецие- видных гнездах; б - с полуцилиндрическими вертикальными гнездами; в - с вертикальными отверстиями; г - П-образного сечения; д - с попками и выпусками продольной арматуры; е - с выпусками продольной арматуры; ж - с выпусками продольной арматуры в гнездах и петлевыми выпусками поперечной армату- ры; з - таврового сечения с выпусками продольной арматуры; и - с выпусками продольной и поперечной арматуры
234 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Сопряжения ригелей с колоннами. В зависимости от типа каркаса, назначения, разрезки на элементы и спо- собов их сопряжения стыки элементов воспринимают различные усилия сжатия, растяжения, изгиба или среза, раздельно или в их сочетании друг с другом. В сборных (сборно-монолитных) каркасах сопряже- ние ригеля с колонной (рис. 12.57-12.61) может осуще- ствляться шарнирно или жестко, на сварке или на болтах, с опиранием на консоли колонн или без консолей. Шарнирные сопряжения ригелей с колоннами (на- пример, рис. 12.57 а) применяются при связевом типе каркаса. Ригель опирают на выступающие из колонн ко- роткие железобетонные или стальные консоли, распола- гаемые под ригелем либо в подрезках ригеля (скрытые консоли). Стыки рассчитываются как свободно лежащие балки на консолях. Рис. 12.53. Армирование ригеля: 1 - нижняя опорная закладная деталь для приварки к консоли ко- лонны; 2 - верхняя закладная деталь для приварки соединитель- ной пластины; 3 - пространственный арматурный каркас; 4 - монтажные петли Рис. 12.54. Варианты формирования диафрагм жесткости: а - замкнутых профилей; б - открытых; в - плоских Широкое распространение получили жесткие стыки с открытыми железобетонными консолями (рис. 12.57 б). По верху консоли закреплен стальной лист. По концам ри- гелей также предусмотрены опорные стальные листы. При установке ригелей на консоли эти листы соединяются между собой фланговыми швами дуговой электросваркой. Концы верхней арматуры ригелей выступают из бетона и соединяются с горизонтальными концами арматуры, выс- Рис. 12.55. Примеры компоновки диафрагм жесткости в каркас- ных зданиях Рис. 12.56. Металлические связи сборного железобетонного уни- фицированного каркаса; а - полураскосные; б - портальные; 1 - сборные железобетон- ные колонны; 2 - связи; 3 - элемент для крепления связей к ко- лоннам; 4 - закладные детали
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 235 тупающими из колонны. Соединение стержней осуществ- ляется полуавтоматической сваркой в медных формах с заплавлением зазора между торцами арматуры. Швы меж- ду торцами ригелей и колоннами и зона сварки верхней арматуры заполняются бетоном. Такой стык является жес- тким соединением. Каркас из сборных элементов таким образом становится рамной конструкцией. Рис. 12.57. Сварные сопряжения ригеля с колонной: а - шарнирное со скрытой консолью; б - жесткое с открытой кон- солью; в - опирание ригеля на стальной башмак; 1 - скрытая опор- ная консоль колонны; 2 - открытая консоль; 3 - стальной опорный башмак; 4 - закладная деталь консоли колонны; 5 - закладная деталь ствола колонны; 6 - закладная деталь ригеля; 7 - соединительная пластина; 8 - сварка; 9 - ванная сварка; 10 - выпуск арматуры колонны; 11 - выпуск арматуры ригеля; 12 - верх- няя арматура ригеля; 13 - нижняя арматура ригеля; 14 - стальная обойма опорной части ригеля; 15 - бетон замоноличивания В зарубежной практике часто применяются болто- вые стыки ригелей с колоннами с опиранием концов ри- гелей на консоли колонн (рис. 12.58). Ригели между со- бой соединяются через колонну соединительными тяга- ми (средний узел) или высокопрочными болтами (край- ний узел). Анкерные приспособления для концов ригелей располагаются в специальных гнездах и способны пере- давать значительные вертикальные и горизонтальные на- грузки. В случае расположения соединительных тяг в верхней части ригеля передается также и достаточно большой изгибающий момент. Довольно часто применяются бесконсольные со- пряжения ригеля с колонной, монтируемые на строитель- ной площадке с установкой нормальных (рис. 12.60 а) и наклонных (рис. 12.60 б) хомутов с замоноличиванием бетоном зоны у грани колонны. Сварка выпусков стерж- ней из колонны и ригелей после расстановки хомутов осу- ществляется в полуцилиндрических подкладках. Такое сопряжение передает значительные горизонтальные силы и достаточно большие изгибающие моменты. Российскими специалистами разработана конструк- ция бесконсольного сопряжения ригеля с колонной с при- менением сварных деталей в виде раскосных стержней (рис. 12.60 b). Конструкция еще до замоноличивания по- лучает значительную жесткость и может воспринимать необходимые монтажные усилия без временных опор. Конструкции каркаса серии 1.020.1-2с/89 предназ- начены для применения в строительстве общественных и Рис. 12.58. Болтовые сопряжения ригеля с колонной: а - в уровне верха ригеля; б - по оси ригеля; 1 - консоль колонны; 2 - гнездо; 3 - отверстие (канал); 4 - соединительные тяги (высо- копрочные болты); 5 - сварка стальных листов; 6 - резиновое кольцо
236 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ производственных зданий со следующими объемно-пла- нировочными параметрами (рис. 12.62; табл. 12.1): • высота этажа: 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,2 м; • шаг колонн в направлении ригелей (поперек зда- ния) и направлении плит перекрытий (вдоль здания): 3,0; 6,0; 7,2; 9,0 м; • этажность: 1-16 этажей; • расчетная нагрузка на перекрытие (без учета собственного веса плит): от 4 до 21 кН. В конструкциях серии предусмотрена возможность устройства зальных помещений с расположением залов на втором этаже двухэтажных зданий, а также отдельно стоящих залов (рис. 12.62 а, б). Конструкции серии запроектированы для примене- ния в рамных и рамно-связевых схемах несущих каркасов зданий. Применяются следующие конструктивные схемы: • рамная в поперечном и продольном направлени- ях (рис. 12.62 г)-, • рамная схема в поперечном и неполная рамная в продольном направлении (рис. 12.62 д); • рамно-связевая схема с применением диафрагм жесткости в поперечном и продольном направлениях (рис. 12.62 е); • рамно-связевая в одном из направлений (рис. 12.62ж, з); • возможные комбинации вышеперечисленных схем. Колонны запроектированы единого сечения 400 х 400 мм для зданий от 1 до 16 этажей. В местах примыка- ния поперечных и продольных ригелей колонны снабже- ны выпусками арматуры в верхней зоне и уголковыми стальными консолями в нижней зоне узла, предназначен- ными для соединения на сварке с соответствующими вы- пусками из ригелей в жестком рамном узле. Уголковые выпуски одновременно служат и монтажными столиками для удобства установки ригелей без применения монтаж- ных приспособлений. Согласно ориентации колонн в плане здания они под- разделяются на колонны (рис. 12.63), устанавливаемые: Рис. 12.59. Сопряжение ригеля с колонной с помощью консоль- ного оголовка: 1 - колонна; 2 - консольный оголовок; 3 - ригель; 4 - арматур- ный выпуск колонны; 5 - арматурный выпуск оголовка; 6 - плита перекрытия; 7 - цементно-песчаный раствор • по внутренним и наружным осям с жесткими рамными узлами в поперечном направлении (марка 1 К); • по внутренним осям с жесткими рамными узла- ми в поперечном и продольном направлениях; по наруж- ным осям в местах примыкания консольных ригелей бал- конов (2К); • по наружным поперечным осям с жесткими рам- ными узлами; по внутренним осям у лестничных клеток и температурных швов (ЗК); • по наружным продольным осям с жесткими узла- ми (4К); • в углах здания (температурного блока) (5К, 5Кн). Рис. 12.60. Бесконсольные сопряжения ригеля с колонной с за- моноличиванием: а - по нормальным хомутам; б - по наклонным хомутам; в - с на- клонными раскосами; 1 - арматурный выпуск ригеля; 2 - арма- турный выпуск колонны; 3 - сварка ванная; 4 - хомут; 5 - вут ко- лонны; 6 - раскос; 7 - уголковый выпуск из колонны; 8 - бетон замоноличивания
Раздел Ш. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 237 Таблица 12.1. Объемно-планировочные парамет- ры каркасных зданий с конструкциями серии 1.020.1-2с/89 Шаг колонн в направле- нии ригелей (м) Шаг колонн в направлении плит перекрытий (м) при высоте ригеля 450 мм при высоте ригеля 600 мм 3.0 I 6,0 7,2 9.0 3,0 6,0 |_7.2 | 9,0 3,0 п 0 о О О • О О 6,0 о 0 0 О • • о О 7,2 □ 0 в о D о о О 9,0 - - - - - • о - Условные обозначения: высоты этажей (м): D - 3,3 м; О - 3,6; 4,2 м; • - 3,3; 4,2; 4,8; 5.4; 6,0; 7,2 м Рис. 12.61. Бесконсольные сопряжения ригеля с колонной (плат- форменно-штепсельные стыки колонн): а - с помощью стального трубчатого стержня; б - с помощью ар- матурных выпусков колонны; 1 - стальной трубчатый стержень; 2 - выпуски продольной арматуры колонны; 3 - гнездо в нижней части колонны; 4 - отверстие для инъецирования полимерра- створа; 5 - ниша для прокладки вертикальных коммуникаций; 6 - канал для прокладки горизонтальных коммуникаций; 7 - сквоз- ное отверстие в ригеле По расположению по высоте здания колонны подраз- деляются на нижние, средние, верхние и бесстыковые - на всю высоту здания (от 1 до 3 этажей). Горизонтальными элементами рам каркаса являются ригели поперечного и продольного направлений. Несу- щие вертикальную нагрузку ригели разработаны с полка- ми для опирания плит перекрытий двух типов: многопус- тотных плит высотой 220 мм и ребристых - 300 мм. IK 2К ЗК 4К 5К 5Кн Рис. 12.63. Колонны каркаса серии 1.020.1-2С: а - марки колонн по ориентации в плане; б - колонна одноэтаж- ная средняя (типа 2КС); в - сварной стык колонн; г - сечение колонны
238 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 9,12,18м Рис. 12.62. Схемы каркасов серии 1.020.1-2с. Разрезы: а - зального помещения; б - двухэтажных зданий; в - многоэтажного здания. Конструктивно-статические схемы: г - рамная в поперечном и продольном направлении; д - рамная в поперечном и неполная рамная в продольном; е - рамно-связевая; ж - рамно- связевая в поперечном направлении; з - рамно-связевая в продольном, и - план расположения элементов каркаса
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 239 L-760 1Р;1РЛ;1РП;1РПЛ inn i i I I —Г ----------------------------, --------------------------1 L- 7В0 j 462.4ЭТ 1-1 1Р6.2.26_ 2560 Рис. 12.64. Ригели каркаса серии 1.020.1-2с: а - типы ригелей; б - конструктивное решение ригеля 2Р 4.53; в - сопряжение ригеля с колонной; 1 - выпуски продольной рабочей арматуры; 2 - вставной стержень на сварке; 3 - мелкозернистый бетон
240 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Верхняя зона ригелей законструирована с обнажен- ной поперечной арматурой по всей длине элемента или на приопорных участках. При монтаже в оголенной верх- ней зоне устанавливается продольная рабочая арматура, стыкуемая с соответствующими выпусками арматур из колонн в количестве 2 или 4 штук на ванной сварке. По характеру работы и расположению в схеме здания ригели (рис. 12.64) подразделяются на марки: • 2Р - для двухстороннего опирания плит, в том числе и лестничного марша; • 2РЛ - для двухстороннего опирания плит, в том числе и лестничной балки БЛ; • 1Р - торцевые для одностороннего опирания плит, в том числе и лестничного марша; • 1РЛ - торцевые для одностороннего опирания плит и лестничной балки БЛ; • 1РП - продольные для одностороннего опирания плит и лестничного марша; • 1РПЛ - продольные для одностороннего опира- ния плит и лестничной балки БЛ; « РП - бесполочные, устанавливаемые по про- дольным наружным и внутренним осям здания; ♦ 1 Р6.2.26 - для одностороннего опирания лестнич- ных маршей {промежуточных площадок) в пролете 3 м; • Р6.2.53 - для опирания плит типа П, плит-оболо- чек типа КЖС пролетом 18 м и ребристых плит 3 х 12 м, устанавливаемых в покрытиях зальных помещений; • РК, РКП - консольные для устройства балконов вылетом 1,2 и 1,8 м; • Б - окаймляющие балки балконов; • БЛ - лестничные балки для устройства лестнич- ной клетки в пролетах 7,2 и 9 м. Диафрагмы жесткости (рис. 12.65} предназначены для строительства зданий при высоте типовых этажей 3,3; 3,6 и 4,2 м, а также техподполья высотой 2,0 м. Пане- вид сбоку Рис. 12.65 Диафрагмы жесткости каркаса серии 1.020.1-2с: а - вид диафрагмы жесткости; б - крепление диафрагмы жесткости к колонне; в - сопряжение диафрагм жесткости в зоне примыка- ния к колонне; 1 - выпуски вертикальной арматуры; 2 - выпуски продольной арматуры; 3 - петлевые выпуски; 4 - закладная деталь для соединения с колонной; 5 - армирование панели; 6 - диафрагма жесткости; 7 - стальной стержень; 8 - колонна
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ 241 ли диафрагм устанавливаются в пролетах рам (в осях) 6,0 и 7,2 м как по поперечным, так и по продольным осям. Диафрагмы жесткости представляют собой Т- и Г- образные железобетонные панели со стенками толщиной 160 мм и полками шириной 550 и 480 мм соответственно. Г-образные панели устанавливаются в лестничных клет- ках вдоль лестничных маршей. Диафрагмы жесткости, соединенные с колоннами кар- каса и между собой (рис. 12.65 б, в), образуют вертикаль- ные элементы жесткости рамно-связевых систем каркаса, воспринимающие усилия от вертикальных и горизонталь- ных нагрузок. Под диафрагмы устанавливаются монолит- ные фундаменты по проекту. Панели диафрагм стыкуются с фундаментом аналогично стыку диафрагм между собой. Унифицированный каркас серии ТК1 -2 (территори- альный каталог для строительства в Москве) предназначен для строительства гражданских и промышленных много- этажных зданий. Габариты легкого (рис. 12.66) и тяжелого (рис. 12.67) каркасов основаны на укрупненном модуле 6М (600 мм) в плане и ЗМ и 6М - по вертикали. Ряд предпоч- тительных координационных размеров составляет: • высоты этажей: 3,0; 3,3; 4,2; 4,8; 6,0 м: • пролеты ригелей: 1.8-9,0 (через 0.6) и 12,0 м; • пролеты плит перекрытий; 3,0; 5,4; 6,0; 6,6; 7,2 и 9 м; • ризалиты: 1,2; 1,8; 2,4 и 3,0 м. Компоновка несущих железобетонных злементов здания основывается на связевой схеме, где простран- ственная жесткость обеспечивается совместной работой взаимосвязанных вертикальных (стен-диафрагм) и гори- зонтальных (перекрытий) жестких дисков. Каркас может компоноваться с продольным, поперечным и комбиниро- ванным расположением ригелей. Колонны с консолями имеют единое сечение 400 х 400 мм, их несущая способность варьируется изменени- ем класса бетона и процентом армирования, а при боль- ших нагрузках - переходом к жесткой арматуре (из сталь- ных профилей). Колонны имеют одно- или двухэтажную разрезку по высоте здания с расположением стыка меж- ду собой на высоте 0,7 м от верха плиты перекрытия. Номенклатура включает колонны рядовые, фасадные и лоджий. Рядовые колонны устанавливаются по внутрен- ним осям здания, имеют две консоли для опирания риге- лей. Фасадные колонны размещают по наружным осям и имеют две различные консоли (одну для опирания риге- ля, другую - пристенной плиты перекрытия). Колонны лоджий и балконов, устанавливаемые по фасадной оси, могут иметь наружную консоль с увеличенным вылетом 1,1 или 1,8 м для опирания плит балконов или лоджий. Ригели преимущественно имеют тавровое сечение. В соответствии с расположением в плане здания различа- ют следующие типы ригелей: • рядовые пролетом от 3 до 12м таврового сече- ния высотой 450,600 и 900 мм; • фасадные пролетом от 1.8 до 9,0 м (через 0,6 м) Z-образного сечения шириной 690 мм и высотой 480 мм; • коридорные пролетом от 1,8 до 3,6 м таврового сечения высотой 300 мм; • лестничные (для опирания лестничных маршей) пролетом 6,0; 6,6 и 7,2 м с уголковым профилем сечения; • консольные (для образования свесов) таврового сечения высотой 600 и 900 мм. Ригели соединяются с колонной узлом со скрытой железобетонной консолью (см. рис. 12.57 а) при помощи сварки закладных элементов. Панели стен жесткости (диафрагмы) одноэтажные железобетонные толщиной 180 мм, плоские с одно- или двухсторонними полками для опирания плит перекрытий. По вертикальным граням диафрагмы жесткости соединя- ют с колоннами или между собой не менее чем в двух местах по высоте этажа стальными сварными связями по закладным деталям. В практике строительства Германии наиболее совер- шенной полносборной каркасной конструктивной систе- мой является серия железобетонных конструкций КВМ (рис. 12.68], предназначенная для строительства массовых общественных, а также производственных и вспомогательных зданий. Каркас КВМ решен по связевой схеме с шарнирным опиранием ригелей на колонны, го- ризонтальными диафрагмами жесткости из дисков пере- Рис. 12.66. Компоновочная схема легкого каркаса (по серии ТК1-2) с консольными свесами: КР - колонна рядовая; КВР - колонна верхняя рядовая; КК - ко- лонна под консольный ригель; Р - ригель: РК - ригель консоль- ный. Размеры: а - 6000; 9000; б - 1800-9000 через 600; в - 1550; 2150; 2750; г - 2400; 3000; 3300; 3600; 4200; 4800: 6000; 7200; д - 3000; 3300; 3600; 4200,4800; 6000; е - 3300; 3600; 4200; 6000 Рис. 12.67. Компоновочная схема тяжелого каркаса (по серии ТК1-2) с размерами: а - 6000; 9000; б - 3000; 6000; 9000; 12000; в - 2750; г - 3300; 3600; 4200; 4800; 6000; 6600; д - 3000; 3300; 3600: 4200; 4800; 6000; е - 2400; 3000; 3300; 3600; 4200
242 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ крытий и вертикальными панельными стенами жесткости или монолитными ядрами жесткости. Типовые конструкции КВМ допускают компоновку каркаса с продольным или поперечным расположением ригелей. В зависимости от нагрузки применяют одиноч- ные или сдвоенные ригели. В первом случае ригель уста- навливают в гнездо на торце колонны (рис, 12.68 б), во втором - два параллельных ригеля опирают на полки в боковых вырезах колонны (рис. 12.68 в). Сетка колонн - от 4,8 х 4,8 до 7,2 х 12 м с промежуточными значениями, кратными 1,2 м. Высота этажей от 3,3 до 6 м. В последние годы в России применяется каркас для жилых, общественных и производственных зданий до 30 этажей в сборно-монолитном варианте (рис. 12.69). Особенностью этого каркаса является высокая формооб- разующая способность на ортогонально-диагональной сетке колонн при соответствующем расположении риге- лей. Имеется возможность проектирования многоуголь- ных, треугольных, овальных, круглых и других сложных форм плана зданий. Сборными элементами каркаса являются: колонны, ригели, диафрагмы жесткости, плиты перекрытий. В мо- нолитном варианте оригинально решается узел «ригель- колонна». Колонны высотой в 1-4 этажа имеют квадратные (со стороной 250; 300; 350; 400 и 500 мм) и прямоугольные сечения (от 250 х 300 до 400 х 600 мм). В уровне пере- крытий колонны имеют свободные от бетона арматурные участки (оголенную арматуру), внизу - выпуски продоль- Рис. 12.68. Каркасное здание системы КВМ (Германия): а - основные элементы здания; б - одноригельное решение узла каркаса; е - двухригельное; 1 - фундамент стаканного типа под колонну; 2 - ленточный монолитный фундамент под стену подва- ла; 3 - колонна; 4 - ригель; 5 - панель стены подвала; 6 - рядовая горизонтальная панель наружной стены; 7 - угловой элемент сте- ны; 8 - рядовая плита перекрытия; 9 - плита-распорка; 10 - па- нель стены вертикальной разрезки; 11 - лестничная площадка; 12 - лестничный марш; 13 - панель стены лестничной клетки ной арматуры, вверху - каналы для штепсельного стыка колонн по высоте (рис. 12.456). Высота этажей 2,8 м (для жилых зданий) и 3,3 м (для общественных и производ- ственных зданий). Ригели прямоугольного сечения шириной 300 мм и высотой 200 мм (при сборно-монолитном перекрытии) или 250 мм (при сборном перекрытии) имеют приопор- ные гнезда, в которые выпущены стержни нижней рабо- чей арматуры из проволочных канатов типа 7К (рис. 12.52 ж). В верхней части ригелей имеются петлевые выпуски поперечной арматуры. Длина ригелей в осях ортогональ- ной сетки колонн от 1,8 м до 6 м (через 0,6), по диаго- нальным осям - по заказу до 6 м. Сопряжение ригелей с колоннами (рис. 12.69 б) осу- ществляется следующим образом; ригели опирают на монтажные хомуты колонн и подпирают временными стойками; проволочную арматуру ригелей отгибают и за- водят в свободное пространство между продольной ар- матурой колонны; в гнезда ригелей укладывают два ар- матурных стержня с загнутыми вверх концами; два стер- жня дополнительной арматуры устанавливают в уровне верха выпусков поперечной арматуры ригелей на длину 1,2-2,4 от колонны в две стороны; положение устанавли- ваемых дополнительных стержней арматуры диаметром 20-32 мм фиксируется проволочной вязкой к арматурным стержням сборных элементов; на ригели опирают сбор- ные плиты перекрытий (рис. 12.69 в), имеющие выемки в верхней приопорной части, в которые укладываются ар- матурные стержни; все арматурные выпуски и установ- ленные стержни обетонируются. Перекрытие может выполняться в сборно-монолит- ном варианте (рис. 12.69 г). Для этого используют опалу- бочные плиты толщиной 60 мм с преднапряженной про- волочной арматурой, имеющей выпуски с торцов опорных сторон плит. По плитам укладывается слой бетона толщи- ной 100 мм с арматурными сетками в верхней зоне. Сопряжение диафрагм жесткости с колоннами осу- ществляется посредством петлевых горизонтальных вы- пусков из этих элементов с установкой вертикальных со- единительных стержней и замоноличиванием стыка бето- ном (рис. 12.69д). В Армении получил распространение оригинальный метод строительства сейсмостойких жилых домов повы- шенной этажности - с пространственным сборно-моно- литным рамным каркасом (рис. 12.70). Основной эле- мент каркаса - прямоугольная железобетонная рама, раз- меры которой соответствуют высоте этажа и шагу колонн здания. Обычно длина рамы равна 6,1 м, высота - 3,0; 3,3; 3,6 м; сечение - 15 х 30 см. Колонны каркаса образуются четырьмя стойками рам; в зависимости от нагрузки, при- ходящейся на колонны, их сечение можно увеличить путем раздвижки рам. Таким образом, в соответствии с приня- тым объемно-планировочным решением и расчетными усилиями и без изменения размеров сборных рам получа- ют колонны квадратного или прямоугольного сечений. Каркас здания собирается из стандартных изделий одного типоразмера в продольном и поперечном направ- лениях. Перекрытия выполняются из типовых плит. Жест- кость каркаса обеспечивается сплошным сечением риге- лей и колонн (их рамным исполнением) и замоноличива- нием стыков. При увеличении высоты здания до 14- 20 этажей эту рамную схему превращают в рамно-связе- еую путем установки между рамами вертикальных диаф- рагм жесткости (в пазы колонн и ригелей).
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 243 Рамный каркас - универсальная конструктивная сис- тема, на основе которой можно создавать самые разно- образные планировочные и объемные композиции. Жест- кая объемная структура из рам может развиваться по го- ризонтали или по вертикали, заполнять собой все про- странство или оставлять свободные промежутки, легко приспосабливаясь к рельефу местности. При необходимости обеспечения свободного внут- реннего пространства (на всех или некоторых этажах) и одновременного повышения жесткости здания применя- Расположение ригелей по осям ортого- диаго- налым||нальным ортогональным и диагональным И! Л Л " у f Л Л Л Рис. 12.69. Сборно-монолитные каркасы (основные узлы): а - ситуации расположения колонн и ригелей; б - сопряжение ригелей с колонной; в - опирание железобетонных плит на ригель; г - опирание сборно-монолитных плит на ригель; д - сопряжение диафрагмы жесткости с колонной; 1 - колонна, 2 - ригель; 3 - диафраг- ма жесткости: 4 - арматурные выпуски; 5 - дополнительная арматура; 6 - арматурная сетка; 7 - монолитный бетон; 8 - монтажный (временный) хомут; 9 - опалубочная плита; 10 - сборная плита перекрытия
244 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ются всевозможные каркасы с использованием балок- стенок или высоких ригелей в виде ферм (рис. 12.71). Вся конструкция наружных стен может быть выполне- на как единая балка-стенка, опирающаяся на колонны или портальные конструкции первого этажа. Такие балки на- ружных стен располагаются параллельно продольной оси здания (рис. 12.71 а), по периметру зданий при их фор- ме, близкой к квадрату (рис. 12.71 б), или пересекают здание в двух направлениях, образуя жесткую простран- ственную систему (рис. 12.71 в). Ригели высотой в один этаж могут устанавливаться так, чтобы в уровне одного (через этаж) создавалось сво- бодное пространство. В этом случае они располагаются вдоль двух параллельных сторон здания, по всем четы- рем сторонам (рис. 12.71 г, д) или в виде пространствен- ной решетки (рис. 12.71 е). Параллельные фермы высотой на этаж могут распо- лагаться по ширине здания вразбежку (рис. 12.71 ж) или перпендикулярно друг другу (рис. 12.71 з). При расположении ригелей-ферм через два или три этажа по высоте дополнительные перекрытия устраива- ются на стойках по верхним поясам или подвешиваются к нижним поясам ферм (рис. 12.71 и, к). Для некоторых производственных зданий целесооб- разно применять каркасы с межферменными этажами (рис. 12.72). Большие пролеты зданий (12, 18,24 м) пере- Рис. 12.70. Сборно-монолитный рамный каркас: а - сборные рамы каркаса; б - схема образования каркаса; 1 - арматурные выпуски; 2 - поверхность рамы, обращенная к поло- сти замоноличивания; 3 - продольные рабочие стержни стоек; 4 - рама нижележащего этажа; 5 - рама вышележащего этажа крывают рамно-раскосными или безраскосными железо- бетонными фермами. В пределах конструктивной высоты ферм устраивают помещения, в которых размещают инже- нерное оборудование и коммуникации. Они также служат бытовыми, складскими и другими вспомогательными по- мещениями. Высота межферменных этажей - от 2,4 до 3,6 м, а производственных этажей - 3,6; 4,8; 6,0 м. Железобетонные фермы являются ригелями много- этажного каркаса, поэтому их жестко соединяют с колон- нами для образования рам в поперечном направлении. В продольном направлении каркас решается по связевой схеме с постановкой вертикальных металлических связей в каждом деформационном блоке здания. Для зданий с межферменными этажами применяют плиты перекрытий двух типов. На верхний пояс ферм ук- ладывают П- или 2Т-образные ребристые плиты, посколь- ку они воспринимают нагрузку производственных поме- щений. На нижний пояс ферм опирают многопустотные или специальные санитарно-технические плиты со встро- енными светильниками и воздухораспределительными вентиляционными каналами. Каркасы из монолитного железобетона. Условием применения монолитного железобетона для возведения каркасных зданий является, прежде всего, развитая тех- нологическая база: индустриальные унифицированные системы опалубок; наличие пластичных и удобоукладыва- емых бетонных смесей; применение бетононасосов и другого оборудования для подачи бетонной смеси на проектные отметки. Рис. 12.72. Решение многоэтажного здания с межферменными техническими этажами: а - фрагмент поперечного разреза; б - ферма-ригель безраскос- ная; в - ферма-ригель рамно-раскосная
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 245 Рис. 12.71. Каркасы с железобетонными балками-стенками и ригелями-фермами: а-в - конструкции наружных стен в виде единой балки-стенки; г-з - ригели-фермы с расположением через этаж; и, к - ригели-фермы через два или три этажа 10-10
246 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 4,8...7,2м Рис. 12.73. Монолитные железобетонные каркасы с главными и второстепенными балками: а - типы конструктивно-планировочных ячеек; б - схемы распо- ложения элементов; в - формы сечений колонн; г - формы глав- ных балок-ригелей переменного сечения; д - фрагменты разре- зов; 1 - колонна: 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка; 4 - монолитная плита перекрытия оооолл Рис. 12.74. Монолитные железобетонные каркасы с перекрытия- ми кессонного типа: а - конструктивно-планировочные ячейки; б - фрагмент разреза
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 247 Достоинства монолитных каркасов проявляются в широких возможностях архитектурно-конструктивного формообразования: • возможность проектирования самых разнооб- разных структур (рис. 12.73-12.75)', • вариантность шага колонн и формы их сечения; • устройство в зданиях консолей, выступов, запа- дающих участков и других изменений формы; • использование колонн (в т.ч. наклонных) и раз- личных ригелей, позволяющих улучшить условия работы конструктивной системы и вместе с тем придать зданию архитектурную выразительность; • изменение высоты этажей в пределах одного здания. Монолитные каркасы проектируют рамными или рамно-связевыми (с устройством монолитных диафрагм жесткости). В зависимости от решения ригелей (балок) монолит- ные каркасно-ригельные системы могут быть двух типов: с главными и второстепенными балками в разных направ- лениях; с балками одинакового значения в двух или трех направлениях {с перекрытиями кессонного типа). В первом типе каркаса второстепенные балки опира- ются на монолитно связанные с ними главные балки, а те, в свою очередь, - на колонны (см. рис. 12.73). Компонов- ка второстепенных и главных балок в плане может быть различной (при продольном или поперечном их располо- жении). При выборе направления главных балок учитыва- ют назначение здания, пространственную жесткость кар- каса и др. требования. Пролеты главных балок 6-9 (12) м, высота поперечного сечения 1/8-1/15 от пролета, а ширина - 0,4-0,5 высоты. В каждом пролете главной балки располагают от од- ной до трех второстепенных балок. По осям колонн также располагают второстепенные балки. Их пролеты - 5-7 м, высота поперечного сечения - 1/12-1/20 от пролета, ши- рина - 0,4-0,5 от высоты. Пролеты монолитной плиты перекрытия равны шагу второстепенных балок и составляют 2-3 м, а толщина пли- ты, в зависимости от нагрузки, выбирается в пределах 1/25-1/40 пролета и чаще всего составляет 80-100 мм. Каркасы с частым расположением балок (1 -2 м) в двух или трех направлениях с одинаковым шагом и высотой называют каркасами с кессонными перекрытиями (см. рис. 12.74). Их преимущества заключаются в сравнитель- Рис. 12.75. Разрез здания санатория с монолитным железобе- тонным каркасом но меньшей высоте перекрытия (балок) и высокой архитек- турной выразительности потолков общественных зданий. К числу перспективных можно отнести суперкаркас- ную систему этажерочного типа (рис. 12.76), при кото- рой пространственная жесткость здания обеспечивается так называемым суперкаркасом, представляющим собой несколько коробчатых пилонов (стволов), соединенных между собой мощными ростверками в нескольких уров- нях по высоте здания. На ростверки (как на полки этажер- ки) опираются многоэтажные каркасы, которые могут иметь различные планировочные и конструктивные реше- ния. Каркасы этажерочного типа являются наиболее пер- спективными для зданий очень большой этажности (сверхвысотных). В последние десятилетия в технически развитых странах наблюдается повышенный интерес к сборно- монолитным конструкциям каркасов, в которых роль оставляемой опалубки выполняют тонкостенные железо- бетонные элементы. Применение таких конструкций, от- личающихся повышенной степенью индустриальное™, позволяет существенно снизить трудоемкость и умень- шить сроки возведения зданий при сохранении всех ос- новных достоинств монолитных конструкций. В сборно-монолитном варианте основные элементы каркаса - колонны и балки - бетонируются в тонкостен- ных опалубочных элементах коробчатого сечения. В зоне стыков выпуски арматуры из опалубочных элементов за- моноличиваются в процессе заполнения полостей колонн и балок бетонной смесью. Элементы выполняются из обычного или преднапря- женного бетона при толщине стенок 80-120 мм. При при- менении опалубочных элементов из обычного бетона мо- нолитное заполнение дополнительно армируется. Рис. 12.76. Конструктивная схема каркаса этажерочного типа: а - схема фасада; б - схема типового этажа; в - схема роствер- ка; 1 - коробчатый пилон; 2 - ростверк; 3 - каркасно-ригельная структура
248 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 12.4.2. Безригельные каркасы Безригельный каркас - конструктивная система с плоскими перекрытиями, опирающимися непосредствен- но на колонны без вспомогательных балок-ригелей. Безригельные каркасы в архитектурном отношении имеют значительные преимущества: • плоские перекрытия имеют общую высоту в 2- 3 раза меньшую, чем перекрытия в каркасно-ригельных системах: ♦ перекрытия с гладкими потолками способствуют применению свободной планировки и трансформации помещений путем устройства мобильных перегородок, не связанных жестко с перекрытиями; • консольные участки перекрытий по периметру позволяют выполнять более сложные конфигурации фа- садных плоскостей, устраивать лоджии, террасы, веран- ды без дополнительных конструктивных элементов; • наличие сладкого потолка позволяет отказаться от дорогостоящих подвесных потолков. Безригельные каркасы имеют и технико-экономиче- ские преимущества: упрощается монтаж опалубки благо- даря отсутствию ригелей (при монолитном способе про- изводства). уменьшается площадь последующей обра- ботки потолка и упрощаются отделка, прокладка под по- толком трубопроводов, устройство теплоизоляции и т.д. Наряду с отмеченными преимуществами безригель- ные системы имеют недостатки, препятствующие массо- вому их распространению в практике строительства: ве- личины пролетов безбалочных перекрытий более ограни- чены, чем в традиционных ригельных системах; не во всех случаях изготовление плоских перекрытий дешевле и Рис. 12.77. Безригельный каркас ИМС (бывш. Югославия): а - общий вид; б - вариант с ребристыми плитами; в - вариант с пустотно-замкнутыми плитами; 1 - колонна; 2 - рядовая пли- та; 3 - консольная плита; 4 - бортовой элемент; 5 - арматура натяжная• проще ригельных; усложнены расчет и оценка действи- тельной работы конструкций перекрытий. Однако эти недостатки, в основном конструктивного характера, при дальнейшем совершенствовании систем могут быть устранены. Архитектурные качества безри- гельных систем все больше привлекают внимание архи- текторов и конструкторов. Многочисленные поиски спе- циалистов разных стран привели к различным конструк- тивным решениям. Многие варианты безригельного кар- каса прошли экспериментальную проверку и вошли в строительную практику. Интересная каркасная безригельная система разра- ботана в бывшей Югославии - конструктивная система ИМС, нашедшая широкое применение и в других странах. Основная идея системы ИМС заключается в том, чтобы при минимальном количестве типоразмеров конструктив- ных элементов этой серии создавались разнообразные типы зданий. Действительно, на основе ИМС, помимо жилых зданий, можно проектировать общественные зда- ния и промышленные объекты. ИМС можно рассматри- вать как открытую конструктивную систему, позволяющую строить разнообразные здания, применять различные ограждающие конструкции и в процессе эксплуатации переделывать объект в зависимости от функциональных потребностей. Сборная система ИМС (рис. 12.77) основана на пла- нировочной структурной сетке колонн с квадратными или прямоугольными ячейками, имеющими параметры от 3 х 3 до 7,2 х 7,2 м. Каждая ячейка состоит из четырех колонн и расположенной между ними плиты перекрытия. В системе принят конструктивный принцип предварительного напря- жения перекрытий, осуществляемого пучками струн арма- туры, протянутых через отверстия в колоннах на уровне плит перекрытий и расположенных в свободном простран- стве между боковыми бортами соседних плит. После обе- тонирования пучков струн сборные плиты превращаются в единый сборно-монолитный диск перекрытия. Колонны - основные несущие элементы каркаса - выполняются многоэтажными (до трех этажей). Сборные плиты перекрытий применяют рядовые (с опиранием на четыре колонны) и консольные, опирающиеся только на две колонны и служащие для увеличения площади поме- щений или устройства лоджий и балконов. Болгарский каркас (рис. 12.78) - принципиально другая безригельная система, решенная на иной конструк- тивной основе. Эта система отличается разрезкой пере- крытия на плиты, конструкцией и монтажом перекрытия. Главными элементами болгарского каркаса являются колонны и плиты перекрытий двух типов: основные и про- межуточные (плиты-вкладыши). Основные плиты имеют на торцах, вдоль продольной оси, пазы для прохождения колонн. Каркас монтируют следующим образом: сначала выставляют колонны, затем на них устанавливают основ- ные плиты, опирая на две точки, между ними вставляют промежуточные плиты. Монтаж осуществляется с помо- щью инвентарных металлических приспособлений, кото- рые крепятся к колоннам и основным плитам. После мон- тажа колонн и плит перекрытий осуществляется их обжа- тие пучковой арматурой, размещаемой в специальных каналах плит и в швах между плитами. После напряжения арматуры в двух направлениях замоноличивают швы и инъецируют каналы цементным раствором. В основу каркаса положена планировочная сетка с укрупненным модулем 600 мм; шаг колонн может изме-
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 249 няться от 2,4 до 7,2 м как в продольном, так и в попереч- ном направлениях. Несколько предложений по безригельным конструк- циям разработаны в Украине. Среди них - грибовидный каркас, примененный в проектах различных типов об- щественных зданий (рис. 12.79). Грибовидный каркас вписывается в структурную сет- ку на основе равностороннего треугольника со стороной 3.2 м и состоит из двух основных элементов: колонны и шестиугольной плиты перекрытия. Каждая плита опира- ется в центре на колонну, образуя своеобразный грибок. Примыкая друг к другу боковыми гранями, грибки объе- диняются в сотовую структуру и после сварки и замоно- личивания превращаются в единую пространственную систему. Благодаря частому шагу колонн и простран- ственной работе каркаса высота ребер плит доведена до 15 см, а вся толщина перекрытия с конструкцией пола составляет 20 см. Из шестигранных элементов грибовидного каркаса можно создавать самые разнообразные архитектурно-кон- структивные композиции. Несмотря на художественные достоинства, эта разновидность каркаса имеет серьезный планировочный недостаток, ограничивающий его приме- нение. Частый шаг колонн, расположенных в шахматном порядке, затрудняет функциональное решение большин- ства типов зданий, особенно при широком корпусе. Модификация этой системы привела к варианту карка- са, в котором, наряду с основными плитами перекрытий, опирающимися центрично на колонны, имеются пролетные плиты, опертые на основные (рис. 12.79 б). Введение про- летных плит перекрытий позволило резко увеличить размер треугольной планировочной сетки (с 3,2 до 6,6 м), что зна- чительно улучшило архитектурные качества каркаса. Рис. 12.78. Болгарский безригельный каркас: а - компоновочная схема; б - фрагмент разреза; 1 - колонна; 2 - основная межколоннвя плита; 3 - промежуточная плита; 4 - луч- ковая арматура в специальных каналах Каркас с консольно-ригельными плитами (рис. 12.80) запроектирован для планировочной сетки 6 х 6 м и включает три основные сборные железобетонные эле- мента - колонну на этаж, надколонную ребристую плиту, асимметрично опирающуюся на колонну и торец сосед- ней плиты, а также плиту-вкладыш. Преимущества каркаса: простота узлов соединений и монтажа элементов, возможность взаимного смещения рядов колонн, т.е. трансформации планировочной сетки, и возведения зданий сложной конфигурации. Рис. 12.79. Безригельный грибовидный каркас с плоскими пере- крытиями (Украина): а - на треугольной сетке колонн со стороной 3,2 м; б - на треу- гольной сетке со стороной 6,6 м; 1 - колонна; 2 - надколонная (капительная) плита; 3 - пролетная плита; 4 - доборная фасад- ная плита
250 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Пространственная жесткость здания обеспечивается сборно-монолитным соединением плит и колонн, работа- ющих в двух направлениях. Для восприятия горизонталь- ных нагрузок в каркасах выше двух этажей необходима установка диафрагм жесткости. Конструкции безригельного каркаса серии 1.420.1-14 [рис. 12.81) разработаны для применения при проектировании и строительстве зданий холодильни- ков, мясокомбинатов, молокозаводов, рыбоперерабаты- вающих предприятий и других объектов, для которых по условиям технологии производства необходимы или предпочтительны беспустотные перекрытия, образующие в помещениях гладкие потолки. Типовые конструкции многоэтажных производствен- ных зданий разработаны для схем со следующими пара- метрами: сетка колонн 6 х 6 м; этажность - 3-5; высота этажа - 4,8 и 6 м; высота подвала - 3,6 м. Несущие конструкции здания представляют собой сборный железобетонный каркас, решенный по рамной схеме с жесткими узлами (рис. 12.81 а). Каркас состоит из четырех элементов: колонн, капителей, плоских меж- колонных и пролетных плит сплошного сечения. Размеры элементов перекрытий (в плане) 3 х 3 м; колонны квад- ратного сечения размером 450 х 450 мм без консолей, разрезка многоэтажная. По периметру всех сборных элементов перекрытия предусмотрены пазы для образования бетонных шпонок. Жесткие соединения сборных элементов каркаса выпол- Рис. 12.60. Каркас с консольно-ригельными асимметрично опер- тыми надколонными плитами (Украина): а - общая схема; б - схема раскладки плит перекрытий; 1 - над- колонная плита: 2 - плита-вкладыш; 3 - разрезка в местах, близ- ких к линиям нулевых моментов няются с помощью сварных соединений с последующим тщательным заполнением пазов бетоном. Шпоночные сопряжения элементов являются основной отличитель- ной особенностью конструктивного решения безбалочных каркасов данной серии. Сборно-монолитная система КУБ-2,5 (каркас уни- версальный безригельный) позволяет строить жилые дома, здания общественного назначения в едином конст- руктивном ключе, по единой технологии изготовления и монтажа строительных конструкций. Система представ- ляет собой связевый каркас, состоящий из многоэтажных неразрезных колонн прямоугольного сечения и сплошных плит перекрытий {рис. 12.82). КУБ-2,5 соответствует уровню прогрессивных современных индустриальных каркасных конструкций. Отличительная особенность си- стемы - монтаж плит перекрытия на колонну и соедине- ние плит перекрытий между собой производятся без под- держивающих элементов. Конструкция стыков колонн исключает сварку, так как стык колонн сечением 400 х 400 мм предусматривает принудительный монтаж, при котором фиксирующий стержень нижнего торца колонны должен войти в патру- бок верхнего торца нижней колонны. Конструкции каркаса предполагают высоту этажей 2,8; 3,0; 3,3 м при основной сетке колонн 6 х 6 м. При не- обходимости высоту этажа можно увеличить до 6 м, а шаг колонн - до 12 м. Конструкции КУБ-2,5 применяются при возведении общественных зданий в 1-3 этажа большой пролетности с техподпольем и жилых зданий в 4-22 этажа. Монолитные безригельные каркасы проектируют на основе квадратной или прямоугольной сетки колонн, при этом соотношение между большим и меньшим про- летами ограничивается как 4/3. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн 6 х 6 м. В монолитных безригельных каркасах сплошная же- лезобетонная плита опирается непосредственно на ко- лонны с капителями {рис. 12.83). Капители обеспечивают жесткое сопряжение плиты с колоннами и прочность пли- ты на продавливание по периметру колонны, уменьшают расчетный пролет плиты. Капители колонн конструируют в виде усеченной пирамиды с углом наклона граней 45° или двойной усеченной пирамиды ломаного очертания. Толщину монолитной плиты принимают из условия ее необходимой жесткости в пределах 1/32-1/35 от величи- ны наибольшего пролета. Плиты армируют плоскими или рулонными сварными сетками. При этом пролетные из- гибающие моменты воспринимаются сетками, уложенны- ми в нижней зоне, а опорные - в верхней зоне плиты. Один из эффективных вариантов монолитного безри- гельного каркаса для зданий с мелкоячеистой планиро- вочной структурой - вариант с узкими колоннами в виде коротких стенок-диафрагм без капителей {рис. 12.84). Колонны такого вида позволяют использовать их в качестве ограждающих элементов при одновременном уменьшении пролетов плит и увеличении жесткости кар- каса. Колонны могут быть не только плоскими, ориенти- руемыми на плане в разных направлениях, но и простран- ственными {рис. 12.84 б), логично вписывающимися в планировочную структуру здания. Данная система является открытой, позволяет созда- вать разнообразные объемно-планировочные решения жилых, учебных, административных и других зданий со средними по величине пролетами - до 7,5 м.
Раздел IIL КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 251 а б Рис. 12.81. Безригельный каркас серии 1.420.1-14: а - схема формирования каркаса; б - двухэтажная колонна с высотой этажа 4.8 м; в - капитель; г - армирование капители; д - межколон- ная плита; е - армирование межколонной плиты; ж - пролетная плита; з - сопряжение капители с колонной; и - сопряжение межколон- ной плиты с капителью; 1 - колонна; 2 - квпитель; 3 - межколонная плита; 4 - пролетная плита; 5 - выпуски арматуры; 6 - пазы; 7 - строповочное отверстие; 8 - закладные детали; 9 - подъемная петля; 10 - арматурный каркас; 11 - арматурные сетки; 12 - стальные монтажные столики; 13 - бетон замоноличивания; 14 - арматурные вставки; 15 - обетонировка монтажных столиков
252 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 12.5. Каркасно-стеновые системы Каркасно-стеновая система - комбинированная конструктивная система здания, в которой используются два вида несущих конструкций для одного здания - кар- кас и стены в различном их строительном исполнении {табл. 12.2). Таблица 12.2. Варианты каркасно-стеновой конструктивной системы Материал каркаса Стены бревен- ка“ чатые. мен= брусча- мые тые монолитно бетонные с несъемной опалубкой моколит- нобетон- ные деревянные + + + стальные + + + железобетонные сборные + + + железобетонные монолитные + + Рис. 12.82. Сборно-монолитный безригельный каркас КУБ-2,5: а - монтажная схема; б - стык колонн; в - узел «колонна-плита» Рис. 12.83. Монолитный безригельный каркас: а - капители колонн и их армирование; б - расположение рабо- чей арматуры в плите (план); в - фрагмент разреза каркаса с изображением армирования плиты; 1 - рабочая арматура; 2 - конструктивная арматура Рис. 12.84, Монолитный безригельный каркас с колоннами в виде коротких стенок-диафрагм: а - фрагменты фасада и плана здания коридорного типа; б - воз- можные формы сечений колонн; в - формы колонн переменного сечения по высоте
Раздел Ш. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 253 При этом каркас и стены комбинируют или в плане здания (чаще), или по высоте здания (реже) в зависимо- сти от назначения здания и его объемно-планировочной структуры. Обычно применяют внутри здания каркас, по периметру - несущие стены (т.е. неполный каркас), что обеспечивает гибкость решения внутреннего простран- ства (рис. 12.85 а). Возможны и др. варианты расположе- ния каркаса и стен (рис. 12.85 б, в). Общая устойчивость и жесткость зданий каркасно- стеновой системы обеспечивается несущими стенами, которые служат вертикальными диафрагмами. Характерные узлы - опирания деревянных и стальных балок-ригелей на стены - показаны на рис. 12.86-12.88. В ЦНИИЭПжилища (Москва) разработана универ- сальная каркасно-стеновая система для жилых и об- щественных зданий. Отличительная особенность систе- мы - применение безригельного каркаса, состоящего из предналряженных многопустотных плит, и плоских одно- этажных колонн, размещаемых в толще перегородок (рис. 12.89). Принятые конструктивные решения позволя- ют применять следующие варианты: • с неполным внутренним каркасом, несущими на- ружными стенами и поперечными диафрагмами жестко- сти (рис. 12.89 а); Рис. 12.86. Опирание деревянных балок (ригелей каркаса) на стены: а - брусчатую; б - кирпичную; в - монолитнобетонную; 1 - балка; 2 - брус; 3 - шип бруса; 4 - деревянный короб; 5 - гцдроизоли- рованный конец балки; 6 - стальной анкер; 7 - гидроизолирован- ная доска; 8 - кирпичная стена, 9 - полистирольные блоки несъемной опалубки; 10 - монолитный бетон; 11 - вертикальная арматура ; 12 - анкерные арматурные стержни Рис. 12.85. Конструктивные схемы планов зданий каркасно-сте- новой системы: а - только с наружными несущими стенами; б - только с внут- ренними несущими стенами; в - комбинированное расположе- ние несущих стен; 1 - стойки (колонны) каркаса; 2 - балки-риге- ли каркаса; 3 - несущие стены Рис. 12.87. Опирание стальных балок на стены: а - на монолитнобетонную; б - на кирпичную; 1 - балка; 2 - по- листирольный блок несъемной опалубки; 3 - закладная деталь; 4 - вертикальная арматура; 5 - горизонтальная арматура; 6 - ар- матурный каркас; 7 - стальной лист; 8 - железобетонная под- кладка; 9 - стальной анкер
254 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • с полным каркасом, ненесущими или самонесу- щими наружными стенами и диафрагмами жесткости. Продольная и поперечная жесткость зданий обеспе- чивается стенами-диафрагмами жесткости (стены лест- ничных клеток, торцевые, межсекционные), объединен- ными между собой, с колоннами и дисками перекрытий. Одноэтажные плоские колонны сечением 200 х 600 мм стыкуются между собой контактным способом. По торцам колонн предусмотрены специальные вырезы для опирания плит перекрытий. Для фиксации и крепления плит в выре- зах имеются арматурные выпуски. Плиты толщиной 260 мм могут быть с продольными или поперечными пустотами. Для восприятия поперечных сил в плитах с продольными пустотами предусмотрены два продольных ребра, в пли- тах с поперечными пустотами - центральное продольное ребро и торцевые поперечные ребра. Сборная каркасно-стеновая система имеет следую- щие преимущества: • универсальность применения для гражданских зданий различной этажности и назначения; Рис. 12.88. Способы соединения стальных балок с монолитнобе- тонной стеной: а, б - на болтах к вертикальной пластине; в - опорный столик, заделанный в стену; г - опорный столик, прикрепляемый болта- ми к закладной детали; 1 - стена; 2 - балка; 3 - анкерная пласти- на; 4 - анкерный стержень; 5 - анкерный уголок; 6 - болт; 7 - гайка, приваренная к пластине • вариантность планировочных решений при ми- нимальной номенклатуре несущих конструктивных эле- ментов; • технологичность изготовления, обеспечиваемую высокой степенью унификации конструкций и узлов их сопряжения. Рис. 12.89. Полносборная каркасно-стеновая система: а - общий вид; б - фрагмент; 1 - плита; 2 - колонна; 3 - стеновая панель; 4 - закладная деталь; 5 - арматурный выпуск из колон- ны; 6 - центрирующая прокладка; 7 - шпонка; 8 - центрирующий стержень Рис. 12.90. Пример плана общественного здания каркасно-сте- новой конструктивной системы
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 255 12.6. Каркасно-подвесные системы Каркасно-подвесная система - комбинированная конструктивная система, в которой несущей конструкци- ей, воспринимающей вертикальные и горизонтальные нагрузки, является каркас. Подвески воспринимают толь- ко вертикальные нагрузки и работают на растяжение. Каркас может быть стальным, железобетонным или иметь сталебетонные или сталежелезобетонные элементы. Подвески крепятся непосредственно к оголовкам ко- лонн, представляющим собой балки и фермы (рис. 12.91 a-в), либо к элементам каркаса (рис. 12.91 г-е). Каркасно-подвесная система в строительной практи- ке применяется очень редко. Информация о конструктив- ных особенностях систем с подвесками дана в настоящем издании далее (см. п. «Ствольно-подвесные системы»). Рис. 12.91. Схемы зданий каркасно-подвесной конструктивной системы: а - с параллельным расположением стальных ферм-оголовков; б - с перекрестным расположением стальных ферм-оголовков; в - с железобетонными балками-оголовками; г - с выносным (на- ружным) каркасом; д - с арочным каркасом; е - с каркасом в виде высоких ферм; 1 - колонна; 2 - оголовок; 3 - подвеска; 4 - связь вертикальная; 5 - перекрытие Глава 13 СИСТЕМЫ С ОБЪЕМНЫМИ БЛОКАМИ 13.1. Виды объемных блоков Объемный блок - законченная структурная единица здания в виде пространственной тонкостенной конструк- ции, ограничивающая определенный объем (фрагмент) здания и обладающая необходимой прочностью, жестко- стью и устойчивостью. Объемно-блочный метод возведения зданий приме- няется в жилищно-гражданском строительстве наряду с другими видами индустриального домостроения. Наибо- лее целесообразными объектами применения объемно- блочного метода строительства являются здания с ярко выраженной ячейковой структурой: жилые дома, общежи- тия, гостиницы, здания санаторно-курортного назначе- ния, а также нежилые объекты - административно-быто- вые корпуса промпредприятий, здания культурно-быто- вого обслуживания, детские учреждения. В России и за рубежом здания из объемных блоков возводят в районах с различными условиями строитель- ства, в том числе в сейсмических зонах и районах вечной мерзлоты. Здания с применением объемных блоков проектируют- ся на основе объемно-блочной, блочно-стеновой, каркасно- блочной и ствольно-блочной конструктивных систем. Классификация. Известно большое количество ти- пов конструкций объемных блоков, поэтому определен- ная их систематизация является необходимой для рас- крытия сущности конструктивных особенностей блоков и упорядочения терминологии. Объемные блоки подразделяют: • ло назначению (рис. 13.1}- жилое помещение (комната), кухня, санитарно-технический узел, лестница, лифт и лифтовой холл, цокольный, чердачной крыши, прихожая, лоджия, балкон, эркер, коридор, шахта лифта, кровельный, машинное помещение лифта и др.; • по размерам (рис. 13.2} - на комнату, на группу помещений; • по замкнутости объема: замкнутые, незамк- нутые;
256 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • по форме плана: прямоугольные, косоугольные, криволинейные; • по изменяемости формы - неизменяемые, складывающиеся; • по степени заводской законченности - пол- ной готовности, неполной готовности; • по несущей способности - несущие, ненесу- щие; • по конструктивному решению - каркасные (с открытым или скрытым каркасом), бескаркасные; • по условиям опирания (рис. 13.3} - с точечным опиранием, с линейным опиранием; • по материалу - из бетона, из небетонных мате- риалов, смешанные; • по способу изготовления - монолитные (цель- ноформованные), сборные (составные); • по конструктивно-технологическому типу (для монолитных блоков, рис. 13.4) - «колпак», «стакан», «лежащий стакан», «труба», «стол», «кольцо». Блоки жилых комнат представляют собой шестиплос- костные замкнутые объемно-пространственные конструк- ции, имеющие в своем составе четыре стены, пол и пото- лок. Блоки могут полностью отделываться и оборудовать- ся на заводе с установкой оконных и дверных изделий, устройством полов и внутренней отделкой. Санитарно-кухонные блоки принципиальных конструк- тивных отличий от блоков жилых комнат не имеют, за исклю- Рис. 13.2. Разновидности блоков по размерам: а - на комнату (на одну конструктивно-планировочную ячейку); б,в на группу помещений (на часть кеартиры или секции дома) Рис. 13.3. Опирание блоков: а - по контуру; б - по двум сторонам; в - по углам Рис. 13.1. Типы объемных блоков по назначению: а - комната: б - санитарно-кухонный; в - санитарно-техничес- кий; г - лифт и лифтовой холл; д-з - лестница; и - прихожая; к - лоджия; л - балкон со стеной; м - балкон без стены; н - коридор; о - шахта лифтов; п - цоколь; р - чердачная крыша; с - блок кров- ли; т - машинное помещение лифта
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 257 чением того, что в них предусматривается возможность пропуска и крепления коммуникаций и оборудования. Блок-лестницы имеют существенные конструктивные отличия от других типов блоков и могут быть: цельнофор- мованными со стенами (рис. 13.1 ж)„ цельноформованны- ми без стен (рис. 13.1 з); сборными из отдельных элемен- тов (рис. 13.1 е) с различными вариантами объединения стен, площадок и маршей; сборными из двух полублоков (рис. 13.1 д). Важным конструктивным признаком является нали- чие или отсутствие в объемном элементе тех или иных граней. Практика показала, что возможны самыв разно- образные варианты блоков и дополнительных простран- ственных элементов (рис. /3.5). Классификация блоков по степени заводской закон- ченности связана не только с конструктивными, но и с тех- нологическими и организационными особенностями их производства и применения, а также с их назначением. В наибольшей мере идее объемно-блочного домостро- ения соответствуют блоки полной заводской готовности - полностью отделанные, оборудованные и укомплектован- ные в заводских условиях. В то же время для строительства в труднодоступных и отдаленных районах при длительных перевозках и невозможности гарантированной защиты от- делки может оказаться экономически целесообразным про- изводить на заводах блоки неполной заводской готовности (по отделке, оборудованию, комплектации). По признаку восприятия нагрузок блоки разделяются на несущие и ненесущие. Любая конструкция блока мо- жет быть отнесена лишь к одной из двух указанных раз- новидностей. Деление блоков на несущие и ненесущие связано с различием характера их работы в здании, а сле- довательно, и принципов их конструирования. Несущими принято называть блоки, воспринимающие нагрузку от вышележащих блоков и передающие ее на нижележащие блоки или другие опорные конструкции. Ненесущими блоками называют блоки, на которые не передается на- грузка от верхних этажей зданий или со смежных проле- тов и которые воспринимают лишь собственный вес и полезные нагрузки на блок. Восприятие и передача нагрузок несущими блоками осуществляется либо через усиленные вутами углы или вертикальные специальные ребра при точечном опира- нии, либо через стены блоков при линейном опирании. Классификация блоков по материалам является до- статочно условной, поскольку в любом блоке сочетаются различные материалы. Тем не менее при всем различии конструкций блоков представляется целесообразным вы- делить два типа: железобетонные блоки и блоки из небе- тонных материалов. Железобетонные блоки, как правило, являются несущими, блоки из небетонных материалов - ненесущими. Определяющим признаком является обес- печение требуемой несущей способности. По способу изготовления блоки могут быть сборны- ми и монолитные. Сборные блоки образуются путем со- единения отдельно изготовляемых плоских (или криволи- нейных) панелей; монолитные блоки характеризуются монолитным соединением граней. Название «монолит- Горизонтальные грани объёмных блоков Рис. 13.4. Конструктивно-технологические типы блоков: а - колпак; б - стакан; в - лежащий стакан; г - труба; д - стол; е - кольцо вО ГО дВ 1 (С о о е; Ю X 3 X S Ф Ю О X X го о. L. ф Рис. 13 5 Формообразование объемных блоков и простран- ственных элементов
258 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ные» является условным, так как по крайней мере одна из граней не имеет монолитной связи с блоком. Возможные схемы комплектации блоков элементами наружных стен представлены на рис. 13.6. Геометрические размеры объемных блоков устанав- ливают, исходя из грузоподъемности транспортно-мон- тажных механизмов, действующих ограничений при пере- возке железнодорожным или автомобильным транспор- том, а также возможностей применяемых для их изготов- ления формовочных машин. В соответствии с требованиями унификации и мо- дульной координации номинальные модульные размеры длины и ширины объемных блоков, соответствующие расстояниям между координационными осями, должны приниматься кратными укрупненным модулям 6М (600 мм) или ЗМ (300 мм). Рекомендуемые длины объем- ных блоков: 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 6,6 м; рекомендуемая шири- на: 3,0 и 3.6 м. Сущность объемно-блочного домостроения проявля- ется в резком укрупнении и обеспечении наибольшей сте- пени заводской готовности монтажного элемента здания. Этим самым объемно-блочное домостроение отличается от крупнопанельного и других видов строительства, этим определяются его особенности, главными из которых яв- ляются: тонкостенность крупногабаритных элементов бло- ков (внутренних стен и потолков); слоистость ограждений, образуемых двумя гранями (стенками) и воздушной про- слойкой между ними. При этом отношение высоты к тол- щине внутренних стенок объемных блоков составляет 40 и более (в крупнопанельных зданиях - 16-20). Конструкции объемных блоков должны соответство- вать следующим требованиям: • обладать необходимой прочностью, жесткостью, устойчивостью и обеспечивать несущую способность здания на весь период его эксплуатации (достигается правильным назначением рабочих сечений несущих эле- ментов и подбором материалов); • быть технологичными в условиях заводского из- готовления и обеспечивать возможность достижения максимальной степени их заводской готовности; Рис. 13.6. Схемы комплектации блоков элементами наружных ог- раждений • обеспечивать возможность сохранения в про- цессе складирования, транспортирования и монтажа тре- буемых качеств, а также наружной и внутренней отделок; • обеспечивать требуемые эксплуатационные ка- чества зданий: необходимые санитарно-гигиенические условия, звукоизоляцию, теплозащиту; • изготовляться с высокой точностью; должна быть обеспечена точность размеров шести граней, равенство их высот в крайних точках, равенство диагоналей, точность соблюдения толщин граней и конфигурации опорных час- тей, обеспечивающих правильность передачи нагрузок; • конструирование объемных блоков и зданий из них должно производиться с учетом требований модуль- ной координации размеров с максимальной унификаци- ей узлов, элементов, деталей с целью обеспечения воз- можности применения в зданиях других конструктивных элементов: фундаментов, стен подвалов, стеновых пане- лей. плит перекрытий, лестничных маршей и т.п.; • иметь как можно меньшую массу. Объемные блоки полной заводской готовности долж- ны иметь следующую комплектность и отделку: • остекленные оконные и балконные дверные блоки; • дверные блоки с наличниками и дверными при- борами; • встроенные шкафы и антресоли; • смонтированные разводки сетей центрального отопления, холодного и горячего водоснабжения, канали- зации с санитарно-техническими приборами; • смонтирован ную скрытую электропроводку с ар- матурой для подключения; • вентиляционные блоки с вытяжными решетками; • полы на балконах (лоджиях); • ограждения на балконах; • полностью отделанную фасадную поверхность наружных стеновых панелей; • внутреннюю отделку, соответствующую требова- ниям проекта здания. 13.2. Объемно-блочные системы Объемно-блочная конструктивная и строительная си- стема представляет собой пространственную форму организации (компоновку) связанных друг с другом несу- щих объемных блоков. Компоновка блоков в здании. Для обеспечения вариантности архитектурно-планировочных решений предусматривается необходимое количество типораз- меров объемных блоков. При этом модульная коорди- нация должна обеспечивать максимум вариантов их взаимного расположения в здании. Рекомендуется ис- пользовать особенность архитектуры объемно-блочных зданий - относительную свободу ориентации блоков в пространстве. Это дает возможность устраивать гале- реи, террасы, эркеры и лоджии, применять часть блока как консоли и др. Используются следующие планировочные приемы расстановки блоков относительно друг друга: • соосное (регулярное) расположение (рис. 13.7 а); • продольный сдвиг блоков (рис. 13.7 б), при ко- тором один ряд блоков сдвигается относительно другого вдоль продольной оси здания на часть планировочного шага, что позволяет увеличить количество сочетаний ти- пов квартир в секции дома;
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 259 • сдвиг одного или нескольких рядов блоков попе- рек продольной оси (рис. 13.7 в), что позволяет создать лоджии и эркеры, выявить пластику фасадов; • комбинация продольного и поперечного сдвигов (рис. 13.7 г); • поворот части блоков под прямым углом (рис. 13.7д); рекомендуется в торцевых частях зданий для уве- личения вариантности компоновки квартир и обогащения архитектурного решения; • раздвижка для коридора (рис. 13.7 е); • выдвижение блоков из плоскости фасада для образования эркеров и лоджий (рис. 13.7 ж); • выдвижение из плоскости фасада ряда блоков для образования коридоров, галереи (рис. 13.7 з); • установка блоков поперек нижележащих или под углом (в малоэтажных зданиях}. Конструкция объемных блоков. Для перспективно- го этапа строительства при создании новых и реконструк- ции действующих заводов ОВД и КПД, ориентируемых на выпуск объемно-блочных зданий, рекомендуется приме- нять конструкции железобетонных объемных блоков типа «колпак» в унифицированном варианте. Объемный блок типа «колпак» (рис. 13.8) представ- ляет собой железобетонную призматическую оболочку, состоящую из «колпака», плиты пола и приставной пане- ли наружной стены. «Колпак» является монолитной кон- Рис. 13.7. Компоновка блоков в здании: а - соосное расположение; б - сдвижка по продольной оси; в - сдвижка по поперечной оси; г - продольный и поперечный сдвиг; д - поворот под прямым углом; е - раздвижка для коридора; ж - выдвижка из плоскости фасада; з - выдвижка из плоскости фа- сада ряда блоков для образования коридоров, галерей струкцией, состоящей из пяти граней (четыре стены и потолок). Вертикальные и горизонтальные зоны сопряже- ния граней «колпака» имеют контурные усиления. Рис. 13 8. Конструкция унифицированного объемного блока типа «колпак». Толщина элементов конструкции из тяжелого (1) и лег- кого (2) бетона и для стен блока, на которые опирается панель- ный пролет (3); а - разрез горизонтальный; б - разрез вертикальный продоль- ный; в - разрез вертикальный поперечный; г - армирование; 1 - призматическая оболочка типа «колпак»; 2 - плита пола: 3 - при- ставная панель наружной стены; 4 - консоль плиты пола: 5 - кон- турное ребро плиты; 6 - промежуточное ребро плиты: 7 - сетка армирования нижней зоны потолка; 8 - гнутый каркас армирова- ния нижней зоны стен; 9 - гнутый каркас армирования стен по высоте; 10 - сетка армирования верхней опорной зоны потолка
260 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ В каждой стене «колпака» можно располагать не бо- лее одного проема; при этом ширина проема может дос- тигать длины стены за исключением угловых простенков по 0,35 м. Толщина стен объемных блоков принимается по рас- чету, но не менее 50 мм по нижнему сечению. Суммарная толщина двух спаренных граней объемных блоков, обра- зующих межквартирное ограждение, должна принимать- ся не менее 100 мм (из тяжелого бетона) или 120 мм (из легкого бетона). Потолок объемного блока, как правило, делают плос- ким. Для повышения жесткости и трещиностойкости он может иметь переменное сечение с утолщением к опор- ным зонам. Толщина плиты у опор при вспарушенном ва- рианте должна быть не менее 90 мм. Плита пола объемного блока выполняется с ребрами по контуру и гладкой плитой (как правило, при использо- вании легкого бетона) либо с плитой, имеющей промежу- точные ребра в одном (поперечном) или двух направлени- ях. Плита пола присоединяется к «колпаку» через раствор- ный шов с одновременной сваркой закладных деталей. Армирование «колпаков» и плит пола объемных бло- ков осуществляется пространственными арматурными каркасами, собираемыми на специальных кондукторах, соответствующих определенному типоразмеру изделия. Пространственный каркас «колпака» (рис. 13.8 г} состоит из системы гнутых арматурных сеток и вертикальных кар- касов, соединенных между собой контактной сваркой. Вертикальные каркасы армирования стен устанавливают- ся через 800-1500 мм в зависимости от уровня нагрузки на объемный блок, а также около проемов и на расстоя- нии 300-500 мм от внешних углов. Наружные стены являются одним из основных и наиболее ответственным элементом объемного блока. В железобетонных блоках наружные стены могут быть вы- полнены из бетонных материалов в виде трехслойных конструкций или из небетонных материалов в виде мно- гослойных конструкций с эффективными утеплителями. В блоках типа «колпак» и «лежащий стакан» наружная сте- на, как правило, ненесущая. Применяются три конструктивные варианта наружных стен: изготовляемые монолитно с прочими конструктив- ными элементами блока (рис. 13.9 а); изготовляемые от- дельно и монолитно соединенные с блоком в заводских условиях (рис. 13.9 б, а); изготовляемые отдельно - на- весные (рис. 13.9 г, д). Горизонтальные стыки между объемными блоками (рис. 13.10 a-в) выполняются на цементно-песчаном ра- створе. Не рекомендуется устройство растворных швов над перемычками проемов. На этих участках вместо ра- створа укладываются упругие прокладки из минеральной ваты или пенопласта, исключающие передачу нагрузок на перемычки. Рис. 13.10. Стыки между блоками: а, б - горизонтальные наружные; в - горизонтальный внутрен- ний; г, д- вертикальные наружные; е - вертикальный внутренний; 1 - объемный блок; 2 - гернит; 3 - защитное покрытие и герме- тик; 4 - цементно-песчаный раствор; 5 - водоотбойная лента; 6 - ограничительная полоса; 7 - теплоизоляционный бетон; 8 - водоотводящий фартук; 9 - утепляющий вкладыш; 10 - арматур- ная сетка; 11 - теплозвукоизолирующая прокладка Рис. 13.9. Конструкции наружных стен блоков: а-г - типа «колпак»; д - типа «лежащий стакан»
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 261 Заполнение горизонтальных стыков навесных стено- вых панелей осуществляется упругими и герметизирую- щими прокладками. Для обеспечения эксплуатационных качеств домов по звукоизоляции и для предотвращения распространения звука в межблочном пространстве горизонтальные и вер- тикальные внутренние швы по контуру смежных объемных блоков (рис. 13.10 в, е), следует заполнять раствором или упругими прокладками. Смежные объемные блоки должны иметь между со- бой связи в виде металлических планок, привариваемых к закладным деталям блоков (рис. 13.11). 13.3. Блочно-стеновые системы Конструктивная система здания (рис. 13.12), для ко- торого применяются крупные несущие элементы завод- ской готовности (объемные блоки, панели, плиты), носит название объемно-блочно-стеновой (или блочно-стено- вой). Как строительная система она называется панель- но-блочная. Панельно-блочная система позволяет сохранить пре- имущества крупнопанельных зданий в части создания разнообразных планировочных решений квартир с боль- шими (до 6 м) размерами помещений по фасаду и сокра- тить по сравнению с крупнопанельной системой сроки возведения зданий и построечную трудоемкость за счет введения объемных блоков и пространственных элемен- тов для конструктивных ячеек здания. Панельно-блочные здания, в зависимости от условий опирания перекрытий панельной части здания, проекти- руются по одному из следующих основных вариантов кон- структивной схемы: • с опиранием перекрытий панельной части, при- мыкающей к объемным блокам, на систему поперечных и (или) продольных стен (рис. 13.13 а); • с опиранием перекрытий панельной части на объемные блоки (рис. 13.13 б); • с опиранием перекрытий панельной части, при- мыкающей к объемным блокам с одной стороны, на эти объемные блоки, а с другой - на панельные стены (рис. 13.13 в). Рис. 13.12. Фрагмент террасного жилого дома из объемных блоков Рис. 13.11. Узел горизонтальных связей объемных блоков: 1 - объемный блок; 2 - закладная деталь блока; 3 - стальная пла- стина; 4 - сварной шов Рис. 13.13. Конструктивные схемы панельно-блочных здании (фрагменты разрезов): а - опирание перекрытий на панельные стены, в т.ч. приставные; б - опирание перекрытий панельной части на объемные блоки; в - опирание перекрытий на объемныв блоки и стеновые панели; 1 - объемный блок; 2 - приставная панель; 3 - промежуточная панель; 4 - плита перекрытия
262 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Пространственная жесткость зданий панельно-блоч- ной системы обеспечивается совместной работой систе- мы столбов объемных блоков и вертикальных диафрагм несущих стен панельной части здания, связанных гори- зонтальными диафрагмами перекрытий. Объединение панельных и блочных частей в общую пространственную систему здания производится сталь- ными сварными связями на закладных деталях (ряс. 13.14}, устанавливаемых в плоскости перекрытий и в плоскости внутренних и наружных стен (горизонтальные связи), а также путем замоноличивания горизонтальных стыков (вертикальные связи). Размеры объемных блоков в плане и привязка их к координационный осям зависят от схемы опирания плит Рис. 13.14. Горизонтальная связь объемного блока и внутренней стеновой панели: 1 - объемный блок; 2 - стеновая панель; 3 - закладная деталь; 4 - закладная деталь стеновой панели; 5 - накладная саязевая стальная пластина перекрытий на блоки, от расположения относительно друг друга блоков и панельной части (рис. 13.15). Привязка наружных стен здания осуществляется та- ким образом, чтобы расстояние от внутренней поверхно- сти наружной стены в панельной части здания до наруж- ной оси составляло 100 мм. Координационные внутренние оси при спаренном расположении блоков должны проходить через геометри- ческий центр зазора между ними; при опирании панель- ного пролета на стену блока в случае замещения объем- ным блоком панельного элемента стены - по оси этого панельного элемента (ряс. 13.15 б, г); без замещения - с таким же расстоянием от стенки блока до оси как при спаренном расположении блоков (рис. 13.15 а, в). Опирание плит перекрытий на блок осуществляется через «пальцы» плит или при помощи устройства консоли на уровне потолка блока (рис. 13.15 в). При любом спо- собе опирания должны обеспечиваться одинаковые от- метки чистого пола в помещениях, расположенных в объемном блоке и в панельной части здания. Соединение плит перекрытия с объемными блоками, а также элементов панельной части между собой осу- ществляется сваркой закладных деталей. Крепление наружных стеновых панелей панельной части к объемным блокам производится также сваркой закладных деталей с опиранием на консоли панели пола (см. рис. 13.8 6). Вертикальные стыки наружных стен панельной час- ти зданий выполняются аналогично стыкам панельного здания. Конструкция вертикального стыка между смеж- Рис. 13.15. Привязки в местах сопряжения объемных блоков и панелей. Вертикальный (а, б) и горизонтальный (в, г) стыки на- ружной стены во вновь проектируемых сериях проектов (а, в) и при замещении панельных элементов блоком в существующих решениях (б, г): 1 - наружная стеновая панель объемного блока; 2 - то же, па- нельной части здания; 3 - объемный блок; 4 - плита пола блока; 5 - плита перекрытия панельной части здания Рис. 13.16. Схемы каркасно-блочных зданий: а - со стоечным безригельным каркасом; б - с полным стоечно- ригельным каркасом; в - с безригельным каркасом; г - с подве- шиванием объемных блоков на каркас; 1 ~ колонна: 2 - ригель; 3 - плоское железобетонное перекрытие; 4 - ненесущий объем- ный блок; 5 - подвеска объемного блока
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ 263 ными объемными блоками и между блоками и панельной частью должна быть унифицирована со стыками панель- ного здания, принятого за основу. 13.4. Каркасно-блочные системы Одной из комбинированных конструктивных систем с применением объемных блоков является каркасно- блочная. Она характерна тем, что позволяет отказаться от использования тяжелых железобетонных блоков и пе- рейти к применению облегченных блоков из эффективных материалов благодаря возможности четкого разделения функций между несущим каркасом и блоками. При этом каркас призван воспринимать все действующие нагруз- ки - как вертикальные, так и горизонтальные - и переда- вать их на фундамент; блоки же выполняют лишь роль полностью готовой пространственной ячейки здания, до- ставляемой на строительную площадку с завода. Каркас- но-блочная система зданий позволяет создавать протя- женные свободные пространства - не заполняемые бло- ками площади, используемые в качестве прогулочных площадок, цветников, аэрационных проемов и т.д. В этой системе зданий в принципе возможно, в случае необхо- димости, заменять отдельные блоки в процессе эксплуа- тации. Дома могут проектироваться весьма большой этажности, которая лимитируется только несущей спо- собностью стального или железобетонного каркаса. По конструктивному решению можно выделить целый ряд разновидностей каркасно-блочных зданий, в том числе: • здания со стоечным безригельным каркасом {рис. 13.16 а), где роль ригелей выполняют сами блоки, опираемые по углам на стойки (колонны); • здания с полным стоечно-ригельным каркасом {рис. 13.16 б), в ячейки которого вставляются объемно- блочные элементы; • здания со стоечным безригельным каркасом и сплошными железобетонными перекрытиями в каждом этаже {рис. 13.16 в), на которые ставятся объемные блоки; Рис. 13.17. Монтаж объемных блоков на сборном железобетон- ном каркасе (Дания) • здания с полным стоечно-ригельным каркасом {рис. 13.16 г), к которому (или вокруг которого) крепятся объемные блоки поэтажно с помощью подвесок. Каркасно-блочные здания целесообразно проектиро- вать для крупных городов при строительстве уникальных жилых домов и общественных зданий большой этажно- сти. Система находится в стадии проектно-эксперимен- тальных разработок {рис. 13.17). Г л а в а 14 СИСТЕМЫ СО СТВОЛАМИ ЖЕСТКОСТИ 14.1. Общие положения Если система несущих стен является достаточно эф- фективной для жилых зданий средней этажности, то вы- сотные (в особенности общественные) здания требуют максимума планировочной гибкости, больших внутренних пространств, которые могут разделяться мобильными пе- регородками. В этом случае оптимальным решением яв- ляется сосредоточение систем вертикального транспорта, инженерного обеспечения и др. (лифтов, лестниц, инже- нерных коммуникаций, туалетов и других подсобных поме- щений) с образованием ствола или нескольких стволов в зависимости от назначения и размеров здания. Эти ство- лы используются как системы стен-диафрагм, обеспечива- ющие восприятие вертикальных и горизонтальных нагру- зок, а также устойчивость здания. Площадь стволов со- ставляет 10-25% общей площади этажа здания. Стволы жесткости можно рассматривать как высокие консольные балки, защемленные в грунте оснований и воспринимающие горизонтальные нагрузки. Так как ствол воспринимает одновременно вертикаль- ные нагрузки, он имеет преимущества для создания пред- варительного напряжения сжатием, и, таким образом, ра- стягивающие напряжения могут в нем не возникнуть. Конструктивные системы зданий со стволами жестко- сти характеризуются следующими особенностями: • формой ствола жесткости (квадрат, прямоуголь- ник, треугольник, многоугольник, круг и др.); • количеством стволов (один или несколько); • расположением стволов (в центре здания - цен- тральное, по периметру - периферийное, вне здания - примыкающее); • компоновкой ствола относительно объема зда- ния (симметричная, асимметричная): • влиянием геометрии здания на форму ствола жесткости (определяющее, косвенное). В зависимости от формы здания в плане сечению оди- ночного ствола придается разнообразная форма (рис. 14.1 а). При значительных размерах стволы выполняются в виде нескольких концентрических оболочек или многосекцион- ными (рис. 14.1 б), что позволяет существенно повысить их жесткость. Не существует каких-либо ограничений по фор- ме и расположению стволов в пределах площади здания или их полному или частичному выносу за контуры здания. Стволы жесткости выполняются из железобетона, из стали (рис. 14.2) и их комбинаций. Применение стальных
264 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ стволов ограничивается сравнительно невысокими зда- ниями из-за их недостаточной жесткости и невысокой ог- нестойкости. Преимущества стальных стволов заключа- ются в возможности их быстрого монтажа. Стволы жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборном варианте эле- менты малоповторяемы; кроме того, при монтаже значи- тельно увеличивается объем сварочных работ. Монолитный железобетонный ствол имеет стены по- стоянной (для сравнительно невысоких зданий) или пере- менной толщины: от 40-120 см в нижних этажах до 20- 60 см - в верхних. Кроме восприятия нагрузок железобе- тонные стволы являются ограждающими пространство конструкциями и для их огнезащиты не требуется допол- нительных мероприятий. В уровне каждого этажа в стволе предусматриваются дверные проемы (с одной или нескольких сторон). Нераз- резность ствола обеспечивается обвязочными балками (перемычками над проемами) в уровне и ниже перекрытий Монолитные стволы жесткости армируют вертикаль- ными пространственными каркасами, которые на монта- же стыкуют соединительными стержнями (рис. 14.3). Пе- ремычки над проемами армируют горизонтальными кар- касами. Продольную и поперечную арматуру, а также тол- щину стен устанавливают по расчету. По условиям техно- логии возведения в скользящей опалубке наименьшая толщина стен - 200 мм. Стены и перемычки стволов мо- гут быть предварительно напряженными. Системы зданий со стволами жесткости характеризу- ются большим разнообразием конструктивных решений, связанных, прежде всего, с восприятием и передачей на- грузок. Ствол, как единственная вертикальная несущая конструкция, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки, применяется достаточно редко. Наряду со стволом (стволами) в зданиях применяют и др. вертикальные конструкции - стены, каркас, объемные бло- ки, подвески. Соответственно образуются комбинирован- ные конструктивные системы: ствольно-стеновая, стволь- но-каркасная, ствольно-блочная, ствольно-подвесная. 14.2. Ствольные системы Определяющий признак ствольной конструктивной системы - все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются одним или не- сколькими стволами жесткости. Нижние этажи в таких зданиях оставляются открытыми для проезда транспорта и движения пешеходов. Здания характеризуются мень- шей площадью застройки (основания) и, соответственно, уменьшенными объемами работ по возведению фунда- ментов, пониженной чувствительностью к неравномер- ным осадкам фундаменте®, повышенной сопротивляемо- стью сейсмическим воздействиям. В зависимости от способов опирания конструкций этажей к передаче нагрузки на стволы различают разно- видности ствольной системы: □□ьдо ^ОООО) б Рис. 14.1. Формы стволов жесткости: а - односекционные; б - многосекционные Рис. 14.2. Схемы стальных стволов жесткости Рис. 14.3. Схема армирования монолитного ствола жесткости: 1 - арматурный пространственный каркас; 2 - соединительные стержни; 3 - продольная арматура перемычки; 4 - поперечная арматура перемычки; 5 - проем
Раздел Ш. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 265 • с консольными перекрытиями на каждом этаже (рис. 14.4 а); • с несущей конструкцией перекрытия высотой в этаж, расположенной через этаж (рис. 14.4 б); • с опиранием несущих конструкций этажей на одну мощную опорную консоль ствола (рис. 14.4 в, д); • с опиранием несущих конструкций этажей на ре- гулярно расположенные по высоте ствола опорные кон- соли (рис. 14.4 г, е); • с опиранием перекрытий на консольные стены- балки ствола (рис. 14.5); • с опиранием несущих конструкций этажей на балки или фермы между стволами (рис, 14.6 а, б); • с опиранием перекрытий на пояса стальных или железобетонных ферм (рис. 14.6 в); • с опиранием перекрытий на стены-балки в виде стальных решетчатых или железобетонных перфориро- ванных конструкций (рис. 14.6 г, д). Системы с консольными конструкциями перекрытий на каждом этаже не являются распространенным реше- нием в связи с гибкостью консольных участков и необхо- димостью усиленного армирования для восприятия изги- бающих моментов. В зависимости от величины вылета консольные перекрытия в ствольных зданиях выполняют- ся плоскими (для меньших вылетов) или балочными. Рис. 14.5. Фасад и план одноствольного здания с кон- сольными стенами-балками Рис. 14.4. Схемы зданий с одним стволом жесткости: а - с консольными перекрытиями на каждом этаже; б - с несу- щей конструкцией перекрытия высотой в этаж; в - с опиранием несущих конструкций этажей на одну консольную железобетон- ную опору; г - то же, на две опоры; д - с опиранием несущих кон- струкций этажей на одну консольную стальную опору; е - то же, на две опоры; 1 - ствол жесткости; 2 - плита перекрытия; 3 - консольная монолитнобетонная балка; 4 - контурная балка; 5 - консольная ферма; 6 - контурная ферма; 7 - железобетонная консольная опора; 8 - стальная консольная опора; 9 - стойка (ко- лонна); Ю - перекрытие
266 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Вариант с несущей конструкцией перекрытия в виде фермы высотой в этаж является предпочтительнее кон- сольных поэтажных перекрытий. Система с единой несущей конструкцией (нижней консольной опорой, рис. 14.4 в, д) отличается технико- экономическими преимуществам перед системой раз- бивки этажей на отдельные группы (рис. 14.4 г, е). Последнее решение может получить предпочтение по композиционным (преодоление монотонности архитек- турной формы) или функциональным (использование пространства между ярусами) соображениям. Большими формообразующими возможностями при получении значительных по площади этажей обладают ствольные здания с несколькими стволами, располагае- мыми периферийно (рис. 14.7). Рис. 14.7. Схемы планов зданий с периферийным расположени- ем нескольких стволов жесткости Рис. 14.6. Схемы зданий с двумя стволами жесткости: а - с опиранием несущих конструкций этажей на железобетон- ную балку между стволами и консольные балки; б - то же, на стальные фермы; в - с опиранием перекрытий на пояса ферм (в т.ч. консольных); г - с опиранием перекрытий на стальной диаго- нально-решетчатый каркас стен; д- с опиранием перекрытий на железобетонные стены-балки
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 267 14.3. Ствольно-подвесные системы Ствольно-подвесная конструктивная система харак- теризуется наличием ствола (стволов) жесткости, подве- сок и поддерживающих конструкций в виде оголовков, ростверков, балок или ферм, предназначенных для креп- ления к ним подвесок. Ствольно-подвесные системы находят применение в связи с рациональным использованием конструкционных материалов и возможностью увеличения пролетов (по Сравнению со ствольными). Подвески, воспринимающие вертикальные нагрузки, являются растянутыми элементами, поэтому нет необхо- димости уменьшать допускаемые напряжения как в сжа- тых элементах, где возможна потеря устойчивости. По- этому сечения растянутых элементов (подвесок) умень- шаются до минимума. Кроме того, экономия по весу ма- териалов достигается за счет применения высокопроч- ных канатов, несущая способность которых в несколько раз выше, чем у обычных строительных сталей. Сдерживают и усложняют проектирование и строи- тельство ствольно-подвесных зданий следующие факторы: • недостаточная изгибная жесткость стальных подвесок при изменениях нагрузок, что вызывает пере- мещения подвесных конструкций; • высокая концентрация напряжений в растяну- тых элементах создает определенные трудности по их анкеровке; • горизонтальные нагрузки полностью восприни- маются только стволом, для опирания которого требует- ся развитая конструкция фундамента. Ствольно-подвесные системы характеризуются раз- нообразием геометрических форм, которые зависят от способов строительства, стоимости, продолжительности возведения, объемно-планировочных решений. По количеству главных опор (стволов) ствольно-под- весные здания можно разделить на две основные группы: одноствольные (рис. 14.8} и двух- или многоствольные {рис. 14.9). Междуэтажные перекрытия зданий ствольно-подвес- ной системы подвешиваются к консольным оголовкам, выполненным в виде балочных ростверков или системы перекрестных ферм, балок, которые опираются на верти- кальный ствол здания {рис. 14.10). Для уменьшения изгибающих моментов в балочных ростверках по высоте ствола (здания) устраивают два, три и более ростверков в зависимости от количества эта- жей {рис. 14.8 д, е и 14.10 б). В двухствольных зданиях в качестве основных конст- рукций, несущих вертикальную нагрузку от перекрытий, используются фермы (в т.ч. консольные или системы на- клонных подвесок {рис. 14.9 б, в). Подвески выполняются стальными (круглая сталь, ка- наты, листовая сталь, прокатные профили, рис. 14.11) или железобетонными (рис. 14.12 в). Предварительно напряженные железобетонные подвески выгодно отлича- ются от стальных меньшими деформациями температур- ного расширения, огне- и коррозионной стойкостью. Вертикальные подвески работают на центральное растяжение. Величина растягивающих усилий уменьша- ется в направлении сверху вниз. Система подвесок мо- жет воспринимать совместно со стволом горизонтальные нагрузки в случае заанкеривания в фундаменте или ство- ле (рис. 14.8ж, з, и). Рис. 14.8. Схемы зданий ствольно-подвесной системы с одним стволом: а-в - с различной геометрией оголовков подвесной системы; г - с одним балочным оголоеком; д - с оголовком и ростверком; е - с оголовком и двумя ростверками; ж-и - с преднапряженными подвесками
268 8.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ На рис. 14.10 а показаны основные узлы стального оголовка, выполненного по типу, показанному на рис. 14.8 а, с использованием подвесок из круглых стержней высокопрочной стали. Стержни в узлах крепят с помощью гаек и контргаек. 14,4. Ствольно-стеновые системы Ствольно-стеновая конструктивная система пред- ставляет собой комбинацию вертикальных несущих кон- струкций в виде ствола (стволов) и внутренних (редко - наружных) стен (рис. 14.13), которые совместно работа- ют на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Совмест- ность работы обеспечивается монолитными или сборно- монолитными перекрытиями. Ствольно-стеновые системы применяются для зда- ний в 20-45 этажей. Для более высоких зданий их эффек- тивность резко снижается из-за большой толщины стен и проблем с вертикальным транспортом. Как стволы жесткости, так и стены выполняются мо- нолитнобетонными. В зданиях до 20-25 этажей толщина внутренних несущих стен принимается одинаковой по высоте здания и обычно составляет 140-250 мм. Для бо- лее высоких зданий толщина стен может изменяться от 500-700 мм понизу до 250-400 поверху. 14.5. Ствольно-каркасные системы Среди ствольных наибольшее распространение полу- чила ствольно-каркасная комбинированная конструктив- ная система (рис. 14.14; 14.15}. Ствол располагают пре- имущественно в центральной части здания и используют для размещения лестнично-лифтовых узлов и инженер- ных коммуникаций. Колонны каркаса чаще всего разме- щают по контуру наружных стен, при этом пространство между стенами ствола и наружными колоннами оставля- ется свободным от внутренних опор с целью обеспечения гибкости планировочных решений. Роль горизонтальных дисков жесткости, передающих горизонтальную нагрузку от наружных колонн на стены ствола, выполняют кон- струкции междуэтажных перекрытий. Рис. 14.10. Конструкции оголовков и ростверков: а - стальной оголовок; б - здание с консольными перекрестны- ми предварительно напряженными железобетонными балками- ростверками; 1 - опорная рама; 2 - оттяжка; 3 - подвеска; 4 - распорка Рис. 14.9. Схемы зданий ствольно-подвесной системы с двумя стволами: а - с оголовками на стволах; б - с подвеской к фермам; в - с си- стемой наклонных подвесок Рис. 14.11. Виды подвесок: а - круглая сталь; б - канат закрытого типа; е - канат в трубе с цементным раствором; г - листовая сталь; д - пакет из листовой стали; е - двутавр; ж - спаренные швеллеры
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 269 Одним из современных направлений индустриально- го строительства зданий ствольно-каркасной системы является метод подъема перекрытий и этажей, кото- рый позволяет использовать положительные качества сборного и монолитного железобетона, способствует улучшению архитектуры зданий при сокращении расхода основных строительных материалов и затрат труда. Метод подъема может эффективно применяться при строительстве многоэтажных жилых и общественных зда- нии различного функционального назначения, производ- ственных корпусов, а также специальных сооружений, в том числе с пространственными покрытиями. Универсальность и эффективность метода подъема обеспечивает: • строительство зданий с крупным шагом колонн при значительных полезных нагрузках; • получение любой желаемой формы здания в плане, в том числе со свободной (нерегулярной) расста- новкой колонн; • совмещение в здании разновысотных этажей; • образование консолей перекрытий по всему пе- риметру здания; • формирование как точечных, так и протяженных структур; • создание зданий с наклон ными и спиралевидны - ми перекрытиями; • возможность возведения зданий в стесненных условиях застроенных территорий; • возможность вести строительство в сейсмичес- ких зонах, сложных инженерно-геологических условиях и труднодоступных районах. Сущность метода заключается в том, что тяжелые и крупногабаритные конструкции (массой до нескольких тысяч тонн при площади в десятки тысяч квадратных мет- ров) монтируют и укрупняют на уровне земли и потом поднимают по вертикальным опорным конструкциям (стволам и колоннам) с помощью комплекта подъемного оборудования. При возведении многоэтажных зданий (рис. 14.16) после устройства фундаментов и монтажа колонн перво- Рис. 14.12. Подвешивание элементов перекрытий: а - стальной балки; б - железобетонной обвязочной балки; в - железобетонных плит; 1 - подвеска из круглой стали; 2 - канат в трубе; 3 - железобетонная подвеска с применением листовой стали; 4 - стальная балка перекрытия; 5 - железобетонная обвя- зочная балка; 6 - плита перекрытия; 7 - гайки го яруса на земле бетонируют пакет плит перекрытий, количество которых равно числу этажей будущего здания. На колонны устанавливают систему подъемного оборудо- вания (обычно грузоподъемность каждого подъемника 50 т), которым управляют с центрального пульта. Сквозь подъемники пропускают винтовые тяги, которые соединя- ют с плитами перекрытий. Поэтапный подъем конструк- ций начинают с плиты покрытия. По мере подъема плит перекрытий подъемники поднимают выше и колонны на- ращивают, устанавливая промежуточные ярусы высотой на два или три этажа. На последнем этапе (рис. 14.16 г) для выдвижения подъемников выше плиты покрытия и ее Рис. 14.13. Схемы зданий ствольно-стеновой системы: а - продольные стены и центральный ствол; б - поперечные сте- ны и центральный ствол; в, г - радиальные стены и центральный ствол; д - «звездчатое» расположение стен; е - стены по пери- метру и стволы, расположенные не в центре здания; ж - треу- гольные стволы по периметру; 3 - угловые квадратные стволы; и - поперечные стены и торцевые стволы; к - замкнутые угловые стволы, соединенные стенами, и центральный ствол
270 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ подъема на проектную отметку на верхний ярус колонн устанавливают инвентарные монтажные колонны - сталь- ные секции, сечение которых равно сечению колонны, а высота составляет 1 -1,3 м. По окончании подъема инвен- тарные монтажные колонны демонтируют вместе с подъемниками. Ствол жесткости возводят либо заранее (если бето- нируют в скользящей опалубке) на всю высоту здания, либо одновременно с подъемом плит перекрытий с не- большим их опережением (если бетонируют в перестав- ной опалубке). Рис. 14.14. Схемы зданий ствольно-каркасной системы Монтажные краны (приставной башенный или уста- новленный на стволе жесткости) используют для следую- щих работ: монтажа и демонтажа подъемного оборудова- ния, установки колонн, бетонирования ствола жесткости, навески наружных стеновых панелей и подачи материа- лов на этажи. Тип крана выбирают в зависимости от Рис 14.15. Крепление ригеля стального каркаса к железобетон- ному стволу жесткости: 1 - стена ствола: 2 - стальная балка; 3 - раствор; 4 - швеллер; 5 - ребро; 6 - отверстие для болта; 7 - забетонированная труб- ка; 8 - болт Рис. 14.16. Подъем и наращивание вертикальных конструкций многоэтажного здвния: а - монтаж колонн первого яруса, бетонирование пакета плит перекрытий; б-г - этапы подъема плит покрытия и перекрытий; 1 - пакет плит перекрытий; 2 - колонны первого яруса; 3 - подъемное оборудование; 4 - пульт управления; 5 - ядро жест- кости; 6 - колонны промежуточных ярусов; 7 - инвентарные монтажные колонны
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 271 объемно-планировочного и конструктивного решений здания. Плиты перекрытий зданий, возводимых методом подъема, существенно отличаются от плит перекрытий обычных каркасных зданий. То обстоятельство, что плиты перекрытий изготавливают непосредственно на объекте строительства и поднимают без крана в проектное поло- жение, позволяет делать их сплошными на весь этаж вме- сте с балконами и лоджиями. В зависимости от назначе- ния и объемно-планировочного решения здания плиты пе- рекрытия проектируют разной конструкции (рис. 14.17). Плоские плиты из тяжелого бетона толщиной 120- 220 мм с каркасами из плоских армвтурных сеток приме- няют обычно при пролетах между колоннами 6-7 м. При увеличенных нагрузках изготавливают плиты перекрытий увеличенной толщины (до 280 мм), но облегченные за счет легкобетонных вкладышей. Арматурные каркасы в этом случае проходят в ребрах из тяжелого бетона, рас- полагающихся между легкобетонными вкладышами. При пролетах др 9-10 м используют многопустотные плиты толщиной 250-350 мм, в которые вместе с арма- турным каркасом устанавливают пустообразователи из пластмассовых или асбоцементных труб. Торцы труб за- крывают заглушками. Кессонные и ребристые плиты толщиной 450-500 мм применяют при пролетах между колоннами до 15 м, при- чем перекрытия таких типов изготавливают как с обыч- ной, так и с предварительно напряженной арматурой. Для бетонирования плит перекрытий вначале уста- навливают стальную бортовую опалубку, ограничиваю- щую плиту по контуру. После наносят разделительный слой, которым покрывают основание для того, чтобы бе- тон следующей плиты не схватился с бетоном предыду- щей плиты. После нанесения разделительного слоя устанавлива- ют арматурный каркас. В первую очередь монтируют стальные воротники, которые заранее надеты на колон- ны. Для этого срезают по одному нижнему воротнику и устанавливают их на бетонную подготовку (рис. 14.18). лЦДля того, чтобы в дальнейшем можно было захватить пли- ты перекрытий при подъеме, между бетонной подготов- кой и воротником оставляют зазор не менее 30 мм. Плиты перекрытий поднимают после установки ко- лонн первого яруса, бетонирования ствола жесткости на полную высоту здания или частично и окончания бетони- рования пакета плит перекрытий. Для обеспечения устой- чивости колонн в процессе подъема часть плит, которые не находятся в данный момент в состоянии подъема, кре- пят к стволу и колоннам металлическими клиньями (рис. 14.19). Одновременно поднимают одну, две, три, иногда четыре плиты. Для ускорения подъема плит перекрытий каждую плиту поднимают как можно ближе к вышележа- щей, оставляя между ними зазор 200-250 мм. Для опирания плиты на колонну (рис. 14.20 а) зара- нее подвешивают к плите штырь снизу на подвесках, при- стреливаемых к нижней поверхности плиты. После подъе- Рис. 14.18. Установка воротников перед бетонированием плиты перекрытия: 1 - бетонная подготовка; 2 - воротник; 3 - колонна; 4 - арматур- ный каркас; 5 - деревянные бруски; 6 - подкладки; 7 - пакля Рис. 14.17. Типы монолитных плит перекрытий: а - сплошная; б - с легкобетонными вкладышами: в - многопус- тотная; г - кессонная; д - ребристая; 1 - арматурный каркас; 2 - ребра тяжелого бетона; 3 - легкобетонные вкладыши; 4 - пусто- тообразователи Рис. 14.19. Крепление плиты перекрытия на отметках временно- го опирания: 1 - колонна; 2 - плита перекрытия; 3 - опорный штырь; 4 - клин «плита-колонна»; 5 - ствол жесткости; 6,7- парные клинья «пли- та-ствол»
272 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ма плиты и установки штыря напротив отверстия в колон- не его задвигают в отверстие и опирают на него плиту перекрытия. Для опирания плиты на стену ствола жесткости {рис. 14.20 б) штырь устанавливают внутри ствола на кронш- тейне и после подъема плиты перекрытия выше отвер- стия задвигают его в отверстие. Чтобы штырь легче пе- ремещался, его можно устанавливать на роликах. Для снижения трудоемкости подъема и облегчения установки плит перекрытий на проектные отметки приме- няют автоматические устройства {рис. 14.21; 14.22). Подъем этажей отличается от подъема перекрытий тем, что все или почти все конструкции этажа монтируют на земле и потом готовый этаж в сборе поднимают на проектную отметку. Схемы жилых зданий, возведенных методом подъе- ма, приведены на рис. 14.25. 14.6. Ствольно-блочные системы Ствольно-блочные системы представляют собой стволы жесткости с опертыми на них или подвешенными к ним объемными блоками (блок-этажами). Рассматриваемые конструкции многоэтажных ствольно-блочных зданий экспериментируются в следую- щих вариантах; • здания с многоэтажными группами блоков, кото- рые устанавливаются на консольные платформы, опира- ющиеся на стволы {рис. 14.24) или подвешиваемые к стволам (рис. 14.25); • здания из консольных блоков, закрепляемых на стволе жесткости (рис. 14.26); • здания из спаренных консольных блоков, соеди- ненных арматурой в мостовые балки-секции, которые опираются на стволы и торцевые стены (рис. 14.27); Рис. 14.20. Опирание плиты перекрытия; а - на колонну; б - на стену ствола жесткости; 1 - плита пере- крытия; 2 - колонна; 3 - отверстие в колонне или стене ствола жесткости; 4 - опорный штырь; 5 - стена ствола жесткости; 6 - кронштейн Рис. 14.21. Автоматическое опирание плиты перекрытия на же- лезобеюнную колонну с помощью пружинных защелок: 1 - корпус; 2 - подпружиненные элементы; 3 - распорные винты; 4 - плита перекрытия Рис. 14.23. Схемы жилых зданий, возведенных методом подъема Рис. 14.22. Автоматическое опирание плиты на стену ствола же- сткости: а - при подъеме; б - при опускании тяг; 1 - опорный элемент; 2 - плита перекрытия; 3 - стена ствола жесткости; 4 - окно в стене Рис. 14.24. Схема ствольно-блочного здания с установкой бло- ков на консольные платформы
Раздел III КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 273 Рис. 14.25. Схема ствольно-блочного здания с установкой бло- ков на подвешенные к стволам фермы здания с опиранием блоков на мостовые пролет- ные конструкции в виде балок или ферм (рис. 14.28; 14.29); » здания с подвешиванием консольных блоков на- клонными тягами к стволам (рис. 14.30). Конструкции зданий, передающие нагрузки от объем- ных блоков на несущий ствол через консольные платфор- мы (см. рис. 14.24), являются простейшими среди стволь- но-блочных систем, но имеют сравнительно большие рас- ходы строительных материалов и трудозатрат. Стремление добиться экономичных и оригинальных решений привело к созданию конструктивной системы из консольных блоков на одном или нескольких железобе- тонных стволах без применения платформ (см. рис. 14.26). Вариант этой конструкции предусматривает мон- таж объемных блоков консольно на стволе посредством анкерных тяг, проходящих по диагонали продольных стен каждого блока, причем выпуски анкерных тяг противоле- жащих блоков соединены между собой через перекрытия. Вариант из спаренных объемных блоков, собираемых на предварительно напряженной арматуре или на кана- тах в мостовые балки-секции, опирающиеся непосред- ственно на стволы жесткости (см. рис. 14.27), является сложным в конструктивном отношении, но экономичным. При этом стволы и стены-диафрагмы соединяются меж- ду собой горизонтальными гибкими связями в виде на- прягаемой арматуры или канатов, которые располагают- Рис. 14.27. Схема ствольно-блочного здания из спаренных кон- сольных блоков, собираемых в мостовые балки-секции: а - фасад; б - план; в - спаренные блоки; 1 - ствол: 2 - объем- ный блок; 3 - торцевая стена-диафрагма; 4 - напрягаемая арма- тура или канат Рис. 14.26. Схемы ствольно-блочных зданий с закреплением блоков на стволе: а - схема разреза; б - общий вид блока; в - узел крепления бло- ка; г - виды планов
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 14.2В. Ствольно-блочное здание с опиранием блоков на же- лезобетонные балки ся в каналах, образованных в торцевых внутренних стен- ках спаренных объемных блоков. Конструкция здания позволяет делать разрывы меж- ду этажами на любой высоте. Способ возведения зданий этого конструктивного варианта возможен и методом подъема этажей. В практике проектирования встречаются конструк- тивные системы зданий с несущими стволами и опираю- щимися на них мостовыми пролетными конструкциями (в виде балок или ферм), на которые блоки могут уклады- ваться в несколько рядов сверху или подвешиваться сни- зу (см. рис. 14.28; 14.29). Разновидностью ствольно-блочной системы является консольно-подвесной вариант, в котором конструкции гори- зонтальных объемов (выполненные из сборного предвари- тельно напряженного железобетона) работают как консоль- ные балки, опертые на стволы жесткости (см. рис. 14.30). При этом для уменьшения изгибающих моментов балочно- блочные элементы подвешивают наклонными тягами к ство- лам. Здания с такой конструктивной схемой могут иметь как консольные свесы, так и свободное пространство между этажами, что создает предпосылки к формированию плас- тических объемно-пространственных композиций. Рис. 14.29. Схема стеольно-блочного здания с опиранием бло- ков на двухэтажные балки-стенки и подвешиванием блоков Рис. 14.30. Схема ствольно-блочного здания с подвешиванием консольных блоков наклонными тягами к стволам Гл а в а 15 ОБОЛОЧКОВЫЕ СИСТЕМЫ 15.1. Общие положений Оболочковая конструктивная система представляет собой несущую вертикальную конструкцию наружных стен на всю высоту здания в виде стального или железобетон- ного каркасного ствола решетчатого типа (рис. 15.1). Внешний ствол (оболочка), охватывающий все зда- ние, наиболее эффективен с точки зрения обеспечения жесткости системы и восприятия горизонтальных (ветро- вых) нагрузок для высотных зданий в 50-150 этажей. К наиболее перспективным модификациям оболочко- вых систем относится многосекционная оболочковая система (рис. 15.1 в), в которой горизонтальные нагруз- ки воспринимаются совместной работой решетчатых оболочек наружных и межсекционных (внутренних для здания)стен. Конструкции наружных стен (оболочек) разнообраз- ны. Наиболее функционально оправданны и поэтому шире применяются конструкции в виде безраскосной пространственной многоэтажной рамы из близко распо- ложенных стоек (колонн) и поэтажных горизонтальных обвязочных балок. Стойки и балки несущей системы од- новременно служат оконными простенками и перемычка- ми наружного ограждения. При этом фасад здания вы- глядит как перфорированная стена. Жесткость конструкции наружной стены может быть повышена с помощью диагональных связей (раскосов), обеспечивающих работу конструкции по типу ферм. Форма решеток стен может быть весьма разнообраз- ной. Элементы решетки могут служить солнцезащитой, оп- ределяя эстетическую выразительность фасадов зданий. Расчет зданий оболочковой системы предполагает, что наружные конструкции воспринимают горизонталь-
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 275 ные нагрузки как консольный замкнутый полый стержень, защемленный е фундаменте. Конструкции зданий оболочковых систем выполняют- ся из сборного, монолитного и сборно-монолитного же- лезобетона, из стали, а также в комбинации железобето- на и стали. Конструкции из железобетона. Типы решеток наруж- ных стен из железобетона представлены на рис. 15.2. Пре- имущественно применяются безраскосные типы решеток. б ж И Рис. 15.1. Примеры зданий оболочковых систем: а - фасад 50-зтажного административного здания из монолит- ного железобетона (Нью-Йорк}; б -схема здания из стальных или комбинированных (железобетон и сталь) конструкций; в - схемы планов зданий многосекционной оболочковой системы ЖФЖ ЖФЖ [«ffi VaVaVaV7aV7aV7\Y Рис. 15.2. Типы решеток несущих конструкций железобетонных наружных стен: а - большепролетные высокие балки; б - квадратная решетка с высокими балками; в - квадратная рамная решетка; г - близко расположенные колонны и высокие балки; д - безраскосные фер- мы через этаж; е - раскосные фермы через этаж; и - уширения балок; з - уширения колонн; и - раскосная решетка с глухими мо- нолитными участками высотой в этаж; к - перфорированная стена JUUULUL □□□□□□□ ппппппг JUUUUL JOOOOC }ООООС юооос зпплог
276 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Применение диагональных связей позволяет суще- ственно повысить сопротивляемость наружных стен гори- зонтальным силовым воздействиям. В таких зданиях же- сткость решетчатой оболочки увеличивается благодаря глухим монолитным панелям (участкам) высотой на этаж и шириной, равной шагу колонн, размещенным по диаго- налям наружных стен (см. рис. 15.1 а). Соединяясь по уг- лам, панели образуют в плоскости стен мощные диаго- нальные связи высотой на 10-15 этажей. В несущих решетчатых стенах (оболочках) шаг наруж- ных колонн, выполняющих функции простенков, состав- ляет от 1,5 до 4 м (в отдельных случаях до 7,5 м); ширина колонн от 60 до 100 см (в отдельных случаях до 150 см). Высота поэтажных контурных (обвязочных) балок, выполняющих функции подоконных элементов, составля- ет от 40 до 120 см. Толщина элементов наружной решетчатой оболочки здания обычно принимается переменной по высоте в со- ответствии с величинами действующих вертикальных и го- ризонтальных нагрузок, которые существенно возрастают книзу здания; при этом на практике нередко изменяют по- перечные сечения элементов по форме и размерам. Разработаны и применяются сборно-монолитные вари- анты конструкций оболочковых систем. Тонкостенные желе- зобетонные опалубочные элементы (несъемная опалубка) сборно-монолитных конструкций решетчатых стен могут иметь самую разнообразную форму в зависимости от кон- фигурации наружной оболочки здания, шага и формы сече- ния колонн, формы балок и других факторов. Как правило, наружные элементы оставляемой опалубки одновременно выполняют функции фасадной облицовки здания. Армирование монолитных и сборно-монолитных стен осуществляется пространственными каркасами из арма- турной стали периодического профиля с применением жесткой арматуры из прокатных профилей (рис. 15.3]. В зданиях оболочковых систем отношение между наименьшим размером поперечного сечения здания и его высотой достигает 1:8. Рис. 15.3. Армирование железобетонной решетчатой стены: 1 - вертикальная жесткая арматура: 2 - вертикальный арматур- ный каркас; 3 - горизонтальный каркас Конструкции из стали Типы стальных решеток на- ружных стен показаны на рис. 15.4. В отличие от железо- бетонных, в стальных решетчатых стенах преимуществен- но применяются раскосные варианты, узлы которых ча- стично показаны на рис. 15.5. Стальные безраскосные решетки стен (рис. 15.6} вы- полняются из укрупненных монтажных элементов, изго- Рис. 15.4. Типы решеток несущих конструкций стальных наруж- ных стен: а - близко расположенные колонны с высокими балками; б - сквозные ригели в виде ферм; в-ж - раскосные решетки; з. и - наклонные колонны с горизонтальными обвязочными балками; к - крестообразные связи между колоннами; л, м - крестообраз- ные связи в ячейках решетки
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 277 товленных в заводских условиях с помощью сварки эле- ментов из листов и прокатных профилей. Комплексное применение железобетона и стали. В последние годы в ряде стран проводятся исследования и разработки рациональных приемов совмещения моно- литных железобетонных и стальных конструкций в высот- ных зданиях, в частности, оболочковых конструктивных си- стем. Достоинства железобетона - повышенная жесткость, способность принимать любую форму, относительно высо- кая прочность, возможность жесткого соединения элемен- тов - можно с пользой и без каких-либо конструктивных трудностей сочетать с достоинствами стали: легкостью и прочностью, скоростью возведения конструкций. К числу конструкций, рационально сочетающих поло- жительные свойства монолитного бетона и стали, отно- сятся комплексные сталежелезобетонные конструкции (с жесткой арматурой), в которых функции арматуры выпол- няют стальные двутавровые или швеллерные профили (сердечники). Такие конструкции (рис. 15.7) наряду с вы- сокой несущей способностью характеризуются высокими жесткостью, огнестойкостью и коррозионной стойкостью, а также повышенной индустриальностью изготовления. Модификацией оболочковой системы является ком- бинированная конструкция, в которой стойки рамы сосре- доточены в угловых зонах здания, а средняя зона, свобод- ная от вертикальных элементов, пересечена ростверками высотой в 4 этажа с шагом по высоте в 12-14 этажей (см. рис. 15.1 б). Мощные угловые суперрамы с безраскосной решеткой выполняются из железобетона или стали, а ро- Рис. 15.6. Конструкции стальных безраскосных решеток наруж- ных стен: а - из сборных (монтажных) элементов высотой на два этажа; б - с обвязочными балками сквозного сечения; 1 - вертикальная стойка полого сечения: 2 - обвязочная балка сплошного сечения: 3 - элементы обвязочной балки; 4 - соединительные накладки Рис. 15.5. Узлы стальных раскосных решетчатых стен: а - узел решетки, показанной на рис. 15.4 д; б-то же, на рис. 15.4 з; в - узел решетки, показанной на рис. 15.4 к; 1 - раскос: 2 - стойка; 3 - балка перекрытия; 4 - фасонка из листовой стали; 5 - подвеска для промежуточного опирания перекрытия; 6 - лист- заглушка; 7 - соединительная накладка Рис. 15.7. Комплексные сталежелезобетонные конструкции на- ружных стен зданий оболочковой системы: а - с круглыми колоннами; б - с прямоугольными колоннами; 1 - оставляемая опалубка колонны из железобетонных тонкостенных элементов; 2 - обвязочная балка стальная; 3 - балка перекрытия стальная; 4 - стальной сердечник; 5 - анкерный упор; 6 - верти- кальная арматура; 7 - монолитный бетон
278 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ стверки, являющиеся фермами с раскосной решеткой, - из стали. Такой вариант, помимо конструктивных преиму- ществ (концентрация материала в зонах, где наблюдает- ся наиболее эффективная работа конструкций), имеет также архитектурные преимущества - в средней зоне сте- ны возможно устройство атриумов. 15.2. Комбинированные оболочковые системы Оболочковая система в ее «чистом» виде практичес- ки не применяется, так как устройство вертикальных ком- муникаций (лифтов, лестниц, каналов) и перекрытий (с возможно меньшими пролетами) предопределяет приме- нение внутренних опорных вертикальных конструкций в виде колонн, стволов, стен. Таким образом образуются комбинированные конструктивные системы: каркасно- оболочковая, ствольно-оболочковая, оболочко-диафраг- мовая (оболочко-стеновая), каркасно-ствольно-оболоч- ковая, каркасно-оболочко-диафрагмовая. Широкое распространение в зданиях с монолитными железобетонными конструкциями получила ствольно- оболочковая система, при которой горизонтальные на- грузки воспринимаются совместно стенами центрально- го ствола и жесткой решетчатой оболочкой наружных стен (рис. 15.8). В США, где строится достаточно много подоб- ных зданий, такую систему называют «труба в трубе». В зависимости от соотношения между жесткостями наруж- ной оболочки и ствола жесткости горизонтальные нагруз- ки между ними распределяют следующим образом: на наружную оболочку - от 10 до 70%, на ствол - от 90 до 30% общей нагрузки. При применении ствольно-оболоч- ковой системы повышается жесткость здания на 30-50% по сравнению со ствольно-каркасной системой и, соот- Рис. 15.8. Схемы зданий ствольно-оболочковой системы; а - с двумя стволами, соединенными диафрагмой; б - с консоль- ными выпусками перекрытий наружу; в - с многосекционным концентрическим стволом; г - с редким расположением мощных колонн-пилонов, поэтажно соединенных обвязочными балками ветственно, снижаются горизонтальные перемещения верха здания. Железобетонные контурные балки могут быть выпол- нены решетчатыми и оставлены открытыми на фасаде, как, например, в 41-этажном здании в Рио-де-Жанейро (рис. 15.9). Наружные коробчатые пилоны этого здания объединены между собой на уровне каждого этажа желе- зобетонными преднапряженными решетчатыми балками пролетом до 19 м. Наружные стены сдвинуты вглубь зда- ния на толщину этих балок, выполняющих одновременно роль солнцезащитных элементов. При больших расстояниях между стволом и оболоч- кой наружных стен применяются (вводятся) колонны - формируется каркасно-ствольно-оболочковая конст- руктивная система (рис. 15.10). Внутренние колонны не участвуют в обеспечении жесткости здания, а несут вер- тикальную нагрузку от перекрытий. В некоторых зданиях, где применение внутренних стволов жесткости недопустимо по планировочным сооб- ражениям, а жесткость здания может обеспечиваться только оболочкой наружных стен, применяют каркасно- оболочковую конструктивную систему (рис. 15.11). Рис. 15.9. Административное здание ствольно-оболочковой си- стемы (Рио-де-Жанвйро, Бразилия): а - фрагмент фасада; б - конструктивная схема плана; 1 - ствол; 2 - наружный пилон; 3 - решетчатая балка; 4 - балка перекры- тия; 5 - перекрестно-ребристый участок перекрытия Рис. 15.10. Схема здания каркасно-ствольно-оболочковой системы
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 279 Дли увеличения жесткости каркасно-оболочковых зданий, а также для создания лестнично-лифтовых узлов и отдельных помещений между колоннами или между на- ружными стенами и колоннами, устраивают несущие же- лезобетонные или стальные стены-диафрагмы. Такая комбинированная конструктивная система называется каркасно-оболочко-диафрагмовой (рис. 15.12). В зданиях, где целесообразно применение внутри только плоских жестких элементов (диафрагм), работаю- щих одновременно на вертикальные и горизонтальные нагрузки и разграничивающих объем здания на секции или помещения, следует применять оболочко-диафраг- мовую систему (рис. 15.13). Применение (выбор) той или иной комбинированной оболочковой системы зависит от многих факторов, в том числе следующих: • объемно-планировочного решения здания (раз- меры и форма помещений и здания е целом, высота зда- ния, соотношения размеров, величины пролетов); • материалов основных несущих конструкций; величин действующих вертикальных и горизон- тальных нагрузок; • жесткости отдельных несущих конструкций и здания в целом. Рис. 15.11. Схемы зданий каркасно-оболочковой системы: а - с пилонами по сторонам квадратного плана; б - многосекци- онная; в - центрическая на круглом плане; г - треугольная Рис. 15.12. Схема здания каркасно-оболочко-диафрагмовой си- стемы Рис. 15.13. Схема здания оболочко-диафрагмовой системы Гл а ва 16 КОНСТРУКЦИИ нижних НЕТИПОВЫХ ЭТАЖЕЙ В многоэтажных и высотных зданиях обычно сочета- ются различные по функции помещения, что часто исклю- чает возможность применения единой по высоте здания регулярной конструктивно-планировочной структуры. В нижних этажах, конструкции которых наиболее нагруже- ны, возникает функциональная необходимость увеличить шаги и пролеты несущих конструкций, высоту этажа, раз- меры проемов в наружных ограждениях. Переходная конструкция от фундаментов к основно- му объему здания должна, при необходимости, иметь свободную (гибкую) планировку в нижних этажах для раз- мещения учреждений обслуживания; при использовании пространства в уровне земли в качестве переходов или стоянок автомобилей. Необходимая свобода планировки первого этажа обес- печивается переходом на конструктивную систему с отдель- ными, по возможности, редко расположенными опорами (колоннами, пилонами, лестнично-лифтовыми ядрами). Таким образом, в пределах одного здания появляют- ся две различные конструктивные системы: каркасная - в нижних этажах и стеновая, объемно-блочная или оболоч- ковая - в верхних. А в некоторых случаях каркасная с большими пролетами переходит также в каркасную, но с меньшими пролетами. Задача заключается в создании наилучших условий совместимости этих двух систем при наиболее простом и рациональном решении передачи усилий, действующих в конструкциях верхней части, на сосредоточенные опо- ры нижней части здания. Такую задачу можно решить, используя: портальные рамы по ширине здания со «сто- лом» в виде мощных плит (рис. 16.1 а-г); • двух- и трехветвевые колонны (с подчеркнуто выразительными формами), которые объединяют верх- ние колонны через плиту (рис. 16.1 д, е); • распределительные балки-ригели, восприни- мающие большие сосредоточенные нагрузки от колонн (рис. 16.1 ж); • распределительные фермы (рис. 16.1 з); • распределительные балки-стенки (рис. 16.1 и); арочные порталы (рис. 16.1 к); • перекрестные балки (рис. 16.1 л); • перекрестные фермы (рис. 16.1 н); • объединение колонн (рис. 16.1 м).
280 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а б Рис. 16.1. Типы переходных конструкций нижних нетиповых этажей: а - портальная рама со сплошной плитой; б - портальная рама с техническим этажом; в - двухъярусная рама с техническим эта- жом; г - рама со стойкой и V-образной опорой; д - двухветвевые колонны с плитой (фасад); е - трехветвевые колонны с плитой; ж - многопролетная рама с распределительными балками-риге- лями; з - распределительная раскосная ферма; и - распредели- тельная балка-стенка; к - арочная портальная рама; л - перекре- стные балки, опирающиеся на ядро лестнично-лифтового узла (разрез и план); м - объединение колонн в уровне технического этажа (фасад); н - перекрестные фермы (фрагмент разреза) Вертикальными элементами жесткости в переходной конструкции служат стенки-диафрагмы (при необходимо- сти) и пространственные ядра лестнично-лифтовых узлов (рис. 16.2). Поиски рациональных решений переходной конструк- ции привели к появлению на практике трех ее разновид- ностей по материалу и строительной технологии: из сбор- ного железобетона, из монолитного железобетона, из стали. Основной предпосылкой первого решения являет- ся наличие номенклатуры унифицированных сборных элементов для зданий с различными конструктивными решениями. Второе решение требует специальной опа- лубки и достаточно трудоемко. Третий вариант предпола- гает большой расход стали и, помимо этого, не исключа- ет необходимости обетонирования металлических кон- струкций в целях противопожарной и антикоррозионной защиты. В некоторых случаях возможен совмещенный сборно-монолитный вариант. Каким бы ни было материальное воплощение пере- ходной конструкции нижнего этажа здания, ее тектоника должна выражать действительную картину силовой рабо- ты, визуально отражая жесткость, устойчивость и надеж- ность здания. Этажи, в которых располагают горизонтальную си- стему жесткости из балок и ферм, загромождены конст- руктивными элементами, поэтому в них не размещают основные помещения, а пространство используют в каче- стве вспомогательных помещений (технические этажи, склады, раздевалки и т.п.). Одним из вариантов конструкций «стола», осуществ- ленных в практике строительства крупнопанельных мно- гоэтажных жилых домов, явилась система сборных одно- Рис. 16.2. Многоэтажный жилой дом с рамными опорными кон- струкциями и выносными объемами лестниц, усиливающими ус- тойчивость здания: а - план в уровне первого этажа; б - торцовый фасад
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 281 Рис. 16.3. Сборный железобетонный «стол» крупнопанельного жилого дома. 1 - колонны (стойки рамы); 2 - треугольный ригель рамы; 3 - на- ружная стеновая панель; 4 - типовое перекрытие панельной час- ти здания; 5 - сборное перекрытие с набетонкой; 6 - техничес- кое подполье; 7 - фундаментная плита; 8 - «пол первого этажа» Рис. 16.4. Сборно-монолитный «стол» жилого дома: а - план; б - разрез; 1 - колонны; 2 - диафрагмы жесткости; 3 - чистый пол жилого этажа; 4 - ригель; 5 - капитель; 6 - плита пе- рекрытия; 7 - монолитный бетон; 8 - внутренняя стене; 9 - на- ружной стена; 10 - технический этаж пролетных рам, устанавливаемых под каждую попереч- ную стену жилого дома (рис. 16.3). Ригель рамы высотой 2,8 м располагается в техническом этаже и состоит из двух элементов в форме треугольников. Основания треу- гольников воспринимают нагрузку от несущих панелей жилого дома, а вершины треугольников, опираясь на ко- лонны, передают на них эти нагрузки. Для погашения воз- можных распорных усилий, возникающих при несиммет- ричном загружении жилой части дома, в уровне пола тех- нического этажа устраивается сборное железобетонное перекрытие с монолитной набетонкой. Унифицированные конструкции сборно-монолитных «столов» (рис. 16.4} представляют собой связевую кар- касно-панельную конструкцию подвала (на рис. условно не показан), первого (или нескольких нижних) и техничес- кого этажей с сеткой колонн 6,0 х 5,4 м, выполняемую из элементов унифицированного каркаса, монолитной желе- зобетонной плиты толщиной 670 мм, укладываемой по сборному перекрытию, и сборной конструкции жилой ча- сти дома высотой до 16 этажей, устанавливаемой на мо- нолитную плиту. На колонны в пределах высоты техничес- кого этажа устанавливаются специальные капители, слу- жащие опорой сборных железобетонных ригелей и плит. Общая устойчивость конструкции нежилых этажей и вос- приятие горизонтальных нагрузок обеспечиваются со- вместной работой вертикально диафрагм жесткости, рас- полагаемых вокруг лестничной клетки, и горизонтальных дисков перекрытий. Г л а в а 17 ПЕРЕКРЫТИЯ 17.1. Общие положения Перекрытия - основные горизонтальные конструк- тивные элементы здания, расчленяющие его по высоте на уровни (этажи) и выполняющие одновременно несущие функции. Конструкции перекрытий образуют горизонтальные жесткие диски (диафрагмы). Они объединяют вертикаль- ные несущие конструкции здания, обеспечивая его рабо- ту при воздействии вертикальных и горизонтальных на- грузок как единого целого. Перекрытия передают посто- янные (перегородки) и временные (мебель, оборудова- ние, люди) вертикальные нагрузки на стены или колонны здания (рис. 17.1}. Силовые воздействия вызывают напряженное состо- яние и деформации элементов перекрытия, наиболее ярко проявляющиеся в прогибах. Несиловые воздействия вызывают необходимость придания перекрытиям соот- ветствующих теплотехнических, акустических, гидроизо- ляционных, огнезащитных и др. качеств, отвечающих тре- бованиям эксплуатации. Классификация перекрытий По местоположению в здании и эксплуатационному назначению перекрытия разделяют на; • надподвальные, отделяющие первый этаж от подвала; • цокольные, отделяющие первый этаж от под- полья или сквозного этажа (над проездом);
282 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • междуэтажные, разделяющие этажи; • чердачные, отделяющие верхний этаж от чердака. Все перекрытия, кроме чердачного, включают в себя конструкцию пола. По материалу основных элементов перекрытия быва- ют: деревянные, железобетонные, сталежелезобе- тонные, сталебетонные. По способу возведения: сборные, сборно-монолит- ные, монолитные. Сборные перекрытия по размерам применяемых строительных изделий выполняются; • из мелкоразмерных элементов (главным об- разом в малоэтажном строительстве); • из крупноразмерных элементов (для много- этажных зданий). По конструктивному решению перекрытия разделяют на: • балочные, состоящие из несущей части (балок) и заполнения или настила; • безбалочные (или плитные), выполняемые из однородных элементов - плит. По теплотехническим характеристикам перекрытия бывают утепленные (надподвальные, цокольные, чер- дачные) и неутепленные (междуэтажные). По способам достижения нужной звукоизоляции пе- рекрытия могут быть акустически однородными и аку- стически неоднородными. Акустически однородные пе- рекрытия состоят из несущих плит, нижняя поверхность которых является потолком, а верхняя - основанием для настилки пола. При этом защита от воздушного шума дос- тигается доведением массы 1 мг перекрытия до опреде- ленной величины (например, для жилых зданий до 400 кг; что соответствует толщине плиты из тяжелого бетона 160 мм). Акустически неоднородные перекрытия включают несколько слоев, один из которых - несущий - может иметь толщину, определяемую расчетом на прочность. Рис. 17.1. Виды перекрытий и воздействия на них: 1 - надподвальное; 2 - цокольное; 3 - междуэтажное; 4 - чер- дачное; 5 - силовая нагрузка; 6 - ударный шум; 7 - воздушный шум; 8 - тепловой поток; 9 - диффузия водяного пара; 10 - ка- пель с крыши Остальные слои предназначены для звукоизоляции, вели- чина которой определяется акустическим расчетом. ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРЕКРЫТИЯМ Перекрытия должны обладать прочностью - выдержи- вать действующие на них постоянные и временные нагрузки. Эксплуатационные качества перекрытий определяет их жесткость. Если жесткость недостаточна, то под вли- янием нагрузок перекрытия дают значительные прогибы. Величина жесткости оценивается значением относитель- ного прогиба, равного отношению абсолютного прогиба к величине пролета. Прогиб элементов перекрытий (балки, прогоны, пли- ты, настилы), открытых для обзора, ограниченный исходя из эстетико-психологических требований, не должен пре- вышать при пролетах: 3 м - 1/150 часть пролета; 6 м- 1/200; 12-24 м - 1/250. Прогиб элементов перекрытий, ограниченный конст- руктивными требованиями, не должен превышать рассто- яния (зазора) между нижней поверхностью этих элемен- тов и верхом перегородок, витражей, дверных коробок, расположенных под несущими элементами. Противопожарные требования к перекрытиям соот- ветствуют степеням огнестойкости соответствующих зда- ний. Так, по СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зда- ний и сооружений» предел огнестойкости междуэтаж- ных, надподвальных и чердачных перекрытий должен быть не менее: для I степени огнестойкости здания - REI60; для II и III - REI 45; для IV - RE115; для V - не нормируется. Теплозащитные требования предъявляют к пере- крытиям, отделяющим отапливаемые помещения от не- отапливаемых пространств - чердачных, цокольных, над- подвальных. Особое внимание необходимо уделять кон- струированию перекрытий в местах опирания и примыка- ния к наружным стенам во избежание образования мос- тиков холода. Достаточная звукоизоляция - важнейшее требова- ние, которое определяется местоположением перекры- тий (чердачное, междуэтажное, надподвальное) и функ- циями разделяемых ими помещений. Перекрытия долж- ны обеспечивать звукоизоляцию как от ударного, так и от воздушного шума. Перекрытия должны быть возможно меньшими по толщине и весу. Высота перекрытий определяет общую высоту этажа и здания. При увеличении высоты перекры- тия (а значит, и здания) возрастают общие затраты на строительство здания. Высота перекрытий зависит от: пролета, нагрузки и допустимого прогиба, расположения балок (в одном или двух уровнях), толщины плит, наличия инженерных коммуникаций в толще перекрытия, высоты подвесного потолка, толщины конструкции пола. Деревянные перекрытия малоэтажных зданий долж- ны удовлетворять требованиям по биостойкостм, т.е. не должны подвергаться загниванию, особенно в местах опирания на стены и примыкания к ним. Конструктивные решения перекрытий должны быть обоснованы экономически и технологически - они долж- ны обладать индустриальностью в устройстве. Эстетические качества перекрытий решаются на основе общего архитектурно-художественного замысла по интерьерам здания. В зависимости от назначения помещений к пере- крытиям могут предъявляться специальные требова- ния: водонепроницаемость (для перекрытий в сануз-
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 283 Таблица 17.1. Назначение слоев перекрытия изоляция + утеплитель + + выравнивающий слой + + Несущие элементы: плиты + + + + + балки + + Воздушная прослойка + + Потолок: прокладка + + облицовка + + + + лах, душевых, банях, прачечных), несгораемость (в по- жароопасных помещениях), газонепроницаемость (при размещении в нижних этажах помещений, выделя- ющих газы). Для выполнения этих требований в большинстве слу- чаев необходима многослойная конструкция перекрытия. От состава, структуры и толщины отдельных слоев зави- сят функциональные качества и высота перекрытия. Перекрытие в его общем виде, как правило, имеет три функциональные слоя (рис. 17.2): • несущая конструкция, которая обычно состоит из плит и балок перекрытия; • пол (над несущей конструкцией) с настилом, изолирующим и распределяющим нагрузку слоями; • потолок, представляющий собой подвесную или подшивную конструкцию нижней плоскости перекрытия. 1 2 3 4 5 8 9 10 Рис. 17.2. Состав перекрытия в обобщенном еиде: 1 - покрытие пола; 2 - стяжка; 3 - изоляция (гидро-, паро-): 4 - утеплитель; 5 - выравнивающий слой; 6 - плита; 7 - балка; 8 - воздушная прослойка; 9 - прокладка; 10 - облицовка В табл. 17.1 указано назначение отдельных слоев пе- рекрытия. В зависимости от местоположения и конкрет- ного решения перекрытия некоторые слои могут отсут- ствовать. В настоящей главе рассматриваются преимуще- ственно несущие конструкции перекрытий, а пол и пото- лок представлены в других главах учебника. 17.2. Деревянные перекрытия Деревянные перекрытия - единственно возможный вариант для зданий с деревянными стенами или деревян- ным каркасом и достаточно надежное и недорогое реше- ние для домов с каменными стенами. При условии изго- товления перекрытий из сухой древесины и обеспечения вентиляции их внутренних пространств нормативный срок службы деревянных перекрытий составляет 40-50 лет. Для деревянных перекрытий характерна балочная конструктивная схема, основу которой составляют балки с пролетами, не превышающими 6 м (рис. 17.3). Достоинствами деревянного перекрытия являются: простота придания конструкции необходимых теплотех- нических и акустических свойств, возможность производ- ства работ круглый год, технологичность. Деревянные балочные перекрытия состоят из двух основных частей: несущей конструкции и ограждающего заполнения, что позволяет более рационально использо- вать различные строительные материалы, применяя их сообразно их свойствам: для несущей части - древесину с высокими механическими свойствами, для заполне- ния - материалы с хорошими акустическими, теплотехни- ческими и другими показателями. В зависимости от вида применяемой древесины (цельной или клееной) и количества прибоин (черепных брусков) балки подразделяют на типы (рис. 17.4 а. б): Рис. 17.3. План расположения деревянных балок перекрытия
284 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • БЦО - балка из цельной древесины без прибоин; • БЦ1 - балка из цельной древесины с одним че- репным бруском; • БЦ2 - балка из цельной древесины с двумя че- репными брусками; • БКО - балка из клееной древесины без прибоин; • БК1 - балка из клееной древесины с одним че- репным бруском; • БК2 - балка из клееной древесины с двумя че- репными брусками. В зависимости от вида защитной обработки балки подразделяют на имеющие защиту от биоразрушения и имеющие защиту от биоразрушения и возгорания. Дли крепления черепных брусков (обычно сечением 50 х 40 мм) применяют строительные гвозди К4 х 100, забиваемые с интервалом в 200 мм. Балки выполняются преимущественно из лесомате- риалов хвойных пород (сосны, ели, пихты, лиственницы) в виде бревен, брусьев или досок. При выборе между бру- сьями и досками следует учитывать следующее. Брус, как более мощный элемент, целесообразен при больших про- летах и нагрузках. При сравнительно небольших пролетах и нагрузках применение брусьев приводит к редкой рас- становке балок, что влечет за собой увеличение толщины элементов заполнения. В этих случаях целесообразнее применять толстые доски. К недостаткам дощатых балок можно отнести бо'лыиую, чем для брусьев, опасность воз- горания вследствие меньшей толщины и относительно большей поверхности нагрева при пожаре; загнивание также скорее выведет из строя дощатую балку. Таблица 17.2. Минимальное сечение деревянных балок прямоугольного сечения, см Расстояние между балками, м Вели= чина 0.5 1.0 пролета. распределенная общая нагрузка, кПа м 1.5 2,5 3,5 1.5 2.5 3,5 3,0 5x12 5x14 5x16 10x12 10x14 10x16 3,5 5x14 5x16 5x18 10x14 10x16 10x18 4,0 5x16 5x18 10x17 10x16 10x19 10x21 4,5 5x18 10x17 10x19 10x18 10x21 10x23 5.0 10x16 10x19 10x21 10x20 10x23 10x26 5,5 10x22 16x22 16x24 10x23 10x26 10x28 Сечение балок (табл. 17.2) принимают в зависимо- сти от величины перекрываемого пролета, расстояния между балками, нагрузки на 1 м2 перекрытия (собствен- ный вес и нормативная нагрузка). При назначении сечения балок следует исходить из соображений, что высота должна составлять 1/16-1/20 пролета, ширина-1/2-1/3 высоты. Оптимальная величина пролетов для деревянных ба- лочных перекрытий - 3-4,5 м. При пролетах более 4,5 м сечения балок увеличиваются до нестандартных размеров, а само перекрытие будет ощутимо прогибаться («зыбить»). Расстояние между балками принимают в зависи- мости от конструктивного решения перекрытия. Если по Рис. 17.5. Опирание деревянных балок: а - на стену с помощью прибоин; б - на деревянную балку с по- мощью стальной фасонки; в - на сборно-монолитную стену; г - то же, при примыкании, 1 - балка; 2 - деревянная опорная при- боина; 3 - вклеенный стеклопластиковый стержень; 4 - стальная фасонная деталь; 5 - анкерный стержень; 6 - полистирольный опалубочный блок; 7 - вертикальная арматура; 8 - горизонталь- ная арматура; 9 - монолитный бетон Рис. 17.4. Деревянные балки перекрытий: а - общий вид балки; б - сечения балок из цельной и клееной древесины; в - возможные сечения балок из цельной древесины
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 285 балкам непосредственно настилают пол, то расстояние между ними определяется толщиной настила (досок, плит), и обычно оно не должно превышать 50 см. Если используют балки большого сечения, по которым уклады- вают лаги и настилают пол, то расстояние между балка- ми увеличивают до 1 м. Концы балок, опираемых на каменные или бетонные наружные стены, оборачивают гидроизоляционным ру- лонным материалом (не закрывая торцов), а простран- ство ниши вокруг балки заполняют эффективным утепли- телем (минеральная вата, стекловата, пенопласт). Длина опорных концов балок должна быть не менее 120 мм. Перекрытия в помещениях с повышенной влажно- стью (ванные, туалеты, душевые) при эксплуатации под- вергаются увлажнению. Основными конструктивными требованиями при устройстве здесь деревянных пере- крытий являются следующие условия: чистый пол должен быть водонепроницаем, с гладкой поверхностью, на кото- рой не застаивается вода; под покрытием пола должен быть водоизоляционный ковер из мастичных или рулон- ных материалов; перекрытие желательно устраивать без пустот; проветриваемость конструкции должна обеспечи- ваться приточно-вытяжной вентиляцией. Звукоизоляция. В деревянных перекрытиях, состоя- щих из большого количества мелких элементов, которые образуют швы, следует прежде всего уплотнять эти швы. Для этого необходимо элементы настила и подшивки сплачивать, например, в шпунт или в четверть или делать их в два слоя. Колебания воздуха и ударные нагрузки мо- гут вызвать колебания элементов настила и вместе с ними резонансные колебания межпольного пространства а 6 7 8 9 10 в 7 11 12 9 13 14 г Д 16 17 18 3 19 10 е 7 20 13 8 9 2 4 10 Рис. 17.6. Соединение деревянных балок при опирании на внут- реннюю стену: а - с помощью боковых стальных накладок; б - с помощью ско- бы; в - с верхней стальной пластиной; г - с боковыми гвоздевы- ми плитами Ж Рис. 17.7. Перекрытия с деревянными балками: а - чердачное; б - междуэтажное со скрытыми балками; в - междуэтажное с частично выступающими балками; г - между- этажное с полностью выступающими балками; д - междуэтаж- ное в «мокрых» помещениях; е - междуэтажное с высокими аку- стическими свойствами; ж - цокольное; 1 - утеплитель; 2 - пленка гидроветрозащитная; 3 - пароизоляция; 4 ~ обрешетка дощатая: 5 - плиты потолочные; 6 - фанера; 7 - ДСП; 8 - про- слойка воздушная: 9 - звукоизоляция; 10 - гипсоволокнистые листы огнестойкие (ГВЛО); 11 - лаги; 12 - ДСП звукоизоляци- онные; 13 - доски: 14 - плинтус; 15 - песок; 16 - плитка кера- мическая; 17 - стяжка; 18 - бетон легкий; 19 - распорка из до- сок 50 х 20 мм через 1,2 м; 20 - звукоизоляционная прокладка из вспененного полиэтилена
286 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ и потолка. Во избежание этого настил необходимо устра- ивать не тонким, кроме того, вводить слои звукопоглоща- ющих материалов (минераловатные плиты и маты, пено- полиэтиленовые прокладки, мягкие древесноволокни- стые плиты и т.п., рис. 17.7). Теплоизоляция. В цокольном, надподвальном и чер- дачном перекрытиях следует предусматривать теплоизо- ляционный слой, толщина которого назначается по рас- чету в зависимости от расчетной температуры и приме- няемого материала. Биостойкость. В условиях увлажнения (особенно пе- риодического) древесина без принятия соответствующих мер может загнить. С целью предохранения деревянных перекрытий от загнивания следует применять пиломате- риал нормальной (не более 18%) влажности. Если приме- няется более влажная древесина, необходимо обеспе- чить ее быструю просушку в самой конструкции вентиля- цией полостей перекрытия через оставляемые вдоль стен открытые полосы (закрываемые позднее при окончании строительства), через специальные вентиляционные по- ловые решетки или щелевые плинтусы. Профилактичес- ким средством против загнивания является антисептиро- вание древесины. Основные варианты опирания деревянных балок пере- крытий показаны на рис. 17.5 м 77.6, а конструктивные ре- шения разных по назначению перекрытий - на рис. 17.7. В европейской практике (Германия, Швейцария) при строительстве деревянных зданий широкое распростране- ние получили балочные деревянные элементы короб- чатого и сплошного сечений. Их изготавливают из досок путем склеивания по продольным кромкам (коробчатое сечение) или по пласти (сплошное сечение) (рис. 17.8). Между собой элементы соединяются в паз и гребень. В перекрытиях балочные элементы опираются на главные балки или ригели каркаса заподлицо с верхней гранью последних, образуя сплошной настил. Укладка произво- Рис. 17.8. Балочные деревянные клееные элементы перекрытий: а - коробчатого сечения; б - сплошного сечения; в - опирание на главную балку или ригель каркаса дится всухую> без применения клея или соединительных деталей. Перекрытия, включающие балочные элементы коробчатого сечения, обладают лучшими тепло- и звуко- изоляционными свойствами. В конструкциях перекрытий с элементами сплошного сечения для увеличения теплоизо- ляции поверх элементов располагают теплоизоляционные плиты и дополнительный дощатый нас ил В каркасных (рис. 17.9} и панельных деревянных зда- ниях для перекрытий применяют деревянные плиты Рис. 17.9. Пример решения балочного деревянного перекрытия Рис. 17.10. Деревянные плиты перекрытий: а - план; б - поперечное сечение неутепленных и утепленных плит. Виды ребер плит: в - прямоугольное сплошное; г - короб- чатое; д, е - двутавровое; ж - швеллерное; 1 - продольное реб- ро; 2 - поперечное ребро; 3 - обшивки; 4 - утеплитель; 5 - вен- тиляционное отверстие
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 287 (рис. 17.10}. Плиты заводского изготовления отвечают условиям сборного строительства. Они имеют длину 3- 6 м, ширину 1—1,5 м. Обычный вариант плиты состоит из дощатого карка- са, верхней и нижней обшивок, соединенных между со- бой. Каркас состоит из продольных и поперечных досок - ребер толщиной не менее 25 мм. Продольные - рабо- чие - это сплошные по длине ребра, которые ставятся на расстоянии не более 30-40 см друг от друга из условия работы обшивок на изгиб от сосредоточенных нагрузок. Поперечные ребра жесткости ставятся на расстоянии не более 1,5 м, как правило, в местах расположения стыков обшивок и прерываются в местах пересечений с продоль- ными ребрами. Материалом для нижних и верхних обшивок, а также стенок ребер плит, служат цементно-стружечные плиты (ЦСП), фанера повышенной водостойкости толщиной не менее 8 мм или древесноволокнистые плиты сухого спосо- ба прессования. Обшивки из ЦСП крепятся к ребрам шуру- пами, из фанеры - на клею, из ДВП - на клею и шурупах. В качестве элементов каркаса плит перекрытий могут использоваться комбинированные балки с полками из брусков цельной древесины и стенками из фанеры или ДВП следующих типов (рис. 17.10 в-ж}: коробчатая, дву- тавровая с накладными поясами, двутавровая с клиновид- ным соединением поясов, швеллерного сечения. Высота балок составляет 144-300 мм, толщина стенок - 8-12 мм. Деревянные плиты опирают на основные несущие кон- струкции (стены, балки) при ширине опорных площадок не менее 55 мм (см. рис. 11.20}. Они прикрепляются к опо- рам и соединяются между собой гвоздями или шурупами для обеспечения их совместной работы. Полости плит со- единяются (сообщаются) отверстиями в ребрах в единую вентилируемую воздушную прослойку, сообщающуюся с наружным воздухом, что обеспечивает осушающий режим работы настила деревянного плитного перекрытия. 17.3. Железобетонные перекрытия 17.3.1. Сборные перекрытия В качестве несущих элементов перекрытий в граж- данских и промышленных зданиях массового строитель- ства применяют преимущественно типовые железобетон- ные изделия заводского изготовления - плиты. Железобетонные плиты перекрытий подразделяют: • по типу поперечного сечения (рис. 17.11} - сплошные, многопустотные, ребристые, коробчатые; • по количеству слоев (см. рис. 17.11}- однослой- ные, двухслойные, трехслойные; • по вариантам опирания - на четыре стороны (по контуру), на три стороны, на две противоположные сто- роны, по углам (на колонны каркаса); • по способу армирования - с обычной арматурой, с предварительно напрягаемой арматурой. Сборные перекрытия из железобетонных плит приме- няют, в основном, в зданиях стеновой и каркасной конст- руктивных систем, опирая их, соответственно, на стены и балки (ригели) (рис. 17.12 а. б). В некоторых случаях пли- ты опирают непосредственно на колонны каркаса, а так- же на др. плиты перекрытий (рис. 17.12 в, г}. Плиты перекрытий железобетонные многопус- тотные (табл. 17.3, рис. 17.13) подразделяют на типы: 1 ПК - толщиной 220 мм с круглыми пустотами диа- метром 159 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; 1 ПКТ - то же, для опирания по трем сторонам; 1ПКК - то же, для опирания по четырем сторонам (по контуру); 2ПК - толщиной 220 мм с круглыми пустотами диа- метром 140 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; 2ПКТ - то же, для опирания по трем сторонам; 2ПЖ - то же, для опирания по четырем сторонам (по контуру); ЗПК - толщиной 220 мм с круглыми пустотами диа- метром 127 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; ЗПКТ - то же, для опирания по трем сторонам; ЗПКК - то же, для опирания по четырем сторонам (по контуру); 4ПК - толщиной 260 мм с круглыми пустотами диа- метром 159 мм и вырезами в верхней зоне по контуру для опирания по двум сторонам; 5ПК - толщиной 260 мм с круглыми пустотами диа- метром 180 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; 6ПК - толщиной 300 мм с круглыми пустотами диа- метром 203 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; 7ПК - толщиной 160 мм с круглыми пустотами диа- метром 114 мм, предназначенные для опирания по двум сторонам; Рис. 17.11. Основные типы железобетонных плит перекрытий: а - сплошная однослойная: б - сплошная двухслойная; в, г - сплошные трехслойные; д - пустотная; е - пустотная двухслой- ная; ж - ребристая; з - ребристая (корытная) санитарно-техни- ческая; и - ребристая типа «ПИ»; к - ребристая утепленная с ниж- ней полкой; л - ребристая типа «ТТ»; м - ребристая складчатая; н - коробчатая
288 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 17.3. Плиты перекрытий железобетон- ные многопустотные (по ГОСТ 9561-91) Тип плиты Толщина плиты, мм Диаметр пустот, мм Координационные размеры, мм длина ширина опирание 1ПК 220 159 2400-6600 (через 300) 7200. 7500 1000.1200, 1500. 1800, 2400.3000, 3600 По двум сторонам 2ПК 220 140 ЗПК 220 128 1ПК 220 159 9000 1000.1200. 1500 1ПКТ 220 159 3600-6600 (через 300) 7200. 7500 2400-3600 (через 300) По трем сторонам 2ПКТ 220 140 зпкт 220 128 1ПКК 220 159 2400-3600 (через 300) 4800-6600 (через 300) 7200 По контуру 2ПКК 220 140 зпкк 220 128 4ПК 220 159 2400-6600 (через 300) 7200, 9000 1000,1200, 1500 По двум сторонам 5ПК 260 180 6000,9000, 12000 1000.1200, 1500 6ПК 300 203 12000 1000,1200. 1500 7ПК 160 114 3600-6300 (через 300) 1000,1200. 1500,1800 ПГ 260 грушевидные 6000.9000,12000 1000.1200, 1500 ПБ 220 овальные 2400-9000 1200,1500 Примечание За длину плит принимают размер стороны плиты, не опира- емой на несущие конструкции здания, для плит, предназначенных для опи- рания по двум или трем сторонам; меньший из размеров плиты в плане - для плит с опиранием по контуру, Рис. 17.12. Варианты опираний сборных железобетонных плит перекрытии: а - на стены; б - на балки (прогоны, ригели); в - на колонны; г - на плиты перекрытий Рис. 17.13. Типы многопустотных железобетонных плит пере- крытий
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 289 ПГ - толщиной 260 с грушевидными пустотами, пред- назначенные для опирания по двум сторонам; ПБ - толщиной 220 мм, изготовляемые методом не- прерывного формования на длинных стендах и предназ- наченные для опирания по двум сторонам. Эти типы многопустотных плит предназначены для применения в жилых и общественных зданиях: • со стенами из кирпича, камней и блоков; • со стенами из крупных панелей; • с монолитнобетонными стенами; • каркасной конструктивной системы. Плиты 1ПК могут применяться также и для производ- ственных зданий. Применение плит типа 7ПК ограничива- ется малоэтажными жилыми домами. Широкое применение многопустотных плит в строи- тельстве (рис. 17.14} во многом определяют их досто- инства: • прочность, жесткость и трещиностойкость; • небольшая приведенная толщина за счет высо- кой пустотности сечений, достигающей 50%; • достаточная звукоизоляция перекрытия, обеспе- чиваемая массой плит в сочетании с конструкцией пола; • высокая огнестойкость перекрытия; • высокий уровень заводской готовности сборных элементов, при котором обеспечивается гладкий потолок и приемлемая поверхность для устройства пола; • возможность устройства в плитах инженерных коммуникаций. Пустоты в плитах, предназначенных для опирания по двум или трем сторонам, располагаются в направле- нии длины плит. В плитах с опиранием по четырем сторо- нам пустоты располагаются параллельно любой из сто- рон плиты. Рис. 17.14. Формы поперечных сечений пустотных плит, приме- няемых в различных странах Плиты изготавливаются с углублениями или пазами на боковых гранях для образования после замоноличива- ния прерывистых или непрерывных шпонок, обеспечива- ющих совместную работу плит перекрытий на сдвиг в го- ризонтальном и вертикальном направлениях. Плиты, предназначенные для опирания по двум или трем сторонам длиной более 4,6 м, имеют предвари- тельно напряженную арматуру. Усиление торцов плит, необходимое при передаче нагрузки, достигается уменьшением поперечного сече- ния пустот на опорах (с одной стороны) и заполнением пустот бетоном (с другой стороны). Плиты могут иметь (в соответствии с проектом кон- кретного здания) закладные детали, выпуски арматуры, местные вырезы, отверстия и др. дополнительные конст- руктивные детали. Для подъема и монтажа плит в них предусматривают монтажные петли или специальные захватные устройства (отверстия). Многопустотные плиты изготавливают из тяжелого бе- тона классов В15-В25 и конструкционного легкого бетона плотной структуры средней плотности не менее 1400 кг/м3. Многопустотные плиты с опиранием по двум сторонам (балочные плиты) рассчитывают в продольном направле- нии на изгиб как свободно лежащие однопролетные бал- ки. По расчетным значениям изгибающих моментов и по- перечных сил назначают требуемое количество продоль- ной и поперечной арматуры. Продольную рабочую арма- туру диаметром 10-18 мм классов A-IV и A-V включают в нижнюю сетку. Поперечную арматуру устанавливают в крайних ребрах сечения, а при необходимости и в среднем по результатам расчета на поперечную силу. Пример ар- мирования пустотной плиты показан на рис. 17.15. При изготовлении плит типа ПБ используется совре- менный метод непрерывного безопалубочного фор- мования на подогреваемых длинных стендах. Фоомую- щая машина с адресной подачей бетонной смеси пере- мещается со скоростью 0,6-3,5 м/мин. Адресный подо- грев дорожки гарантирует созревание бетона до 704 прочности за 16 часов, после чего алмазный диск с ком- пьютерным управлением разрезает железобетонную лен- ту на плиты любой заданной длины (2,4...9 м), в том чис- ле на трапециевидные в плане. Номинальная ширина та- ких плит равна 1,2 или 1,5 м. Армирование производится напрягаемыми стержнями проволочной арматуры клас- 4 5 6 а з- 165 185 2 1 3 I- b 3 132 Рис. 17.15. Армирование пустотной плиты: а - поперечное сечение; б - продольное сечение; 1 - нижняя сварная сетка; 2 - продольная рабочая арматура; 3 - вертикаль- ные плоские сварные каркасы; 4 - монтажная петля; 5 - верхняя сварная сетка; 6 - защитный слой бетона: 7 - распределитель- ная арматура
290 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ сов В-Il и Вр-П диаметром до 8 мм или семипроволочной канатной арматурой класса К-7 с диаметром до 15 мм. Многопустотные плиты применяют в перекрытиях ка- менных и монолитнобетонных зданий с продольно-стено- вой и поперечно-стеновой конструктивными системами {рис. 17.16). Роль перекрытий как жестких дисков состоит в вос- приятии всех приходящихся на них вертикальных и гори- зонтальных нагрузок, а также в обеспечении единства несущего остова при восприятии силовых усилий стена- ми здания. Поэтому плиты имеют анкерные связи между собой и с несущими стенами (см. рис. 17.16). При необходимости устройства вертикальных комму- никаций между плитами или между стеной и плитой ос- тавляют зазор до 300 мм, который впоследствии замоно- личивают бетоном с установкой плоских арматурных кар- касов (узлы 5,6, 9 - рис. 17.16). В зданиях с монолитнобетонными стенами перекры- тия из многопустотных плит могут выполняться по раз- резной или неразрезной схемам (рис. 17.17). При этом Рис. 17.16. Решения перекрытий из многопустотных плит в зда- ниях с кирпичными стенами; а - монтажная схема плана перекрытия в здании с несущими продольными стенами; б - то же, с поперечными стенами; 1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - стальной анкер; 4 - бетон замоноли- чивания; 5 - арматурный каркас; 6 - вентканал
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 291 Таблица 17.4. Плиты перекрытий железобетон- ные сплошные для крупнопанельных зданий (по ГОСТ 12767-94) Толщина плиты, мм Тип плит при опирании на несущие конструкции по четырем сторонам по трем сторонам по двум сторонам 100 1П - - 120 2П - 2ПД 140 ЗП зпт зпд 160 4П 4ПТ 4ПД 180 5П 5ПТ 5ПД 200 6П 6ПТ 6ПД конструкция узлов сопряжений перекрытий со стенами должна обеспечивать беспрепятственное прохождение через них вертикальной арматуры стен. При свободном опирании на стены (разрезная схема) плиты перекрытий должны иметь опорные выступы, заходя- щие за грань стены на глубину, достаточную для анкеровки продольной арматуры плит, но не менее, чем на 70 мм. В этом случае соединение плит по торцам помимо указанно- го способа может осуществляться путем замоноличивания арматурных каркасов в пустотах плит (рис. 17.17 а). При жестком соединении со стенами (неразрезная схема) плиты перекрытий должны иметь арматурные вы- пуски - прямые, петлевые, крюками. Жесткость узлов до- стигается сваркой верхних и нижних выпусков арматуры (рис. 17.17 б), объединением петлевых выпусков и анке- ровкой их с помощью горизонтальных арматурных стерж- ней (рис. 17.17 в, г). В малоэтажных зданиях и квартирах в двух уровнях возникает необходимость устройства лестничных про- емов в перекрытиях. Эти проемы можно проектировать без каких-либо дополнительных вертикальных несущих конструкций с помощью прокатных стальных профилей, опираемых на стены или основные плиты перекрытий (рис. 17.18). Железобетонные сплошные плиты перекрытий для крупнопанельных зданий подразделяют на типы по их толщине и схеме опирания на стеновые панели (табл. 17.4). Толщину плит принимают от 100 до 200 мм. Наиболь- шее применение находят плиты из тяжелого бетона тол- щиной 160 мм. Опирают плиты на стены по четырем сторонам (по контуру), по трем или двум противоположным сторонам. Исходя из этого рабочая арматура плит располагается в двух или одном направлении. Плиты длиной более 4,8 м, предназначенные для опирания по двум сторонам, име- ют, как правило, предварительно напряженную арматуру. Координационные размеры плит: длина 3,0-7,2 м (че- рез 0,3), ширина 1,2-6,6 м (через 0,3). За длину плиты при- нимают: при ее опирании по четырем сторонам - меньший из размеров плиты в плане: при ее опирании по трем или двум сторонам - размер стороны плиты, не опираемой на несущие конструкции. По условиям транспортировки один из размеров плиты не должен превышать 3,6 м. Плиты имеют (рис. 17.19): • стальные закладные детали, выпуски арматуры и др. конструктивные элементы для соединения со смеж- ными конструкциями здания; • каналы скрытой электропроводки, гнезда для коробок и розеток, пластмассовые коробки с анкерами для крепления светильников; Рис. 17.17. Сопряжения пустотных плит перекрытий с монолит- нобетонными стенами: а - свободно опертые плиты на внутреннюю стену (разрезная схема); б, в - жесткие узлы сопряжения плит перекрытий с внут- ренними стенами; г - то же, с наружной стеной; 1 - внутренняя стена; 2 - наружная стена; 3 - многопустотная плита; 4 - заглуш- ка; 5 - арматурный каркас; 6 - арматурный выпуск прямой; 7 - петлевой арматурный выпуск Рис. 17.16- Устройство проемов для внутриквартирных лестниц в перекрытиях с многопустотными плитами: а - при примыкании к одной стене; б - при примыкании к двум стенам; А, Б, В, Г - узлы
292 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • отверстия и проемы для пропуска инженерных коммуникаций. Боковые грани по сторонам плит типов ПД и ПТ, пред- назначенных для стыкования в пролете (без опирания на стены), выполняются с замкнутыми или незамкнутыми углублениями, форма которых обеспечивает совместную работу сопрягаемых плит на сдвиг в горизонтальном и вертикальном направлениях после замоноличивания швов между плитами. Плиты могут иметь углубления для образования шпонок также по сторонам, опираемым на стеновые панели. Глубина площадки опирания плит на наружные сте- ны- 90 мм (рис. 17.20). Номинальный размер глубины площадки опирания на внутренние стены равен половине толщины стеновой панели минус 10 мм, за исключением случаев опирания плит на стены лестничной клетки, где опирание плит принято на всю толщину стен. Опирание плит перекрытий на стены осуществляется по цементно- песчаному раствору. Все стальные связи плит перекры- тий между собой и с панелями наружных стен - сварные. Предусматривается не менее двух связей по каждой из сторон плиты перекрытия. Перекрытия зданий с железобетонными каркаса- ми решаются с применением трех типов изделий: • многопустотных плит высотой 220 мм: • ребристых плит высотой 300 или 400 мм; • плит типа «ТТ» и «Т». Рис. 17.19. Плита перекрытия железобетонная сплошная типа ПТ для крупнопанельных зданий: 1 - закладной уголок для соединения плит на сварке; 2 - стропо- вочная петля; 3 - петлевой выпуск для соединения плит; 4 - отвер- стие для вентблока; 5 - отверстие для коммуникаций; 6 - канал скрытой электропроводки; 7 - коробка для крепления светильника Все типы плит для каркасных зданий разделяют на рядовые и межколонные (связевые). Среди межколонных выделяют пристенные плиты. Многопустотные плиты для зданий с железобетон- ными каркасами серии 1.020.1 (см. Главу 12) предназна- чены для перекрытия пролетов 3,0; 6,0; 7,2; 9,0 м (рис. 17.21). Координационные размеры по ширине - 3 м (толь- ко для пролета 6 м); 1,5; 1,2; 0,9 м. Вместе с ними в каче- стве сантехнических плит в местах прохода вертикальных инженерных коммуникаций применяют ребристые (корыт- ные) плиты тоже высотой 220 мм при ширине 1,5 м. Многопустотные плиты укладываются на полки риге- лей или диафрагм жесткости по слою цементного раство- ра толщиной 10 мм. В швы между плитами устанавлива- ют плоские арматурные каркасы и заливают цементно- песчаным раствором. Межколонные плиты перекрытий каркаса тоже устанавливаются на полки ригелей (диаф- рагм жесткости) по внутренним осям зданий и при помо- Рис. 17.20. Схема монтажного плана и узлы сопряжения плит пе- рекрытий: 1 - плита перекрытия; 2 - наружная панель стены; 3 - внутрен- няя панель стены; 4 - соединительный стержень; 5 - бетон замо- ноличивания; 6 - соединительная скоба; 7 - цементный раствор; 8 - монтажная петля; 9 - плита перекрытия лоджии
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 293 щи арматурных монтажных изделий соединяются между собой дуговой сваркой (узел Б - см. рис. 17.21). Ребристые железобетонные плиты перекрытий высотой 300 мм предназначаются для перекрытий мно- гоэтажных общественных и производственных зданий различного назначения с шагом колонн 6 м с максималь- ной нагрузкой на плиту до 26 кПа (2600 кгс/м2). Формы, размеры плит и их назначение указаны в табл. 17.5 и на рис. 17.22. Плиты могут иметь отверстия диаметром 400, 700 и 1000 мм, вырезы в полках, углубления на наружных гранях продольных ребер для устройства бетонных шпонок между смежными плитами, дополнительные закладные детали. Ребристые плиты устанавливают «насухо» на полки ригелей или диафрагм жесткости и приваривают к пол- кам ригелей. Плиты изготавливаются из тяжелого бетона средней плотности 2200 кг/м3 или легкого бетона плотной струк- туры плотностью не менее 1600 кг/м3. Рис. 17.21. Многопустотные плиты высотой 220 мм и их распо- ложение в перекрытиях каркасных зданий; а, б - в пролете ригелей 3 м; в, г - в пролете ригелей бы; д, е- в пролете ригелей 7,2 м; ж, з - в пролете ригелей 9 м; 1 - рядо- вая плита; 2 - межколонная (связевая); 3 - межколонная при- стенная; 4 - сантехническая ребристая плита; 5 - поперечный ригель; 6 - продольный ригель; 7 - арматурный каркас; 8 - ко- лонна; 9 - соединительный стержень
294 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Ребристые железобетонные плиты перекрытий высотой 400 мм предназначены для перекрытий произ- водственных зданий различного назначения с шагом ко- лонн каркасов 6 м с максимальной нагрузкой на плиту до 52 кПа (5200 кгс/мг2). Плиты, в зависимости от способа их опирания на ри- гели каркаса здания, подразделяют на два типа (табл. 17.6): 1П - с опиранием на полки ригелей; 2П - с опиранием на верх ригелей (рис. 17.23). Плиты типа 1П предусмотрены восьми типоразмеров (1П1-1П8), типа 2П - одного типоразмера (2П1). Железобетонные предварительно напряженные плиты типа «ТТ» и «Т» (рис. 17.24) предназначены для перекрытий общественных и производственных зданий с шагом колонн 9 м (координационная длина плит). Рис. 17.22. Ребристые плиты высотой 300 мм и их расположение в перекрытиях каркасных зданий: а, б - в пролете ригелей 3 м; в, г - в пролете ригелей 6 м; д, е - в пролете ригелей 9 м; 1 - рядовая плита; 2 - рядовая и межколонная (связевая); 3 - межколонная пристенная; 4 - доборная плита сплошного сечения; 5 - ригель поперечный; 6 - ригель продольный; 7 - арматурный каркас; 8 - бетон замоноличивания
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 295 Таблица 17.5. Плиты перекрытий железобетон- ные ребристые высотой 300 мм Типоразмер ПЛИТЫ 1 Размеры, мм 1 Назначение плиты i длина ширина П1 5650 2982 рядовая П2 5650 1485 рядовая и межколонная пз 5650 935 межколонная пристенная Плита «ТТ» с двумя ребрами в продольном направле- нии имеет ширину 3 м и может использоваться и как ря- довая, и как межколонная (связевая). Плита «Т» с одним ребром имеет три типоразмера: шириной 1,5 м - рядо- вая и межколонная; 1,3 м - рядовая доборная; 1,7 м - межколонная пристенная. Высота всех плит типа «ТТ» и «Т» 600 мм - соответствует высоте ригелей железобетон- ного каркаса. Опирание производится на полки ригелей утолщенными торцами плит с подрезкой продольных ре- бер {рис. 17.24 г}, что позволяет решать перекрытие без выступающих отдельных элементов. Архитектурной выразительностью отличаются кессо- нированные потолки перекрытий общественных зда- ний, выполненные из железобетонных плит, имеющих не только продольные, но и поперечные (иногда и диаго- нальные) ребра одинаковой высоты (рис. 17.25). В этом случае используют два типа плит - рядовые и боковые Рис. 17.24. Плиты типа «ТТ» и «Т» и их расположение в перекры- тиях каркасных зданий: а - в пролете ригелей 3 м; б - в пролете ригелей 6 м; в - в проле- те ригелей 9 м; г - узел опирания плиты на ригель; 1 - плита ря- довая и межколонная шириной 3 м; 2 - то же, шириной 1,5 м; 3 - рядовая доборная плита: 4 - межколонная пристенная: 5 - ри- гель у торца здания; 6 - мелкозернистый бетон
296 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 17.6. Плиты перекрытий железобетонные ребристые высотой 400 мм для производственных зданий Типоразмер ПЛИТЫ Размеры, мм Назначение плиты длина ширина 1П1 5550 2985 рядовые и межколонные 1ПЗ 1485 1П5 935 межколонные 1П7 740 1П2 5050 2985 рядовые и межколонные 1П4 1485 у торца здания 1П6 935 межколонные у торца здания 1П8 740 2П1 5950 1485 рядовые и межколонные, е т ч у торца здания В многоэтажных каркасных производственных здани- ях с большими нагрузками на перекрытия и необходимо- стью размещения горизонтальных коммуникаций воз- можно применение следующих вариантов перекрытий: • из железобетонных плит коробчатого сече- ния высотой 0,9 или 1,2 м (рис. 17.26 а, б); • из железобетонных элементов швеллерного сечения (рис. 17.26 в); • из железобетонных элементов таврового (пе- ревернутого) сечения (рис. 17.26 г). Элементы перекрытий имеют д лину 6 м, ширину 3; 2; 1,5 и 0,75 м и предназначены для применения в сборных или монолитных каркасах с сеткой колонн 6 х 6 м. Допол- нительными изделиями являются короткие ребристые или плоские плиты, укладываемые сверху и обеспечива- ющие доступ к коммуникациям. Кроме восприятия доста- точно больших нагрузок и размещения коммуникаций (межколонные). Перекрытие решается на квадратной сет- ке колонн с шагом 6 или 7,5 м. Модульные размеры ши- рины плит и шага их ребер при этом принимаются 1,5 м. Рядовые плиты опираются на ригели только по двум сто- ронам, боковые - по трем. Опорные части плит имеют подрезки снизу на высоту полки ригеля. Рис. 17.23. Ребристые плиты перекрытий высотой 400 мм для производственных зданий: а - рядовая; б - межколонная; в - межколонная у торца или тем- пературного шва здания; г - опирание плит на верх ригеля Рис. 17.25. Перекрытие из ребристых кессонированных плит: а - вид перекрытия снизу (одна конструктивная ячейка); б - раз- рез (фрагмент); в - интерьер
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 297 (трубопроводы, воздуховоды, кабельные сети и др.) ука- занные варианты перекрытий позволяют увеличивать же- сткость каркасов (за счет их большой высоты и сопряже- ний с колоннами), встраивать приборы искусственного освещения в объем перекрытий. В России (ЦНИИЭПжилища) разработана универ- сальная каркасно-стеновая система. Одна из основных конструкций системы - многопустотные преднапря- женные плиты безбалочных перекрытий с угловым опиранием (рис. 17.27). Ранее в отечественной практи- ке строительства такой вид опирания многопустотных плит не применялся. Для различных условий опирания пустоты в плитах могут быть продольными и поперечными. Толщина плит - 260 мм. диаметр пустот - 180 мм, длина - 4,5: 6,0:7.5 м, ширина - 3 и 3,6 м. Для восприятия поперечных сил в обоих вариантах плит предусмотрены «условные ребра» - сплошные участки плит без пустот. Плиты запроектирова- ны с рабочей напрягаемой арматурой. Практически вся арматура сосредотачивается в ребрах. В плитах с попе- речными пустотами предусмотрено центральное про- дольное ребро шириной 300 мм и торцевые ребра шири- ной 332 мм, а в плитах с продольными пустотами - два продольных ребра шириной 335 мм. Плиты могут опи- раться как на колонны, так и на стены, а также комбини- рованно (см. рис. 12.89). В зданиях со стальным каркасом перекрытия состо- ят из стальных балок и плит, в редких случаях - только из плит. Железобетонные плиты из тяжелого или легкого бе- тона преимущественно применяются сплошные, реже - с ребрами в одном или двух направлениях, с пустотами для уменьшения веса. Конструкции перекрытий с пролетами 3-7 м состоят из сплошных железобетонных плит толщиной 150-250 мм или ребристых плит (до 400 мм), уложенных на главные балки (рис. 17.28). В большинстве вариантов плиты перекрытий в зданиях со стальным каркасом имеют небольшие пролеты - от 1,2 до 4 м. Самые экономичные пролеты - 2,4-3,0 м, что соот- ветствует шагу второстепенных балок (рис. 17.29а). Ветом случае применяются сплошные плиты, которые могут опи- раться как на главные и второстепенные балки (рис. 17.29 б), так и только на второстепенные балки (рис. 17.29 в). Перекрестные конструкции перекрытий в стальных каркасах применяются реже, чем в железобетонных. Это связано со сложностью и трудоемкостью многочисленных стыков балок друг с другом в одном уровне, которые дол- жны быть жесткими и работать на полную несущую спо- собность сечения. На рис. 17.30 показаны два конструк- тивных решения перекрытий стальных каркасов с пере- крестным расположением второстепенных балок, опира- Рис. 17.26. Перекрытия каркасных промышленных зданий под большие нагрузки и размещение горизонтальных коммуникаций: а - с коробчатыми плитами-настилами высотой 900 мм; б - то же, высотой 1200 мм: в - с элементами швеллерного сечения; г - с элементами таврового сечения 6 2 3 L/WUV/UUUUUY^i: § $ 5980 Г\Г\Г\Г\Г\Г\Г\1\Г\Г\Г\Г\11^ S I II II II И II й II I II » И и 1^ I 44^3-3Д—- I ооооооооооооооооооооооооо Рис. 17.27. Многопустотные плиты перекрытий с опиранием по углам на колонны железобетонного каркаса: а - с продольными пустотами; б - с поперечными пустотами; 1 - боковое продольное ребро; 2 - центральное ребро; 3 - торцевое поперечное ребро; 4 - закладная деталь для крепления плит меж- ду собой; 5 - закладная деталь для крепления плит с колонной
298 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ющихся на главные: стык балок в одном уровне с наклад- ками (рис, 17.30 б); стык балок с помощью вставки (рис. 17.30 в). При одноуровневом расположении балок сплош- ные плиты перекрытий опирают по контуру. Менее сложным и трудоемким является перекрытие с расположением балок в двух уровнях, которые соеди- няются между собой простым способом. Однако в этом Рис. 17.28. Опирание железобетонных сборных плит на главные балки стального каркаса: а - схема плана перекрытия; б - опирание на нижний пояс балки; в. г - опирание на вспомогательный пояс; д - опирание на верх- ний пояс; 1 - колонна; 2 - главная балка; 3 - плита перекрытия; 4 - ребро жесткости; 5 - уголок вспомогательного опорного по- яса; 6 - монолитный бетон Рис. 17.29. Опирание железобетонных сборных плит на главные и второстепенные балки стального каркаса: а - схема плана перекрытия; б - опирание на верхний пояс глав- ных и второстепенных балок; в - опирание только на второсте- пенную балку; 1 - главная балка; 2 - второстепенная балка; 3 - плита перекрытия; 4 - колонна Рис. 17.30. Перекрытия каркасных зданий со стальными пере- крестными балками: а - схема плана перекрытия конструктивной ячейки; б - стык ба- лок в одном уровне с помощью накладок; в - то же, с помощью трубы и листов; г, д - способы соединения балок в двух уровнях для обеспечения совместной работы; 1 - колонна; 2 - главная балка; 3 - второстепенная балка; 4 - накладка на сварке; 5 - вставка; 6 - ребро; 7 - плита
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 299 случае недостаток заключается в том, что не использует- ся вся конструктивная высота перекрытия, и балки вклю- чены в работу только по своей высоте, а совместность работы с плитой может быть обеспечена только для верх- них балок. Решение может быть несколько улучшено при- менением ребер в местах пересечений балок, за счет чего достигается, в некоторой степени, совместность ра- боты верхних и нижних балок (рис. 17.30 г, д). В исключительных случаях железобетонные плиты перекрытий опирают непосредственно на стальные ко- лонны. При больших пролетах (до 12 м) и малом шаге ко- лонн (до 3 м) применяют сборные плиты с ребрами по контуру, усиленные в продольном направлении стальны- ми уголками, которые образуют растянутую нижнюю ар- матуру (рис. 17.31}. Через вертикальные стенки выпу- щенных из плит уголков осуществляется болтовое соеди- нение плит между собой, а также их опирание на сталь- ные колонны. Стальные элементы замоноличиваются бе- тоном для обеспечения противопожарной защиты. В другом варианте (рис. 17.32} сборные железобетон- ные плиты с часто расположенными ребрами в двух на- правлениях, квадратные в плане (или близкие к квадрату), устанавливаются по углам на специальные опорные столи- ки колонн. Для восприятия вертикальных нагрузок опорные столики имеют вертикальные ребра. При необходимости ограничения строительной высоты перекрытия применя- ются толстые безреберные опорные плиты колонн. 17.3.2. Сборно-монолитные перекрытия Отличительной особенностью сборно-монолитных перекрытий является применение в них сборных изделий (балок, плит, блоков), выполняющих роль несъемной опа- лубки, и монолитного железобетона. При этом сборные элементы воспринимают нагрузки как при монтаже, так и при эксплуатации перекрытия. Рис. 17.31. Сборное железобетонное перекрытие из ребристых плит с опиранием на стальные колонны: а - фрагмент плана перекрытия; б - узел опирания на колонну; 1 - колонна; 2 - ребристая плита: 3 - уголковый выпуск из плиты; 4 - стальная опорная пластина Сборно-монолитные перекрытия применяются в жи- лых и общественных зданиях с пролетами 3-6 м (иногда до 9 м) и преимущественно там, где сложно смонтировать сборные перекрытия. Сборно-монолитные перекрытия с балочными железобетонными элементами в практике отечествен- ного строительства практически не применяются. За ру- бежом они находят достаточно широкое распростране- ние, в частности, а различных системах часторебристых перекрытий (рис. 17.33}. Такие перекрытия включают же- лезобетонные протоны-балки, бетонные пустотные блоки или ребристые плиты, которые размещаются между бал- ками и являются элементами заполнения. Рабочую арма- туру балок обычно выполняют в виде фермочек треуголь- ного сечения из высокопрочной стали с выпусками их верхней части. Высота фермочек, в зависимости от на- грузки на перекрытие, варьируется от 70 до 200 мм при диаметре стержней 5-10 мм. После установки блоков за- полнения (высотой до 300 мм) производится укладка ар- матурных сеток и слоя монолитного бетона. Сборно-монолитные перекрытия с использовани- ем плит имеют множество вариантов решений (рис. 17.34). В последние годы в России широко применяют опалубочные плоские плиты с выпусками предваритель- но напряженной арматуры из семипроволочных канатов класса К-7. В мировой практике применяют плиты с вы- пусками арматуры в виде петель, фермочек, а также реб- ристые плиты (рис. 17.34 а, б, г}. В Германии разработа- ны и применяются железобетонные преднапряженные плиты опалубки перекрытий длиной до 6 м, шириной 0,6 м и толщиной 140 мм (рис. 17.34 д}. Продольные бо- ковые кромки плит выполняются скошенными, с профи- лированной ребристой поверхностью, обеспечивающей Рис. 17.32. Сборное железобетонное перекрытие из часторебри- стых плит с опиранием на столики колонн: а - фрагмент плана перекрытия; б - узел опирания на колонну; 1 - колонна; 2 - плита перекрытия; 3 - опорный столик колонны; 4 - соединительная пластина
300 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ надежное их сцепление с бетоном замоноличивания. По- верх плит и в швах между ними устанавливается продоль- ная рабочая арматура (диаметр стержней 10-12 мм), а также конструктивная арматура, после чего перекрытие замоноличивается до толщины слоя 190 мм. Опалубочные элементы сборно-монолитных пере- крытий (балки, плиты) опирают на стены, балки, ригели железобетонных и стальных каркасов. При монолитнобе- тонных стенах для установки и временного поддержания опалубочных плит перекрытий используется инвентарное оборудование (рис. 17.34 в). 17.3.3. Монолитные перекрытия Характерными особенностями и преимуществами монолитных железобетонных перекрытий являются: • увеличенная жесткость за счет образования сплошного неразрезного диска; • повышенная несущая способность; • создание оригинальных кессонированных по- толков; • свобода выбора их формы и конструкции; • возможность осуществления любых уклонов, уг- лов, углублений, вырезов, консолей и т.п. Рис. 17.34. Сборно-монолитные перекрытия с применением плит: а - плоских с петлевыми выпусками арматуры; б - плоских с вы- пусками арматуры в виде фермочек; в - плоских с торцевыми выпусками преднапряженной арматуры; г - ребристых (вариан- ты); д - преднапряженных с профилированными кромками; е - пустотных блоков-плит; 1 - плита с петлевыми выпусками арма- туры; 2 - плита с выпусками арматуры в виде фермочек; 3 - пли- та с выпусками преднапряженной арматуры; 4 - ребристая пли- та; 5 - узкая плита с профилированными кромками; 6 - пустот- ный блок-плита; 7 - стена или балка; 8 - монолитнобетонная сте- на; 9 - арматурный выпуск из плиты; 10 - арматурным выпуск из стены; 11 - арматурный каркас; 12 - арматурная сетка; 13 - бе- тон замоноличивания; 14 - временная поддерживающая стойка Рис. 17.33. Сборно-монолитные перекрытия с применением балок: а - таврового сечения; б - пустотных; в-д - с верхними выпуска- ми арматуры; 1 - балка Т-образная; 2 - пустотная балка с полка- ми понизу; 3 - балка-брус с верхними выпусками арматуры; 4 - плита заполнения; 5 - пустотный блок заполнения; 6 - ребри- стая плита; 7 - арматурная сетка; 8 - бетон замоноличивания
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 301 Рис. 17.35. Виды монолитных перекрытий в зданиях стеновой и каркасной конструктивных систем: а - с плитами, опертыми по контуру (безбалочное); б - безбалочное облегченное; в - балочное (ребристое); г - кессонное (часторвб- ристое); 1 - стена; 2 - колонна; 3 - ригель каркаса: 4 - плита перекрытия; 5 - балка; 6 - главная балка; 7 - второстепенная балка: 8 - консоль
302 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ В зависимости от пролетов, нагрузок и архитектур- ных требований применяются различные виды монолит- ных конструкций перекрытий: • безбалочное бескапительное (рис. 17.35а)- при пролетах до 6 м; • безбалочное с капителями (см. рис. 12.83); • безбалочное облегченное в пролете (рис. 17.35 б) - при пролетах до 9 м; • балочное (ребристое) (рис. 17.35 в) - при про- летах до 9 м; • кессонное (часторебристое) (рис. 17.35 г) - при пролетах до 12 м. Монолитные безбалочные перекрытия с плитами, опертыми по контуру, характеризуются монолитными Рис. 17.36. Армирование монолитных перекрытий: а - с плоскими плитами, опертыми по контуру; б - с балочными плитами, рулонными сварными сетками; в - то же, плоскими сварными каркасами связями с монолитнобетонными стенами или ригелями каркаса (см. рис. 17.35 а). Пролеты плит принимаются в пределах 4-6 м. Соотношение большего пролета к мень- шему не более двух (чаще 1:1,5). Толщина плиты назнача- ется в зависимости от величины пролета и нагрузки в пределах 100-150 мм, но не менее 1/50 пролета. При та- ком соотношении сторон плита работает в двух направ- лениях и рассчитывается как опертая по контуру. Соответ- ственно армирование производится рабочей арматурой в двух направлениях сварными сетками (рис. 17.36 а). Для экономии арматуры плита в пролете (нижняя арматура) армируется двумя сетками: одна сетка доводится до опор, другая располагается в средней части плиты на расстоянии 1/4 пролета от опор. Надопорные сетки (вер- хняя арматура) имеют рабочую арматуру в одном направ- лении (перпендикулярном стенам или ригелям) и заво- дятся в пролет на 1/4 его величины. Для плитных монолитных перекрытий с пролетами 6- 9 м возможно снижение расхода материала и нагрузки от собственного веса облегчением в средней части поля плиты (конструктивной ячейки) ликвидацией части бето- на (см. рис. 17.35 б). Такая облегченная плита является переходной формой к перекрестно-ребристому (кессон- ному) перекрытию. Ребристое монолитное перекрытие с балочными плитами (см. рис, 17.35 в} состоит из балок и плит, объе- диненных в одно монолитное целое со стенами (в зданиях стеновой системы) или колоннами (в зданиях каркасной си- стемы). Балки при несущих стенах располагают в направле- нии с меньшим расстоянием между стенами (5-7 м). В кар- касных зданиях главные балки опирают на колонны (шаг 6- 9 м), высота их поперечного сечения составляет 1/15-1/18 пролета, а ширина - 0,4 высоты. Второстепенные балки имеют пролет 5-7 м, они располагаются с шагом 1,5-3 м так, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонны. Толщина монолитной плиты принимается в пределах 1/40— 1/25 пролета и обычно составляет 60-100 мм. Плиты армируют в соответствии с характером эпюры изгибающих моментов рулонными (с рабочей арматурой диаметром 3-5 мм) или плоскими (6-12 мм) сварными сетками. Их раскатывают (укладывают) в направлении, перпендикулярном продольной оси второстепенных ба- лок. В крайних пролетах и над первой балкой могут укла- дываться дополнительные сетки или отдельные стержни, так как здесь действуют наибольшие изгибающие момен- ты (рис. 17.366. в). Если высота балок в двух (или трех) направлениях принята одинаковой, то такой вид монолитного пере- крытия называют часторебристым, или кессонным (см. рис. 17.35 г). Применение кессонных перекрытий, в ос- новном. диктуется эстетическими требованиями реше- ния интерьера общественного здания. Последние десятилетия характеризуются широким использованием в странах Западной Европы монолит- ных предварительно напряженных железобетонных перекрытий пролетами 7-12 м. Целесообразность их возведения обуславливается рядом факторов: наличием пролета, превышающего 7 м; наличием регулярной сетки колонн каркаса; длиной арматурных канатов более 15 м (в противном случае предварительное напряжение арма- туры является неэкономичным). Применяются различные типы канатной арматуры, защищаемой трубками из поли- мерных материалов или укладываемой в каналы. Арма- турные канаты могут располагаться по несколько штук в
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 303 каналах круглого или овального сечений, в которые с це- лью обеспечения сцепления напрягаемой арматуры с бе- тоном инъецируется раствор (рис. 17.37 б). Возможно также заключение одного каната в защитную трубку, не заполняемую раствором при напряжении арматуры без сцепления с бетоном, отличающее следующими преиму- ществами: обеспечение равномерной работы по всей толщине плиты; равномерное распределение арматурных канатов по всей плите; максимальное использование свойств напрягаемой арматуры; осуществление в завод- ских условиях защиты от коррозии арматурных канатов. Армирование перекрытий с напрягаемой арматурой осуществляется в следующих вариантах (рис. 17.37 а): • вдоль оси колонн в одном направлении распола- гаются напрягаемые канаты, между колоннами перпенди- кулярно канатам укладывается ненапрягаемая арматура; • напрягаемые канаты размещаются по осям ко- лонн в двух направлениях; напрягаемые канаты располагаются преимуще- ственно по осям колонн в одном направлении с включе- нием аналогичных канатов между колоннами в другом направлении; • напрягаемые канаты размещаются равномерно по всему полю плиты и по осям колонн в двух направлениях. Получают все большее применение теплоизолиро- ванные монолитные ребристые перекрытия (рис. 17.38). Их конструкции включают: теплоизоляционные опалубочные элементы (из пенополистирола и комбини- Рис. 17.37. Схемы армирования перекрытий (а) и размещение на- прягаемых арматурных канатов в каналах и защитных трубках (6): 1 - напрягаемая арматура; 2 - расположение ненапрягаемой арматуры; 3 - канал; 4 - защитная трубка; 5 - инъецируемый раствор; 6 - специальная защитная смазка; 7 - бетон плиты пе- рекрытия рованные), арматурные каркасы и сетки, монолитный бе- тон. Хотя конструкции перекрытий содержат сборные элементы, их нельзя однозначно отнести к сборно-моно- литным, так как сборные элементы опалубки не способны нести даже монтажную нагрузку. Они предназначены вы- полнять роль оставляемой опалубки и одновременно теп- лоизолятора. Нагрузку перекрытие воспринимает желе- зобетонными ребрами (после набора прочности бето- ном), которые располагаются с частым шагом (375- 600 мм). При возведении теплоизолированных перекры- тий опалубочные элементы поддерживаются в пролете инвентарными подмостями. 17.4. Сталебетонные и сталежелезобетонные перекрытия Сталебетонными называют перекрытия, в которых силовая работа воспринимается стальными листами, вы- полняющими одновременно роль несъемной опалубки, и бетоном. Сталежелезобетонные перекрытия кроме указан- ных элементов содержат еще и дополнительное армиро- вание - стержни, каркасы, профили. В зависимости от типа здания сталебетонные и ста- лежелезобетонные перекрытия могут устраиваться по монолитным и сборным железобетонным, сталебетонным и стальным прогонам, стальным фермам или монолитным (кирпичным) стенам пролетом плит, в основном, до 6 м. К преимуществам рассматриваемых перекрытий относятся: • быстрый монтаж; • незначительный вес; • отсутствие необходимости в опалубке для бетона: • упрощенное устройство отверстий и проемов в перекрытиях; • возможность ходить по перекрытиям сразу пос- ле монтажа. Основным недостатком сталебетонных перекрытий является необходимость особой огнезащиты снизу вы- полняющих функции арматуры стальных листов. Рис. 17.38. Теплоизолированные монолитные железобетонные ребристые перекрытия: а - с применением пенополистирольных профилированных эле- ментов; б - с применением комбинированных элементов из це- ментностружечной нижней и пенополистирольной верхней час- тей; 1 - пенополистирольный элемент межбалочного заполне- ния; 2 - комбинированный элемент; 3 - арматурный каркас; 4 - арматурная сетка; 5 - бетон замоноличивания
304 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ По признаку коррозионной стойкости материалов в средах с различной степенью агрессивного воздействия монолитные плиты перекрытий, армированные стальны- ми листами, относятся к конструкциям удовлетвори- тельной стойкости. Типы стальной опалубки-арматуры. В качестве несъемной опалубки и одновременно арматуры исполь- зуются (рис. 17.39): • отдельные листовые профили различных сечений; • профилированные листы (профнастилы) пре- имущественно с трапециевидными гофрами; • составные стальные элементы (из профилиро- ванных и плоских листов); • плоская листовая сталь. Промышленностью выпускается широкий сортамент строительных гофрированных профилей, ширина которых обычно составляет 60-90 см, длина - до 12-15 м. Высота гофра - 35-114 мм и более. Профили по ГОСТ 24045-94 изготавливают из рулонной оцинкованной горячим спо- собом стали СтЗкп толщиной 0,7-1,2 мм. Современные типы настилов имеют тенденцию к усложнению формы гофра и к использованию разного рода выштамповок для повышения механического сцепления с бетоном. Применение составных объемных стальных элемен- тов (профилированный лист с плоским листом снизу) дает преимущества: повышается несущая способность; Рис. 17.39. Типы стальных профилированных изделий для опа- лубки и армирования сталебетонных перекрытий: а - профиль «ванный»; б - профиль «шляпный»; в - профнастил Н60-845; г - профнастил Н75-750; д - профнастил Н114-600; е - объемный элемент из профилированного и плоского листов; ж - объемный элемент из двух профилированных листов образуются каналы, которые можно использовать для прокладки инженерных коммуникаций (например, кабе- лей). Перекрытие высокой несущей способности можно получить из профилей, соединенных друг с другом свар- кой (рис. 17.39 ж). Сталебетонные перекрытия работают как горизон- тальные диафрагмы жесткости в том случае, когда листы настила прочно соединены друг с другом и с прогонами (или стенами). Соединение профилей между собой. Гофрирован- ные профили, образующие настил, соединяются между собой вдоль гофров: • наружными кромками крайних гофров по типу V- образного замка; • наружными кромками без вложения крайних гоф- ров с фальцеванием в обе стороны разрезанных кромок; • комбинированными заклепками (алюминий + сталь); соединение осуществляется ручным пистолетом или клещами методом односторонней клепки с предва- рительным высверливанием отверстий диаметром 5 мм; • контактно-точечной сваркой в процессе укруп- нительной сборки настила на конвейере сварочными ма- шинами. Бетон применяется как обычный тяжелый плотно- стью 2400 кг/м3, так и легкий - плотных и поризованных структур. При определении толщины бетонной плиты часто реша- ющим фактором является не ее прочность, а требования звуко- и огнезащиты. Предел огнестойкости перекрытия, равный 90 мин, достигается при действии огня сверху - бетонным слоем толщиной 50 мм, при действии огня сни- зу- слоем вермикулитовой, перлитовой или асбестовой штукатурки толщиной 25 мм. Предел огнестойкости, рав- ный 180 мин, достигается при действии огня снизу обли- цовкой вермикулитовыми плитами толщиной 30 мм. В гражданских зданиях, как правило, сталебетонные перекрытия сооружают с подвесными потолками, выпол- няющими огнезащитные, звукоизолирующие и эстетиче- ские функции. Конструкция плит. Представление о конструкциях монолитных плит перекрытий, армированных профилиро- ванными настилами, можно получить по рис. 17.40-17.42. Гофрированный профиль, уложенный по балкам, фер- мам или стенам в виде сплошного настила и прикреплен- ный к ним, является опалубкой для укладываемой в плиту бетонной смеси, а после набора прочности бетоном - арматурой нижней части сечения сталебетонной плиты. В зависимости от типа здания, где применяются ста- лебетонные перекрытия, конструкции имеют свои осо- бенности. В каркасных зданиях из железобетона (сталебето- на) перекрытия устраивают по прогонам, которые быва- ют трех типов: • монолитные (рис. 17.40 а), выполняемые в сталь- ной опалубке коробчатого профиля, которая служит арма- турой прогона и опорой для гофрированных профилей при монтаже. К нижнему горизонтальному листу прогона при- варивают один или два ряда (по расчету) вертикальных стержней из арматурной стали А-Ill. Стержни выступают за верхнюю грань боковых стенок на высоту, которая необхо- дима для анкеровки плиты в конструкции перекрытия; • сборные железобетонные (рис. 17.40 б) с двумя или одним рядом (по расчету) выпусков арматуры для анкеровки плиты;
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 305 • сборные сталебетонные (рис. 17.40 в) с внешним полосовым одинарным или двойным армированием. На- стил крепится к верхнему листу прогона электрозаклеп- ками через отгибы полосовой стали. При устройстве плит по железобетонным (сталебе- тонным) прогонам (пролеты 6 и 9 м) применяют настилы высотой не менее 114 мм. При этом в пролетах 3 м устра- иваются инвентарные промежуточные опоры из условия прочности и деформативности настила при действии веса свежеуложенной бетонной смеси. Для пролетов 6 м могут быть применены настилы высотой 60-75 мм также с устройством инвентарных промежуточных опор. В зданиях со стальным каркасом сталебетонные плиты перекрытий опирают на элементы балочной клетки (главные и второстепенные балки) или стальные фермы (рис. 17.41). Пролеты настила плит обычно принимают 2.4-3.0 м. В этом случае используют профилированные листы высотой 60-75 мм. а суммарная толщина плиты не превышает 160 мм. В зданиях из монолитного бетона и кирпича стале- бетонные плиты перекрытий опираются на стены с после- дующим замоноличиванием опорной части (рис. 17.42). В качестве опоры используют стальной уголок, к которому приваривается профнастил с установкой анкеров. Способы анкеровки плиты перекрытия в опорных элементах. Анкеровка плиты в балках (прогонах), сталь- ных фермах и стенах с целью обеспечения работы плиты осуществляется: • выпусками вертикальных стержней из арматур- ных каркасов прогонов с последующим их замоноличива- нием в плите (рис. 17.40, поз. 4; 9); • вертикальными сплошными или трубчатыми ан- керами диаметром 18-30 мм, привариваемыми к верх- ним полкам стальных балок или ферм с проплавлением настила (см. рис. 17.40-17.42); • раскосами решетки ферм, пропускаемыми сквозь профилированные листы в толщу плиты с после- дующим их замоноличиванием (рис. 17.41 в). Вовлечение в работу опорных элементов монолитных сталебетонных плит (балок, ферм) повышает жесткость, а также несущую способность перекрытий в 1,2-1,5 раза. Сцепление стальных профилей с бетоном. Перво- начально при расчете сталежелезобетонных перекрытий в качестве несущей части учитывался либо только желе- зобетон, а настил в этом случае выполнял роль только оставляемой опалубки, либо в расчет принималась толь- ко несущая способность настила, а бетон рассматривал- ся как средство его стабилизации и обеспечения равно- мерного распределения нагрузок. Как показали исследо- вания, настил и бетон могут работать совместно в той мере, в какой обеспечивается их сцепление. Сцепление листовой гофрированной арматуры-опа- лубки с бетоном, без которого немыслима работа плиты Рис. 17.40. Приемы обеспечения анкеровки в перекрытиях желе- зобетонных каркасных зданий: а - анкеровка плиты а сталебетонном прогоне; б - анкеровка в железобетонном прогоне; в - анкеровка в сталежелезобетонном прогоне; 1 - настил; 2 - стальной прокатный уголок; 3 - стальная опалубка прогона; 4 - стержни вертикального армирования про- гона; 5 - электрозаклепка; 6 - трубчатый анкер; 7 - бетон; 8 - же- лезобетонный прогон; 9 - выпуски вертикальной арматуры; 10 - овальное отверстие в нижней полке настила; 11 - отгибы; 12 - ста- лежелезобетонный прогон; 13 - отгибы из полосовой стали
306 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ перекрытия как сталебетонной конструкции, реализуется разными способами: • рифлением (выштамповкой) поверхности про- филя (рис. 17.43 а); • элементами крутого или фасонного профиля, приваренными к настилу в направлении поперек гофров контактной точечной сваркой с небольшим (100-200) ша- гом (рис. 17.43 б): • элементами из стальных гофрированных лент, приваренными к нижним или верхним полкам профили- рованных листов; • использованием специальной формы гофра (рис. 17.43 в). Виды дополнительного армирования (рис. 17.44). В рястянутой зоне посредине пролета и над опорами мо- жет устанавливаться продольная стержневая арматура для восприятия как положительного, так и отрицательно- го моментов. Продольная арматура выполняется еще в виде вертикальных плоских каркасов, пространственных каркасов, устанавливаемых в гофры, или гнутых стальных профилей в форме швеллера с загнутыми полками. Таким образом полученные сталежелезобетонные плиты при пролетах 5 м и прогибе, не превышающем 1/500 пролета, могут нести нагрузку 10 кН/м2 и более. Рис. 17.41. Приемы обеспечения анкеровки в перекрытиях сталь- ных каркасных зданий: а - при одном уровне главных и второстепенных балок; б - при разном уровне; в - при решетчатых фермах-прогонах; 1 - глав- ная балка (ригель каркаса); 2 - второстепенная балка; 3 - сталь- ной профилированный лист (настил); 4 - трубчатый анкер; 5 - бетон; 6 - стальной лист; 7 - верхний пояс фермы перекрытия; 8 - верхний пояс прогона; 9 - раскос фермы; 10 - отгибы листа, образуемые при устройстве отверстий Параметры плит. Монолитные плиты, армированные профилированными настилами, применяют для пролетов 1,5-6,0 (9,0) м и эксплуатационных нагрузок 2-15 кН/м2. Полная высота поперечного сечения плит принимается от 10 до 18 (36) см или 1/22 для однопролетных, 1/27 - для крайних и 1/32 - для средних пролетов многопролетных плит. Такое соотношение высоты плиты и пролета обус- ловлено предельными значениями прогибов, возникаю- щих при действии эксплуатационных нагрузок. Во всех случаях толщина слоя бетона над верхней полкой гофрированного профиля из условий удобоукла- дываемости принимается не менее 30 мм. Для образования настилов гофрированные профили укладываются в соответствии с их несущей способностью для монтажных пролетов, образуемых инвентарными опорами по пролету плиты. Максимальный пролет насти- ла высотой 114 мм не должен превышать 6 м. Представляют интерес некоторые решения стале- железобетонных перекрытий, применяемые в странах Европы. Рис. 17.42. Анкеровка плиты перекрытия в кирпичной или моно- литнобетонной стене: 1 - стена; 2 - настил; 3 - стальной уголок; 4 - трубчатый анкер; 5 - стержневое армирование приопорных зон; 6 - монолитный железобетонный участок; 7 - бетон плиты Рис. 17.43. Способы сцепления стальных профилей с бетоном: а - выштамповка на гранях листов; б - приварка арматурных стержней; в - использование формы гофра
Раздел 111. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 307 В ФРГ, Италии, Швейцарии, Голландии получили рас- пространение конструкции перекрытий с применением стальных уголковых анкерных упоров для обеспечения совместной работы стального настила с бетоном (рис. 17.45}. Уголковые упоры устанавливаются в опорных гоф- рах профилированного листа попарно симметрично и крепятся к несущим конструкциям {балкам, фермам) не- посредственно через настил путем пристреливания высо- копрочными дюбелями. В Италии применяют стальные решетчатые балки, включающие сплошную нижнюю полку, решетчатую арма- турную стенку и арматурную верхнюю полку, соединенные между собой на сварке (рис. 17.46). Нижняя полка выпол- а б г няется из стальной полосы (250 х 6 или 330 х 10 мм) с возможным усилением путем приварки в местах соеди- нения со стенкой двух стержней. Стенка образована од- ной или двумя плоскими гнутыми зигзагообразными ре- шетками, выполненными из стержневой арматуры. Верх- няя полка образована двумя или более стержнями круг- лого сечения, приваренными сбоку к стержням решетки стенки. Преимуществом конструкции балки является на- личие в ней сплошной нижней полки, которая служит опа- лубкой при бетонировании перекрытия. Для защиты ниж- ней поверхности полки от коррозии по окончании бето- нирования перекрытия ее очищают, покрывают слоем эпоксидной смолы, а затем слоем полимерцементного раствора. Повышение огнестойкости балок достигается путем оштукатуривания потолка по армирующей сталь- ной или синтетической сетке. В Швеции разработана конструктивная система для возведения ребристых сталежелезобетонных перекрытий общественных зданий (рис. 17.47). Перекрытия выполня- ют с применением стальных профилированных простран- ственных опалубочных элементов, служащих после бето- нирования плиты нижней листовой арматурой перекрытия. Основной опалубочный элемент П-образного сечения из- готавливается длиной 1,2-1,4 м, шириной 1 м, высотой от 15 до 70 см из стальных оцинкованных профилированных листов путем сгиба их по особой технологии, позволяю- щей сохранить прямолинейность всех участков граней гофров. В комплект входят продольные стальные профи- ли, образующие нижнюю грань ребер перекрытия. Эти профили укладывают с определенным шагом на балочные элементы подмостей и на них опирают нижними кромками 3 4 2 Рис. 17.44. Варианты армирования сталежелезобетонных пере- крытий: а - отдельными арматурными стержнями по низу ребер; б - плоскими арматурными каркасами; в - пространственными кар- касами; г - гнутыми стальными профилями Рис. 17.45. Сталежелезобетонное перекрытие (Нидерланды): 1 - стальной профилированный настил; 2 - стальной уголковый анкерный упор; 3 - стержневая арматура; 4 - стальная балка: 5 - бетон Рис. 17.46. Сталежелезобетонное перекрытие (Италия): 1 - стальной лист; 2 - нижняя продольная арматура; 3 - верхняя арматура: 4 - решетка; 5 - бетон Рис. 17.47. Ребристое сталежелезобетонное перекрытие (Швеция): 1 - основной пространственный опалубочный элемент; 2 - до- полнительный продольный профиль; 3 - арматурный каркас реб- ра; 4 - арматурная сетка плиты; 5 - бетон; 6 - подмости
308 ВЛ Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 17.48. Сталебетонное перекрытие мембранного типа: 1 - стальная мембрана; 2 - опорный контур; 3 - сталебетонное ребро; 4 - ребро решетчатое (в виде фермы); 5 - профилированный настил; 6 - монолитный бетон главные опалубочные элементы. В образованную таким об- разом опалубку ребер помещают арматурный каркас. По верху опалубочных элементов укладывают арматурную сет- ку, после чего производится бетонирование конструкции. Положительный опыт применения большепролетных мембранных конструкций покрытий позволил российским специалистам решить проблему создания междуэтажных перекрытий на основе тонколистовых систем проле- тами 25-60 м. Перекрытие (рис. 17.48} представляет собой комбини- рованную систему, состоящую из мембраны, опорного контура, ребер и плиты. Опирание перекрытия может осу- ществляться в углах либо по периметру здания. Мембрана имеет форму провисающей поверхности положительной гауссовой кривизны со стрелой провиса, равной 1/20- 1 /25 пролета, что определяет, в основном, высоту пере- крытия. Мембрана выполняется из листовой стали толщи- ной 2-8 мм. По периметру она крепится к замкнутому опорному контуру, а в пролете может иметь отверстия для пропуска вертикальных коммуникаций. Помимо несущих функций мембрана выполняет роль подвесного потолка. К внутренней поверхности мембраны крепятся вертикаль- ные ребра, которые могут выполняться стальными решет- чатыми либо сталебетонными сплошными. Нижняя часть ребер имеет криволинейность, повторяющую очертание мембраны, а верхняя - прямолинейна. По ребрам устраи- вается сталебетонная плита с применением профнастила. Глава 18 КРЫШИ 18.1. Общие положения Крыша - верхняя несущая и ограждающая конструк- ция здания, предохраняющая его от воздействия окружа- ющей среды. Роль крыши не ограничивается только защитными функциями. Она еще и важный архитектурный элемент зда- ния, играющий ведущую роль в его художественном реше- нии. Силуэты крыш (скатных, шатровых, вапьмовых, мансар- дных и др.), их пластика и цветовая гамма кровель - архи- тектурно-конструктивные средства проектирования зданий. Архитектурная выразительность зданий с плоскими крыша- ми может решаться за счет таких элементов как парапеты, карнизы, ограждения эксплуатируемых участков. Крыша подвергается вертикальным и горизонталь- ным силовым воздействиям (собственный вес, снег, ве- тер, кратковременные эксплуатационные нагрузки), а так- же воздействиям атмосферных осадков, солнечной ради- ации, переменой температуры и влажности наружного воздуха, воздействиям теплового потока с наружной сто- роны и потока пара изнутри. Крыши должны отвечать ряду требований, а именно: • иметь необходимую прочность - выдерживать снеговые, ветровые и дополнительные полезные нагруз- ки (эксплуатируемые крыши); • иметь достаточную водонепроницаемость и быстрый отвод атмосферной воды; • обеспечивать защиту от ударного (дождь, град) и воздушного шума; • защищать помещения верхних этажей от ох- лаждения и нагрева; • не допускать образования конденсата на по- верхностях конструкции и в ее толще; • быть ремонтнопригодным для обеспечения не- обходимой долговечности; • обладать эстетическим внешним видом и гар- монично сочетаться с основным объемом здания; • быть индустриальными в устройстве и эконо- мичными по первоначальным затратам и эксплуатацион- ным расходам. В процессе проектирования крыши необходимо учи- тывать следующие основные предпосылки: • характеристики здания (назначение, этажность, температурно-влажностный режим, степень огнестойко- сти и др.); • климатические данные района строительства (температура воздуха зимой и летом, инсоляция, ско- рость ветра, атмосферные осадки); • номенклатура имеющихся строительных матери- алов и технические возможности строительно-монтажных организаций; • финансовые возможности заказчика.
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 309 Классификация крыш. Крыши разделяют по разным признакам. По материалу несущих конструкций: • деревянные; • стальные; • железобетонные; • комбинированные. По способу выполнения: построечного изготовления; • сборные; • монолитные. По наличию пространства между кровлей и помеще- ниями здания: • чердачные; • бесчердачные. По величине уклона скатов: • скатные (более 5%); • малоуклонные (2-5%); • плоские (др 2%). По теплотехническим характеристикам: • утепленные; • неутепленные. По эксплуатационным характеристикам: • эксплуатируемые; • неэксплуатируемые. По виду кровли: с кровельным слоем; • без кровельного слоя. По организации водосброса со здания (рис. 18.1): • крыши с наружным водостоком; • крыши с внутренним водостоком; • крыши с совмещенным водостоком. В целях успешного выполнения крышей своих функ- ций и устойчивости к различным воздействиям, необхо- димо, во-первых, достаточно корректно выполнить расчет несущей части; во-вторых, найти оптимальный вариант конструкции и, наконец, обеспечить оптимальное сочета- ние материалов. В конструкции крыши могут присутствовать следую- щие слои: • кровля, на которую при необходимости наносит- ся дополнительный слой (посыпка, балласт и т.п.); • гидроизоляционный слой - дополнительно изоли- рующие внутренние слои крыши от проникновения влаги; Рис. 18.1. Схемы организации водосброса с крыши здания: а - по наружному водостоку; б - по внутреннему водостоку; в - совмещенный • теплоизоляция - обеспечивающая стабильную температуру в помещениях под крышей; • пароизоляция - препятствующая проникнове- нию водяного пара изнутри здания в конструкцию крыши; • основание - обеспечиввющее несущую и ограж- дающую функции. Кроме того, должны быть предусмотрены меры для свободной циркуляции воздуха (вентиляция). Только учитывая физические процессы, происходя- щие в крыше, можно спроектировать и возвести действи- тельно надежную конструкцию, которая будет выполнять все возложенные на нее функции. 18.2. Стропильные скатные чердачные крыши Скатная стропильная крыша - традиционная конст- рукция для гражданского малоэтажного строительства. Самым распространенным материалом несущих конст- рукций таких крыш служит дерево. Формы крыш. В практике проектирования и строи- тельства применяются разнообразные формы скатных крыш, которые зависят от конфигурации плана здания, его объема и общего архитектурного решения. Односкатная крыша (рис. 18.2 а) устраивается над небольшими домиками, хозяйственными постройками или пристройками к дому, а также в случаях, когда отвод воды может быть организован только у одной из стен (в одну сторону). Двухскатная, или щипцовая, крыша (рис. 18.2 б, в) образуется из двух скатов, направленных в противополож- ные стороны. Возникающие при этом треугольные верхние части торцевых стен называются щипцами, или фронто- нами (при устройстве карниза). Уклоны скатов могут быть одинаковыми (равнозначными) или неодинаковыми в за- висимости от архитектурно-конструктивного решения. Четырехскатная крыша имеет скаты на четыре сторо- ны. При квадратном плане здания все одинаковые скаты в виде равнобедренных треугольников сходятся в одной точ- ке (рис. 18.2 г). При прямоугольном плане здания скаты, направленные к торцевым стенам, называются вальмами, поэтому такие крыши носят название вальмовые (рис. 18.2 д}. Щипцы стен в этом случае отсутствуют. Если имеется только одна вальма, то крыша имеет три ската при одной щипцовой стене (рис. 18.2 е). Вариантами вальмовых крыш являются полувальмо- вые, или полущипцовые, крыши. Боковые скаты «срезают» только часть щипца и имеют вследствие этого по линии ук- лона меньшую, чем основные скаты, длину. Полувальма мо- жет быть расположена вверху и иметь форму треугольника (рис. 18.2 ж). В этом случае образуется трапециевидный щипец. При расположении полувальмы в форме трапеции внизу образуется небольшой треугольный щипец, находя- щийся вне плоскости стены (рис. 18.2 з). Шатровая крыша применяется для зданий с много- угольным планом (рис. 18.2 и). Скаты крыши в виде рав- нобедренных треугольников сходятся в вершине. Восьмискатная, или многощипцовая, крыша (рис. 18.2 к) применяется для зданий квадратных или прямо- угольных в плане. Она образуется пересечением двух двухскатных крыш под прямым углом. Подобного рода крышу над зданием крестовидной формы в плане назы- вают крещатой, или крестовой (рис. 18.2л).
310 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Если имеются переломы плоскостей скатов, образу- ющих крутую карнизную и пологую коньковую части кры- ши, то получается мансардная крыша, применяемая для устройства под скатами крыши мансарды (рис, 18.2 м). Пирамидальную (рис. 18.2 н) и коническую (рис. 18.2 о) крыши обычно проектируют над небольшими объемами зданий с большими уклонами скатов, соответ- ственно, в форме пирамиды или конуса. Сводчатая крыша (рис. 18.2 л) может иметь круго- вое, параболическое или стрельчатое очертания и приме- няться для покрытия прямоугольных в плане зданий. Купольная крыша применяется для зданий круглого или близкого к кругу очертания в плане. Рассмотренные виды крыш применяются для зданий простой геометрической формы в плане. Однако большей частью здания более сложных форм в виде сочетаний прямоугольников и многоугольников имеют формы мно- госкатных крыш (рис. 18.3). При одинаковых уклонах всех скатов крыши (что час- то бывает) линии пересечения скатов проходят по бис- сектрисам внешних и внутренних углов контура здания. Построение плана крыши ведется в следующем порядке: Рис. 18.2 Основные формы и элементы скатных крыш: а - односкатная: б - двухскатная, или щипцовая: в - то же, с разными уклонами скатов; г - четырехскатная; д - вальмовая: е - трех- скатная; ж, з - полувальмовые, или полущипцовые; и - шатровая; к - восьмискатная, или многощипцовая; л - крещатая (крестовая); м - мансардная (двухскатная с ломаными скатами); н - пирамидальная; о - коническая; п - сводчатая; 1 - скат; 2 - щипец, или фрон- тон; 3 - вальма; 4 - полувальма; 5 - конек; 6 - разжелобок; 7 - ребро; 8 - спуск
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 311 разбивка площади горизонтальной проекции крыши на отдельные прямоугольники; проведение биссектрис всех внешних и внутренних углов контура; определение по точ- кам пересечения биссектрис положения коньков и выяв- ление границ отдельных скатов. Усложнение формы крыши приводит не только к ус- ложнению ее конструкции, но и к увеличению расхода материалов. К тому же, чем сложнее крыша, тем больше в ней разжелобков, которые, как правило, являются нако- пителями снегв, что приводит к увеличению нагрузки на несущие элементы крыши. Скатная крыша состоит из несущей конструкции, воспринимающей все постоянные и временные нагрузки, и кровли. Верхними элементами конструкции скатной крыши являются стропила. Стропило - наклонный несущий эле- мент крыши для устройства кровли. Оно может быть вы- полнено из древесины (доска, брус, бревно), а также из гнутых стальных профилей. Стропила располагаются друг от друга на сравнительно большом расстоянии и уложить кровлю непосредственно на них не представляется воз- можным. Поэтому в состав крыши вводятся еще обре- шетка или настил, опирающиеся на несущую конструк- цию - стропила. Чердачные скатные крыши проектируются для зданий сравнительно небольшой ширины (до 12-15 м). Чердаки используются для размещения элементов инженерного оборудования (трубопроводов, вентиляционных каналов и др.). Наличие чердака позволяет вести контроль за состо- янием несущих конструкций крыши и кровли. В пределах объема под скатами крыши могут устраиваться эксплуати- руемые (жилые) помещения - мансарды (см. п. 18.3). Рис. 18.3. Построение планов многоскатных крыш Крыши называются скатными, так как они выполняют- ся в виде системы пересекающихся наклонных плоско- стей - скатов. Пересечения скатов образуют двухгран- ные углы. Выходящие (наружные) углы называются реб- рами. Входящие (внутренние) углы называются разже- лобками. Верхнее горизонтальное ребро, образованное пересечениями двух скатов с противоположных сторон, называется коньком. Нижняя часть ската крыши носит название спуск. Для быстрого стока воды с крыши скатам придается определенный уклон, который зависит от типа (материа- ла) кровли и района строительства. От уклона скатов зависит снегосброс - при больших уклонах снег на кровле обычно не держится. Поэтому при проектировании скатных крыш очень важно принять ре- шение, не допускающее образования «снежных мешков», которые при обледенении и таянии могут нарушить (ра- зорвать) кровлю. Уклоны могут выражаться в градусах (угол между скатом и горизонтальной плоскостью), в процентах, в виде дроби (простой и десятичной), через тангенс угла (табл. 18.1). На уклон скатов крыши влияет выбор материалов для кровли, способ их укладки, климатические условия райо- на строительства. В малоснежных районах рекомендует- ся применять крыши с небольшим уклоном и большим свесом, в районах с обильными осадками - крутые кры- ши с небольшим свесом. В местностях с сильными вет- рами крышу делают более пологой с целью снижения ее парусности. Архитектурные решения скатных крыш определяют: общая форма (объем); углы наклона скатов; элементы на крыше (окна, водосливы, снегозадержание); свесы и фронтоны; структура поверхности и цвет кровельных ма- териалов (рис. 18.4). При выборе формы крыши следует учитывать не только ее эксплуатационные, но и декора- тивно-художественные качества. В малоэтажном доме крыша составляет значительную часть его объема и су- щественно влияет на общее архитектурное решение. На выбор формы и конструкции скатных крыш влияют: • форма (очертание) здания в плане; • габариты крыши (величина перекрываемых про- летов); • нагрузки (собственные, снеговые, ветровые); • расположение в здании внутренних опор (стен, стоек, столбов); • требования, предъявляемые к крыше (капиталь- ность, огнестойкость, теплотехнические свойства и др.). Стропила двухскатных крыш. Простейшим видом несущей конструкции, применяемой при устройстве чер- Таблица 18.1. Виды выражения уклонов 0° % h/l tga 2 2,5 1/40 (0,025) 0,025 4 5,0 1/20 (0,05) 0,050 5 8,2 1/12 (0,08) 0,082 6 10,0 1/10(0,1) 0,100 11 20,0 1/5 (0,2) 0,200 18 33,3 1/3 (0,33) 0,333 27 50,0 1/2 (0,5) 0,500 45 100,0 1/1 (1,0) 1,000
312 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ дачных крыш, являются стропила [рис. 18.5-16.7). Они выполняются из бруа ев и толстых досок и применяются для зданий шириной до 15-18 м. Стропила - конструкция из параллельных наклонных балок (стропильных ног), опертых нижними концами в подстропильный брус (распределяющий нагрузку на стену), расположенный вдоль наружных несущих стен, а верхними - на коньковый прогон (в большинстве случа- ев), который поддерживают стойки, опирающиеся на внутренние несущие стены или столбы. Таким образом, характерной особенностью стропильных конструкций двухскатных крыш являе ся наличие хотя бы одной внут- ренней опоры (стены). В этом случае стропильные ноги работают как балки и передают на опоры вертикальные на рузки. Для уменьшения свободного пролета стропиль- ных ног, а также для обеспечения жесткости в конструк- цию вводятся подкосы, которые опираются внизу на ле- Рис. 18.4. Примеры архитектурных решений скатных крыш жилых домов жень - брус, лежащий на внутренних опорах (или в плос- кости внутренних опор). При смещении внутренней опо- ры от оси здания, не превышающем 1 м, стойка для опи- рания конькового прогона может быть поставлена на- клонно; при большем смещении конструкция стропил принимает вид, показанный на рис. 18.5 И. При наличии в здании двух рядов внутренних столбов или двух про- дольных стен устанавливаются два верхних прогона на два ряда стоек (рис. 18.5 г, з). В этом случае стропиль- ные ноги по длине могут быть составными. Введение в конструкцию схватки (ригеля) для увеличения жесткости в двух последних случаях является обязательным. Продольные про оны в некоторых случаях опирают на шпренгели (рис. 18.5 д). Для уменьшения свободного пролета прогона и обес- печения жесткости стропильной системы устанавливают- ся продольные подкосы. Опирание прогона на подкос располагают на расстоянии 0,15-0,2 пролета от стоек. Прогон и лежень, стойки и подкосы в совокупности обра- зуют стропильную раму (рис. 18.6), обеспечивающую восприятие нагрузок от стропильных ног и жесткость в продольном направлении. Вальмовый скат образуется с помощью диагональ- ных (наносных) стропильных ног и нарожников - уко- роченных стропильных ног, опирающихся на подстро- пильный брус и накосную стропильную ногу (рис. 18.7). Карнизный свес кровли организуют кобылками - при- битыми гвоздями к стропильным ногам короткими досками. Подстропильные брусья применяются сечением 160 х 140 мм или 160 х 180 мм и устраиваются сплошны- ми по всему периметру стен здания. Брусья антисепти- руются и укладываются на каменные стены через слой ру- лонного гидроизоляционного материала Для возможности осмотра состояния подстропиль- ных брусьев и концов стропильных балок нижняя поверх- ность подстропильных брусьев должна располагаться от верха чердачного перекрытия не менее, чем на 0,4 м. Часть стропильных ног, во избежание сноса крыши ветром, крепится к наружным стенам скрученной прово- локой (диаметр 4-6 мм), привязываемой к костылям, вби- тым в стену, или к монтажным петлям железобетонных плит перекрытий. Расстояния между стропильными ногами зависят от сечения и расчетной длины самих стропил (табл. 18.2) и нагрузок. Стропильные конструк! щи односкатных крыш имеют те же элементы, что и стропила двухскатных крыш. При отсут- ствии внутренней опоры (стены, столбов) односкатную кры- шу можно устроить для зданий шириной до 10 м (рис. 18.8). Более индустриальны конструкции сборных деревян- ных стропил, изготовляемых на заводе в виде укрупнен- ных элементов и монтируемых на строительной площадке Таблица 18.2. Примерные сечения стропил и расстояния между ним Длина стропиль- ной ноги, м Расстояние между стропилами, м 0.8 1.0 I 1,4 сечение стропил, см 3,5 4х 16 4x20 4x22 4,2 4x20 4x22 5x24 5,0 4x22 5x24 6x24 6,0 5x24 8x24 7x22
Раздел Hi. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 313 Рис. 18.5. Стропильные конструкции двухскатных крыш: 1 - стропильная нога (стропило, наклонная балка); 2 - подстро- пильный (распределительный) брус; 3 - коньковый прогон; 4 - стойка; 5 - подкос; 6 - лежень (брус); 7 - схватка (ригель); 8 - шпренгель; 9 - кобылка; 10 - скоба; 11 -упорный брус; 12 - болт; 13 - накладка; 14 - стена; 15 - столбик; 16 - перекрытие; 17 - гидроизоляция рулонная; 18 - проволочная скрутка
314 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 1 В.6. Схемы деревянных продольных стропильных рам и их элементы: 1 - стойка; 2 - коньковый брус (прогон); 3 - подкос; 4 - стро- пильная нога (стропило); 5 - столбик опорный; 6 - брус опорный: 7 - схватка Рис. 18.7. Фрагмент плана стропил еальмовой крыши: 1 - стена; 2 - подстропильный брус; 3 - коньковый брус; 4 - на- косная подстропильная нога (брус); 5 - стропило; 6 - нарожник (укороченное стропило); 7 - кобылка; 8 - каркас слухового окна Рис. 18.8. Стропильные конструкции односкатных крыш: 1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - стропило; 4 - подстропильный брус; 5 - стойка; 6 - стойка шпренгеля; 7 - подкос; 8 - пристенная стойка
Раздел III- КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 315 (рис. 18.9), что позволяет сократить сроки монтажа, сни- зить трудоемкость работ и уменьшить расход древесины. Стропильные фермы крыш. Использование стро- пильных ферм (рис. 18.10) в малоэтажных зданиях позво- ляет отказаться от устройства средних (внутренних) не- сущих стен (вместе с фундаментами) и получить в доме так называемую гибкость внутренней планировки. Стропильной фермой называют несущую конструк- цию, состоящую из системы стержней (досок, брусьев, стальных профилей), шарнирно соединенных своими кон- цами. Места соединений называются узлами ферм. Стержни контура образуют верхние и нижние пояса ферм. Расположенные внутри контура вертикальные стержни называются стойками (или подвесками), на- клонные стержни - подкосами (или раскосами). Все стержни вместе образуют решетку, вследствие чего фер- му называют решетчатой конструкцией. Наиболее целесообразный способ загружения та- кой решетчатой конструкции - приложение нагрузок в узлах. При этом стержни работают только на сжатие или растяжение в отличие от стропильных балок, рабо- тающих на изгиб. Простейшая ферма - треугольная, с шарнирно со- единенными двумя верхними и одним нижним элемента- ми. Стропильная ферма укладывается через опорные прокладки на наружные стены здания с передачей стенам только вертикальных сил. Фермы устанавливаются на расстоянии 3-4 м друг от друга в случае, если на узлы верхнего пояса уклады- ваются продольные прогоны для опирания стропильных ног с шагом 0,8-1,2 м (рис. 18.11 а). При другом спосо- бе загружения стропильных ферм на стержни верхнего пояса непосредственно опирается обрешетка, т.е. эти стержни становятся стропильными ногами и работают не только на сжатие, но и на изгиб (как стропильная бал- ка). В этом случае шаг стропильных ферм должен быть в пределах 0,8-1,4 м (рис. 18.11 б). Устойчивость стропильных ферм обеспечивается связями: вертикальными - по стойкам или раскосам ферм либо горизонтальными - по верхнему поясу ферм. Чердачные скатные крыши, как правило, не утепле- ны. Теплозащита присуща при этом только чердачному перекрытию. Неутепленный чердак должен обязательно провет- риваться. Естественная вентиляция предохраняет пространство чердака летом от перегрева, зимой - от образования конденсата и инея из переувлажненного воздуха вследствие проникновения паров влаги через перекрытие из помещений. Конденсат или оттаивший иней капают на чердачное перекрытие и увлажняют утеплитель, ухудшая его теплотехнические качества. Для предотвращения этого явления необходимы меры по защите утеплителя, в том числе интенсивное провет- ривание чердака. С этой целью применяются слуховые окна, размещаемые так, чтобы обеспечить сквозное проветривание. Вместе с тем устраиваются приточные отверстия под карнизом и вытяжные отверстия (если это требуется) в коньке крыши. Слуховые окна, форма которых может быть самой разнообразной (рис. 18.12), служат также для освещения чердака и выхода на кровлю. Окна для выхода делают на высоте 75-90 см от чердачного перекрытия, без выхода - 120 см. Переплеты слуховых окон выполняют шириной 0,7-1,0 м, высотой от 0,4 до 0,7 м. При этом часть (обыч- но среднюю) остекляют, часть выполняют в виде жалюзи. Заполнение проемов слуховых окон жалюзийными ре- шетками обеспечивает вентиляцию чердака и защищает от проникания атмосферных осадков. Рис. 18.9. Деревянные стропильные конструкции крыши индуст- риального типа: 1 - кирпичный или бетонный столбик; 2 - ноги стропильного щита; 3 - коньковая фермочка; 4 - схватка; 5 - опорная рама; 6 - подстропильный брус; 7 - проволочная скрутка; 8 - костыль; 9 - рулонная гидроизоляция
316 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 18.10. Стропильные фермы скатных крыш: 1 - верхний пояс фермы (стропильная нога); 2 - нижний пояс (затяжка); 3 - стойка; 4 - раскос; 5 - подкос; 6 - распорка; 7 - подвеска стальная; 8 - скоба; 9 - хомут стальной; 10 - болт; 11 - накладка деревянная; 12 - пластина металлическая зубчатая
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 317 18.3. Мансардные крыши Мансардный этаж (мансарда) - этаж, фасад кото- рого полностью или частично образован поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши, при этом линия пересечения плоскости крыши и фасада дол- жна быть на высоте не более 1,5 м от уровня пола ман- сардного этажа. При проектировании мансарды необходимо учиты- вать следующие особенности: • конструктивная схема и материалы конструкций мансарды определяются с учетом единства архитектур- ной формы и конструкций здания-основы; • выбор планировочного решения мансарды необ- ходимо осуществлять во взаимосвязи с планировкой зда- ния-основы: • важным условием размещения мансардных по- мещений является их коммуникационная взаимосвязь с нижерасположенными помещениями (лестница, инже- нерные сети); • особое значение имеют формы и габариты поме- щений, выбор светопрозрачных ограждений (вертикаль- ных или наклонных окон), их размещение с учетом реше- ния интерьеров и фасадов. Высота жилых помещений е мансардном этаже в чи- стоте принимается не менее 2,5 м, при этом в жилую пло- щадь могут включаться и участки помещений с меньшей высотой. Их величина нормируется в зависимости от ук- лона крыши (см. Приложение 1). Мансарды дачных домов могут являться помещения- ми сезонного использования (летними). Главное же пред- назначение мансард - основные помещения квартир зда- ний малой и средней этажности - спальни, детские ком- наты, творческие мастерские, кабинеты и т.п. Мансарда как пространство с ограждением в плоско- сти крыши может являться «вторым светом» гостиных од- ноквартирных домов, придающим им особую комфорт- ность. Открытые несущие конструкции мансардной кры- ши часто становятся активными элементами интерьера, формируя его пространство (рис. 18.13). За счет надстройки мансардного этажа можно изме- нить уже существующее здание, значительно улучшить его фасад. Геометрические формы мансард могут быть различ- ными: иметь треугольное или ломаное очертание, быть симметричными или несимметричными, располагаться по всей ширине здания или только по одну сторону. При ломаной форме крыши нижней части мансарды придают крутой уклон (60-70'), а верхней - пологий (15-30’). Архитектурно-конструктивных решений мансардных этажей может быть очень много. В любых случаях они дол- жны основываться на функциональных взаимосвязях поме- щений и логике конструктивного формообразования. Наиболее простым решением при проектировании мансарды является надстройка на основных конструкци- ях здания (рис. 18.14). Мансарды могут быть как одноярусными, так и двухъярусными (см. рис. 18.14). Последние проектиру- ют при необходимости максимального увеличения пло- щади помещений. В нижнем ярусе хотя бы одно огражде- ние должно быть наклонным либо почти вертикальным при ширине корпуса 11-12 м, а желательная высота по- мещения не менее 2,5 м. При малой ширине здания (9- 11 м) устройство двухъярусных мансард нецелесообраз- Рис. 18.11. Варианты применения стропильных ферм крыш: а - редкое расположение с продольными прогонами и стропи- лами; б - частое расположение; 1 - стропильная ферма; 2 - прогон; 3 - стропильная нога (балка); 4 - обрешетка; 5 - связь крестовидная Рис. 18.12. Формы слуховых окон (фасад, вид сбоку, план)
318 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ но, так как наклонные ограждения значительно снижают полезную площадь верхнего яруса. Недостаток ширины корпуса можно значительно ком- пенсировать за счет выносных частей мансард, которые делают на консолях либо на дополнительном каркасе при небольшой высоте зданий. При проектировании вынос- ных мансард нужно учитывать необходимость утепления Рис. 18.13. Примеры влияния конструкций крыши на интерьер мансард Рис. 18.15. Несущие конструкции мансардных крыш малоэтаж- ных зданий: а - двухскатная однопролетная; б - с ломаными скатами; в - двухскатная двухпролетная
Раздел Ш. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 319 Рис. 18.14. Конструктивно-планировочные типы мансард перекрытия, а также затенение нижерасположенной час- ти здания. В подстропильном пространстве в углах, образован- ных наклонными плоскостями и горизонталью пола, неиз- бежно образуются «мертвые зоны», непригодные для жи- лья. Такие места отделяют вертикальными перегородка- ми высотой не ниже 0,9 м и используют в качестве встро- енных шкафов и т.п. Для удобства эксплуатации в мансарде желательно иметь минимальную зону, равную примерно 50% от пло- щади пола с высотой не ниже 2,2 м. Все остальное про- странство можно использовать под спальные места, ниши рабочих мест и для других целей. Несущие конструкции мансард могут быть деревян- ными, металлическими и железобетонными. Применение деревянных конструкций должно согласовываться со сте- пенью огнестойкости здания, они должны быть защище- ны антипиренами или конструктивными мерами. Все большее распространение приобретают тонкостенные холодногнутые стальные профили с просечными отвер- стиями (термопрофили). Крыши в домах с мансардными помещениями при отсутствии средней опоры (стены) зачастую конструктив- но решают так же, как и стропильные фермы. Своеобраз- ной затяжкой таких ферм являются балки междуэтажного перекрытия, в которые упираются стропила (элементы верхнего пояса ферм). Простейшая конструкция мансардной крыши - треу- гольная деревянная ферма (рис. 18.15 а), применяемая при устройстве мансарды в однопролетных домах шири- ной до 6 м. Учитывая, что нижний пояс такой фермы явля- ется балкой перекрытия, его принимают в виде спарен- ных досок сечением не менее 50 х 150 мм каждая. Верти- кальные стойки и горизонтальную схватку также лучше делать спаренными из более тонких досок - зто упроща- ет в дальнейшем облицовку стен и потолка мансарды. Мансардную двухскатную крышу (в том числе с лома- ными скатами) в домах с железобетонными перекрытия- ми можно выполнить без внутренних опор {рис. 18.16 а). При этом на несущие торцевые стены опирают коньковую и промежуточные (в местах перелома скатов) балки из клееной древесины или спаренных брусьев, на которые в свою очередь опираются стропильные балки. В случае, если торцовые стены являются ненесущими, в плоскости внутренней несущей стены устраивают подстропильную раму для опирания на нее стропил, которые соединяют
320 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ попарно схватками в плоскости перекрытия и утепления мансарды сверху (рис. 18.16 б). На рис. 18.17 показано решение мансардной крыши с устройством внутреннего деревянного каркаса из попереч- ных рам и продольных прогонов. Рамы опираются через прокладки на железобетонные плиты перекрытия в зоне их опирания на стены и закрепляются от сдви а Жесткость каркаса обеспечивается подкосами в поперечном и про- дольном направлениях. Утепленное ограждение и окна ус- траиваются в плоскости нижнего ряда стропильных ног. Техническое решение двухъярусной мансарды зда- ний с продольными несущими стенами показано на рис. 18.18. Форма мансарды в поперечном разрезе - равно- сторонний треугольник с уклоном скатов 45’. Шаг дере- вянных стропил принят 0,8-1 м. Конструкция мансардной крыши устанавливается в проектное положение в виде объемных блоков. Основу блока составляют металлоде- ревянные стропильные рамы из элементов заводской го- товности. Его геометрическая неизменяемость на пери- од монтажа обеспечивается обрешеткой и коньковым прогоном. Нижняя часть стропильных ног фиксируется в опорных узлах, расположенных на монолитном поясе- раме. Количество рам (3 или 4 штуки) и, соответственно, длина блока (2,4-3,6 м) зависят от проектного места его установки. В монтажном состоянии коньковый прогон (широкополочный двутавр высотой 200 мм) играет роль траверсы мансардного блока. После установки блоков под коньковые прогоны подводятся опоры в виде кирпич- ных столбов или стоек другой конструкции. Обрешетка представляет собой бруски 50 х 50 мм. Места проемов под светопрозрачные ограждения подготавливаются во время сборки блока. Стропильные ноги запроектированы с переменным сечением: верхняя часть представляет со- бой доску сечением 80 х 200 мм, а нижняя - двухветвевая из досок 50 х 200 мм. Балка перекрытия служит распоркой рамы и выполняется из двух досок сечением 40 х 200 мм. Соединения элементов в узлах - болтовые с прокладка- ми в виде металлических зубчатых пластин (МЗП). Требо- вания пожарной безопасности удовлетворяются кон- структивными мероприятиями, включающими в себя за- щиту стропильных ног и балок перекрытия со стороны по- мещений минераловатными плитами толщиной 100 мм и двумя слоями гипсокартона толщиной по 12 мм. В зданиях с деревянными каркасами несущие эле- менты мансардных крыш - стропила - опирают на ригели каркаса, располагаемые в два-четыре ряда под скатами крыши (рис. 18.19). При устройстве крыш в домах большой ширины (12- 13 м) с высотой двухъярусной мансарды до 9 м значитель- но увеличиваются нагрузки на несущие конструкции кры- ши и, соответственно, увеличиваются сечения деревянных элементов. В таких случаях конструкции из пиломатериа- лов заменяют на рамный каркас из стальных гнутых про- филей (рис. 18.20). Элементы металлического каркаса б Рис. 18.16. Конструктивные схемы мансардных крыш: а - без внутренних опор; б - с внутренней опорой в виде рамы; 1 - стропильная нога; 2 - торцовая стена; 3 - балка; 4 - конько- вый прогон; 5 - стойка рамы через 3-4 м; 6 - схватка 7 - люкар- на; 8 - наружная стена; 9 - внутренняя стена (или балка); 10 - плита перекрытия Рис. 18.17. Крыша мансарды с внутренним деревянным карка- сом: а - разрез поперечный; б - интерьер
Раздел Hl КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 321 изготавливают из оцинкованной стали толщиной 1-1,5 мм в виде профилей С-образного и П-образного сечений с узкими продольными просечками. Такие профили называ- ют термолрофилями, так как их сопротивление теплопе- редаче достаточно высокое (сравнимо с аналогичным по размерам сечения деревянным брусом). Высота сечения элементов составляет 110-220 мм; ширина - 45-60 мм. Крепление элементов между собой производится без при- менения сварки при помощи болтов и самонарезающих винтов из высокопрочной стали. В многоэтажных зданиях соответственно их степени огнестойкости мансардная крыша может быть решена из несгораемых бетонных и железобетонных элементов (рис. 18.21). Крыша может иметь как наружный, так и внутренний водосток, непроходной, полупроходной или проходной чердак. Наклонные наружные панели мансард решаются аналогично стенам крупнопанельных зданий. Отличие может заключаться в устройстве облицовки, уст- раиваемой из кровельных материалов с высокими каче- ствами (мягкие битумные плитки, металлические плитки и листы, черепица и др.). Наличие отапливаемых помещений в объеме мансар- ды делает актуальной проблему ее теплоизоляции, ре- шить которую можно с применением высокоэффективных теплоизоляционных материалов с низким коэффициен- Рис. 18.18. Схема каркаса объемного блока мансардной крыши и узлы: а - поперечный разрез; б - конек стропильной рамы ; в - опора конькового прогона; г - фиксация стропильной ноги; д - стык стропильной ноги и балки перекрытия (распорки); 1 - стропиль- ная рама; 2 - коньковый прогон; 3 - обрешетка; 4 - монолитный пояс-рама; 5 - стойка (столб); 6 - опорный лист; 7 - анкер; 8 - плита перекрытия том теплопроводности. К таким материалам из отече- ственной продукции относятся минераловатные и стекло- волокнистые плиты и маты плотностью не более 100 кг/м3; из импортной - плиты и маты из стеклянного волокна или базальтовой ваты марок «Урса», «Изовер», «Роквул», «Па- рок» и им подобные. Толщина слоя утеплителя из эффек- Рис. 18-19. Крыши мансард в два яруса в домах с деревянным каркасом: а - с опиранием на четыре ряда стоек; б - с опиранием на два ряда стоек Рис. 18.20. Крыша двухъярусной мансарды с применением гну- тых стальных термопрофилей: 1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - стойка рамы; 4 - ригель рамы; 5 - наклонный элемент рамы (стропило); 6 - балка перекрытия П-об- разного сечения; 7 - обрешетка; 8 - кровля из стальных профи- лированных листов; 9 - утеплитель; 10 - звукоизоляция
322 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис 18.21. Конструкции сборных железобетонных крыш мансард ного типа: а - бесчердачная с наружным водотводом; б - чердачная с внут- ренним водоотводом; 1 - утепленная панель; 2 - неутепленная часть панели; 3 - плита перекрытия; 4 - поперечная панель несу- щей стены; 5 - продольная панель; 6 - кровельная плита; 7 - ру- лонная кровля; 8 - плита лотка; 9 - опорная рама; 10 - карниз- ный опорный элемент; 11 - опорный элемент крыши; 12 - утеп- литель Рис. 18.22. Схемы размещения теплоизоляции в мансардных крышах (вертикальные, горизонтальные и наклонные участки) тивных материалов в умеренных климатических условиях Центральной России по теплотехническим нормам со- ставляет порядка 180-200 мм. Применение более эффективных утеплителей из жест- ких полимерных пенопластов (полистирол, полиэтилен, по- лиуретан) в мансардных крышах не рекомендуется по при- чине затруднений плотной укладки плит между элементами каркаса и ввиду необеспеченности пожарной безопасности. Для создания «теплого контура» мансарды утепли- тель размещают в трех возможных участках (рис. 18.22). • вертикальном - в уровне низких стенок мансарды (если таковые предусмотрены) и в уровне стенок люкарн; • горизонтальном - над потолком мансарды и в зоне карнизов; • наклонном - в уровне скатов крыши. Устройство теплозащиты на вертикальных и горизон- тальных участках достаточно просто и не представляет особой проблемы. Сложность устройства необходимой теплоизоляции наклонного участка состоит в том, что он представляет со- бой, по существу, совмещенную крышу, теплотехническая схема которой достаточно сложна. Важное требование к конструкциям совмещенных крыш состоит в необходимо- сти вентилирования наружным воздухом подкровельного пространства. Тем более это необходимо в крышах с де- ревянными конструкциями, которые должны находиться в сухом состоянии во избежание загнивания и разрушения. В скатных крышах вентилирование должно осуществ- ляться сквозным способом - от карниза до конька - че- рез воздушную прослойку, высоту которой желательно определять расчетом. Учитывая значительный уклон воз- душного канала (продуха), способствующий движению воздуха, минимальную высоту продуха в скатной крыше рекомендуется принимать 40 мм от поверхности утепли- теля до поверхности обрешетки или настила. Оптимальные схемы ограждающей конструкции на- клонного участка «теплого контура» мансарды, отличаю- щиеся расположением утеплителя относительно стропил, представлены на рис. 18.23. В состав конструкции входит, как правило, пароизоляция для предотвращения прони кания парообразной влаги в толщу конструкции, особен- но утеплителя. Поэтому она и размещается с теплой, внутренней стороны слоя утеплителя, между ним и внут- ренней обшивкой. В качестве пароизоляции использую пленки типа «Изоспан В», «Ютафол», «Раннка» и др. Обычные пароизоляционные материалы можно заме- нить на отражающую изоляцию «Пенофол», обладаю- щую гидро- и пароизоляционными свойствами. Этот гиб- кий и легкий материал из вспененного полиэтилена при своей малой толщине (несколько миллиметров) имеет высокое сопротивление теплопередаче, что обусловлено высокой отражающей способностью алюминиевой фоль- ги, которой он покрыт с одной или двух сторон. Для предотвращения заноса наружным воздухом ат- мосферной влаги через неплотности в стыках кровельных элементов применяется подкровельная ветрогидрои- золяция. Для этой цели используют специальные рулон- ные материалы из полимерных волокон в виде нетканых полотнищ, которые, однако, пропускают парообразную влагу («Антикон», «Изоспан А», «Экстра», «Тайвек», «Юта- век» и др.). Таким образом, слой ветрогидроизоляции не допускает увлажнения конструкции крыши атмосферной влагой и содействует удалению водяных паров (осуше- нию конструкции).
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 323 18.4. Малоуклонные чердачные железобетонные крыши Чердачная крыша - основной тип покрытия в жилых многоэтажных зданиях массового строительства. Конструкцию чердачных крыш составляют: • плиты (кровельные, лотковые, чердачного пере- крытия); • опорные элементы - подкровельные и лотковые плиты; • наружные стены чердака (фризовые панели, кир- пичная кладка и др. элементы). Чердачная крыша решается, как правило, по про- дольной конструктивной схеме с опиранием кровельных плит на водосборный лоток и наружные стены чердака Рис. 18.23. Варианты укладки теплоизоляции в наклонных участ- ках мансардной крыши: а - теплоизоляция между стропилами; б - между и под стропи- лами; в - над стропилами; г - теплоизоляция между стропилами, отражающая изоляция под стропилами; 1 - кровля; 2 - обрешет- ка (пли настил); 3 - брусок 50 х 40 мм; 4 - воздушный продух; 5 - подкровельная пленка; 6 - стропило; 7 - утеплитель; 8 - паро- изоляция; 9 - внутренняя обшивка; 10 - брус 50 х 100 мм; 11 - деревянный настил; 12 - отражающая изоляция «Пенофол» при симметричном расположении плит относительно лот- ка. Уклон кровли к лотку обеспечивается наклонной ук- ладкой кровельных плит. Минимальная ширина лотка (900 мм) определяется шириной его открытого участка между сливными ребрами. Внутренние опорные конструкции крыши выполняют- ся, как правило, из плоских бетонных панелей или рам, устанавливаемых над внутренними несущими стенами здания. Опорные панели проектируются с проемами (от- верстиями) таких размеров, чтобы их проемность была не менее 50%. Высота сквозного прохода вдоль чердака должна быть не менее 1,6 м (при ширине не менее 1,2 м); на отдельных участках (под лотком, прогоном и т.д.) допускается высота чердака 1,2 м. При необходимости в отдельных местах вы- сота чердака может быть увеличена до 2,2 м. По способу удаления воздуха из системы вытяжной вентиляции через конструкцию чердачной крыши различа- ют следующие типы железобетонных крыш {рис. 18.24); • с холодным чердаком; вентиляционные каналы пропускаются через конструкцию крыши с выбросом воз- духа наружу; чердачное пространство сообщается с на- ружным воздухом через отверстия в стенах, равные 0,002 от площади чердака; • с теплым чердаком; вентиляционные каналы завершаются в пределах чердачного пространства с вы- пуском в него отбросного воздуха; закрытый объем чер- дака использует тепло отбросного воздуха, который уда- ляется через общую вытяжную шахту; покрытие и стены чердака утеплены; • с открытым чердаком; вентиляционные каналы также завершаются в пространстве чердака; воздух из объема чердака удаляется интенсивным проветриванием через увеличенные отверстия в наружных стенах; пере- крытие верхнего этажа утеплено. В зависимости от вида и способа гидроизоляции чер- дачное покрытие выполняется: • с рулонной кровлей - из слоев рулонного кро- вельного материала, последовательно наклеиваемых на месте строительства; • с мастичной кровлей - из слоев гидроизоляци- онной мастики; такая кровля может армироваться и не уступать по своим защитным свойствам кровле из рулон- ных материалов; • с безрулонной кровлей - из мастичных и окра- сочных гидроизоляционных материалов, выполняющих Рис. 18.24. Типы железобетонных крыш по способу вентиляции: а - с холодным чердаком; б - с теплым чердаком; в - с открытым чердаком
324 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис 18.25. Конструкции железобетонных крыш с холодным чер- даком (разрезы и фра, менты планов) а с рулонной кровлей; б - с безрулонной кровлей; 1 - несущая стена; 2 - ненесущая стена; 3 - опорный элемент лотка, 4 - опор- ная рама; 5 - фасадный опорный элемент (пилястра, столбик); 6 - железобетонная балка; 7 - кровельная ребристая плита; 8 - плита чердачного перекрытия; 9 - кровельная плита безрулон- ной крыши; 10 - П-образная плита-нащельник; 11 - плита водо- сборного лотка; 12 - утеплитель; 13 - рулонный кровельный ко- вер; 14 - водосточная воронка; 15 - вентиляционный блок; 16 - машинное помещение лифта; 17 - вентиляционное отверстие' 18 - оголовок вентблока; 19 - фартук Таблица 18.3. Конструкции железобетонных крыш и их уклоны в зависимости от климатических условий района строительства Вариант крыши Климатические районы Минимальные уклоны, в градусах чердак кровля I II Ill IV кровли лотка X р + + + + 3 1 X Б + + + 5 3 т Р + + + + 3 1 т Б + + + 4- 5 3 О Р - - + 3 1 0 Б - ♦ + 5 3 Условные обозначения: X - холодный; T - теплый; О - открытый; Р - ру- лонная; Б - безрулонная; «+* - рекомендуется;•+ - допускается;«-» - не допускается. защитные функции совместно с водонепроницаемым и морозостойким бетоном плиты, • с бетонной кровлей - из атмосферостойкого бетона, выполняющего все защитные функции без допол- нительной поверхностной гидроизоляции. В покрытии с рулонной (мастичной) кровлей уклон кровли на скатах принимается не менее 2%, а вдоль во- досборного лотка - не менее 1 %. Плиты покрытия под ру- лонную кровлю изготавливаются с плоской верхней по- верхностью, на которую предварительно наносится вре- менная гидроизоляция из мастики или слоя кровельного материала. Покрытие с безрулонной (бетонной) кровлей решает- ся по принципу перекрытия элементов с расположением стыков плит и мест примыкания, образуемых ребрами, выше основной водосливной поверхности, на которую в заводских условиях наносится защитная окраска (при без- рулонной кровле). Уклон скатов должен быть не менее 5%, днища водосборных лотков - не менее 2%. Надежным ре- шением стыка безрулонных плит является перекрытие его П-образным железобетонным нащельником на всю длину плиты. В нижнюю и верхнюю части стыка устанавливаются герметизирующие уплотняющие прокладки, средняя часть стыка заполняется мягким утеплителем. При проектировании тип конструкции крыши выбира- ют в соответствии с климатическими условиями района строительства по табл 18.3. Вход на чердак следует устраивать только из лесг ничной клетки через несгораемую дверь 1,5 х 0,8 м. В зданиях с лифтом выход на крышу осуществляется через дверь в стене лестнично-лифтового узла. В зданиях без лифта (и с опущенным машинным помещением лифта) выход на крышу предусматривается через отдельную надстройку с дверью и люком. Не допускается устройство выхода на крышу непосредственно из помещения черда- ка через люк в покрытии Чердачные крыши с холодным чердаком (рис 18.25} содержат в своем составе утепленное чердачное перекрытие, тонкостенные ребристые железобетонные кровельные и лотковые плиты, неутепленные наружные стены чердака (или фризовые панели), в которых пре- дусматривают отверстия для вентиляции чердачного пространства. Площадь вентиляционных проемов по каждой продольной стороне здания назначают в I и II климатических районах в 1/500 от площади чердака, в III и IV районах - в 1/50.
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 325 Вентиляционные каналы помещений пересекают крышу и выходят наружу через кровлю, что снижает ее сплошность, увеличивает трудоемкость устройства и но- менклатуру кровельных плит, повышает эксплуатацион- ные расходы. Водосборные корытообразные плиты лотков безру- лонных крыш [рис. 18.26 а) выполняют из водонепрони- цаемого бетона с толщиной днища 80 мм и высотой ре- бер 350 мм, шириной не менее 0,9 м. Кровельные плиты (рис. 18.26 б) представляют собой тонкостенные (толщи- на 40 мм) ребристые железобетонные элементы шириной 2,4 или 3,6 м и длиной до 7,2 м (через 0,3). Своеобразием отличаются железобетонные чердач- ные крыши многоэтажных зданий с наклонными фризовы- ми панелями, имитирующие формы мансардных крыш (рис. 18.27). Чердачные крыши с теплым чердаком (рис. 18.28) составляют утепленные кровельные и лотковые плиты, утепленные наружные стены (фризовые панели), неутеп- ленное чердачное перекрытие и опорные элементы для кровельных и лотковых плит. Вентиляционные блоки нижележащих этажей завер- шаются, не пересекая крышу (кровлю) в чердачном про- странстве оголовком высотой 0,6 м. Наружные стены (фризовые панели) проектируют глухими (без вентиляци- онных отверстий). В центральной зоне теплого чердака устраивается общая вытяжная шахта (одна на секцию дома или дом) высотой 4,5 м от чердачного перекрытия. Преимуществами крыш с теплым чердаком являются: улучшение вентиляции верхних этажей; повышение на- дежности кровли; снижение теплопотерь верхнего этажа; упрощение конструкции покрытия; доступность для ос- мотра и ремонта. Рис. 18.26. Плиты для безрулонных крыш с холодным чердаком: а - водосборные лотки; б - кровельные для крыш с внутренним водостоком Для обеспечения воздухообмена чердачное помеще- ние выполняется в виде единого объема в пределах пла- нировочной секции дома. Внутри теплого чердака не до- пускается устройство изолированных отсеков с темпера- турно-влажностным режимом, отличающимся от условий теплого чердака. Смежные секции теплого чердака раз- деляются сплошными несгораемыми стенами, в которых устраивается герметичная дверь размером 1,5 х 0,8 м или люк 0,8 х 0,8м. На участке встроенных лоджий наружные стены чер- дака целесообразно устанавливать в плоскости фасадных стен здания, а над лоджиями укладывать теплоизоляцию. Вытяжную шахту рекомендуется пристраивать к стене машинного помещения лифта, при этом шахта должна быть на 0,5 м выше покрытия этого помещения. При установке отдельно стоящей шахты должна быть обеспечена ее устой- чивость. Вытяжную шахту опирают на несущие конструкции покрытия (плиты) или опорные элементы чердака. Чердачные крыши с открытым чердаком (рис. 18.29) по составу конструктивных элементов аналогичны крышам с холодным чердаком, но вентиляционные кана- лы не пересекают кровлю, заканчиваясь на высоте 0,6 м от поверхности чердачного перекрытия как в крышах с теплым чердаком. Крыши с открытым чердаком сочетают преимущества крыш с холодным чердаком в части технологичности и экономичности устройства и крыш с теплым чердаком - в части повышения сплошности кровли. Рис. 18.27. Устройство наклонных фризов в крышах с холодным чердаком (имитация мансардных крыш): а - с относом от стены: б - без относа; 1 - фризовая панель; 2 - кровельная плита; 3 - железобетонная балка; 4 - железобетон- ная рама; 5 - опорная панель; 6 - плита чердачного перекрытия; 7 - кровля
326 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ В крупнопанельных зданиях вместо вытяжных верти- кальных шахт (каналов) могут устраиваться подкарнизные горизонтальные щелевидные отверстия, экранируемые плоскими или Г-образными экранами-парапетами. Они навешиваются на расстоянии 50-70 мм от стен на консо- ли кровельных нательных или скатных плит (рис. 18.29 в, г). Зазор между экранами и стенами служит для удаления воздуха из чердака и сдувания снега с кровли. В крышах с безрулонной кровлей продольные стыки кровельных плит выполняются вентилируемыми (рис. 18.29 д), не заполняемыми растворами и герметиками. Для этого выступающие продольные ребра смежных лот- кообразных плит перекрываются нащельником П-образ- ного поперечного сечения; между полостью нащельников и внешним контуром ребер плит выполняется зазор 2- 3 см, который сообщается с чердаком через отверстия между плитами кровли. В крышах с рулонными кровлями для вентиляции чер- дака могут применяться парапетные вентиляционные блоки (рис. 18.29 е). Для предотвращения образования конденсата на ог- раждающих конструкциях открытого чердака возникает необходимость рассеивания теплого воздуха, выходяще- го из вентиляционных блоков, и интенсивного его пере- мешивания с окружающим воздухом в объеме чердака. Для этой цели служат зонты над оголовками вентиляци- онных блоков раструбного сечения и приточные отвер- стия в стентах блоков (рис. 18.29 ж). Рис. 18.28. Конструкции железобетонных крыш с теплым чердаком: а - с рулонной кровлей; 6 - с безрулонной кровлей; 1 - несущая стена; 2 - ненесущая стена; 3 - опорная панель лотка; 4 - опор- ная рама; 5 - трехслойная утепленная глита лотка; 6 - трехслой- ная утепленная кровельная плита; 7 - рулонная кровля; 8 - внут- ренняя несущая стена; 9 - плита перекрытия; 10 - вытяжная шах- та; 11 - водосборное корыто; 12 - машинное помещение лифта; 13 - вентиляционный блок Рис. 18.29. Конструкции железобетонных крыш с открытым чер- даком: а - с рулонной кровлей; б - с безрулонной кровлей; в, г - карниз- ные узлы; д - продольный вентилируемый стык кровельных плит; е - парапетный вентиляционный блок; ж - оголовок вентиляци- онного блока, выходящего на чердак; з - фасадные поверхности стеновых (фризовых) панелей чердака; 1 - наружная несущая стена; 2 - внутренняя стена: 3 - стеновая фризовая панель; 4 - парапетный вентблок; 5 - опорная панель лотка; 6 - опорная рама; 7 - лотковая плита; 8 - кровельная плита; 9 - плита безру- лонной кровли; 10 - опорный элемент фризовой панели; 11 - оголовок вентблока; 12-плита перекрытия; 13-утеплитель; 14- рулонная кровля; 15 - вытяжная шахта; 16 - машинное помеще- ние лифта; 17 - нащельная плита; 18 - экран-парапет; 19 - при- точное отверстие; 20 - вытяжное отверстие
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 327 Рис. 18.30. Принципиальные схемы конструкций бесчердачных железобетонных крыш: а - раздельной конструкции с рулонной кровлей; б - раздельной конструкции с безрулонной кровлей; в - совмещенной плитной трех- слойной конструкции: г - совмещенной конструкции построечного изготовления; д - то же, вентилируемой; 1 - рулонная кровля; 2 - стяжка; 3 - ребристая кровельная плита; 4 - кровельная плита безрулонной крыши; 5 - трехслойная кровельная плита; 6 - тонкая железобетонная плита; 7 - воздушная прослойка; 8 - утеплитель плитный; 9 - железобетонная плита перекрытия; 10 - слой засыпно- го утеплителя по уклону; 11 - подвесной потолок; 12 - опорный элемент; 13 - приточные отверстия; 14 - вытяжные отверстия; 15 - пароизоляция
328 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 18.5. Бесчердачные крыши В некоторых зданиях целесообразно совмещать чер- дачное перекрытие с крышей. Такая конструкция называ- ется бесчердачной крышей. Ее устраивают преимуще- ственно в одноэтажных промышленных зданиях и в обще- ственных зданиях, особенно там, где требуется верхнее освещение (спортзалы, музеи, вокзалы и т.п.). Различают следующие виды бесчердачных крыш: • раздельной конструкции (с кровельными плита- ми и плитами перекрытия) с рулонной кровлей (рис. 18.30 а); • раздельной конструкции с безрулонной кровлей (рис. 18.30 6); • совмещенной плитной трехслойной конструкции (рис. 18.30 в); • совмещенной конструкции построечного изго- товления невентилируемые (рис. 18.30 г) и вентилируе- мые (рис. 18.30 д). Раздельные бесчердачные крыши состоят из тех же элементов, что и крыши с холодным чердаком. В связи с тем, что воздушное пространство таких крыш имеет незна- чительную высоту (до 600 мм), несколько упрощается реше- ние опорных элементов под кровельные плиты - их опира- ют на участки внутренних стен здания, на наружные про- дольные стены, реже - на специальные опорные элементы. Кровельные несущие элементы, как и у крыш с холод- ным чердаком, представляют собой тонкостенные (тол- щиной 40 мм) ребристые железобетонные плиты с реб- рами вниз (для рулонной кровли) или вверх (для безру- лонной кровли). Совмещенная крыша - крыша, в которой кровля ук- ладывается непосредственно на перекрытие верхнего зтажа или в плоскости скатов (скатных крыш) с эксплуа- тируемым подкрышным пространством. Трехслойные плиты совмещенных бесчердачных крыш изготавливают на заводе из двух тонкостенных реб- ристых плит и утеплителя между ними. Совмещенные крыши построечного изготовления воз- водят путем последовательной укладки на стройке по пере- крытию верхнего этажа пароизоляции, отсыпки по уклону, плитной теплоизоляции, выравнивающей стяжки и рулон- ной гидроизоляции. Такая конструкция наиболее трудоемка и отличается низкими эксплуатационными свойствами. Лучшими качествами обладают вентилируемые со- вмещенные крыши (рис. 18.30 л), имеющие в своем со- ставе воздушные каналы поверх или в толще утеплителя, за счет которых происходит высушивание влаги и обес- печивается качество теплозащиты. Г л а в а 19 ЛЕСТНИЦЫ И ПАНДУСЫ 19.1. Общие положения Расположенные друг над другом или один возле дру- гого разновысокие уровни зданий в целях обеспечения удобного сообщения, аварийной эвакуации и транспорти- ровки предметов связываются между собой при помощи лестниц и пандусов. Уровень окружающей местности и уровень пола в здании, как правило, также объединяются при помощи лестниц у входа в здание. Современные лестницы - не только вертикальные связующие элементы пространства, но и украшение ин- терьера. Совмещая в себе функциональное назначение с эстетическим, лестницы отличаются разнообразием ар- хитектурно-конструктивн ых решений. Классификация лестниц производится по следую- щим признакам: по назначению, по эксплуатационным и эстетическим требованиям, по расположению, по отно- шению к объему здания, по степени ограждения от внут- реннего пространства здания, по способу функциониро- вания, по материалу, по форме, по количеству маршей, по способу опирания ступеней, по величине уклона мар- шей, а также по пожарно-техническим характеристикам. В зависимости от назначения лестницы подразде- ляют на; • основные или главные, служащие для сообще- ния между этажами и эвакуации; • вспомогательные, предназначенные для сооб- щения с подвалами, чердаками и т.п.; • аварийные, являющиеся запасными путями эвакуации людей; • пожарные, служащие для наружного доступа на этажи, чердак, крышу во время пожара. По предъявляемым эксплуатационным и эстети- ческим требованиям различает лестницы: • декоративно-парадные; • парадные (главные); • боковые (подсобные); • входные. В зависимости от расположения относительно здания лестницы бывают внутренние и наружные. Внутренние лестницы по отношению к объему зда- ния могут быть (рис. 19.1): Рис. 19.1 Типы лестниц (лестничных клеток) в зависимости от степени закрытости-открытости и расположения в здании
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 329 Рис. 19.2. Варианты лестниц по форме маршей и площадок, по количеству маршей, по форме ступеней. Одномаршевые: 1 - прямая; 2 - с забежными ступенями; 3, 4 - криволинейные. Двухмаршевые: 5 - прямая; 6-10 - с поворотами на 60', 90', 120*, 160”, 240*; 11-14 - с двумя выходными маршами (распашные); 15-18 - с двумя отправными маршами; 19-20 - С двумя отправными и вы- ходными маршами; 21-22 - криволинейные; 23 - круговая. Трехмаршевые: 24-29 - поворотные; 30-31 - с двумя промежуточными и выходными маршами; 32 - с двумя отправными и промежуточными маршами; 33 - криволинейная (овальная). Четырехмаршевые: 34- 36 - поворотные; 37-45 - с прямыми и забежными ступенями; 46-53 - только с забежными ступенями; 54-55 - винтовые с забежными ступенями
330 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • внутри объема здания; • с примыканием к наружной стене (двум стенам); • частично вынесенные из объема здания; • полностью вынесенные. Внутренние лестницы по степени их ограждения от внутреннего объема здания подразделяют на (см. рис. 19.1): • закрытые (лестничные клетки); • частично открытые; • открытые. По способу функционирования лестницы подраз- деляют на стационарные (преимущественное примене- ние), трансформируемые и переносные. По материалу основных элементов лестницы бывают: • каменные; • бетонные (железобетонные); • металлические; • деревянные; « из пластмасс; • стеклянные; • комбинированные. По форме в плане (горизонтальной проекции дви- жения по лестнице) все лестницы подразделяются (рис. 19.2) на: • прямые (прямолинейные); • с поворотом прямых маршей (ломаные); • криволинейные; • с поворотом криволинейных маршей; • круговые; • винтовые. Рис. 19.3. Типы лестниц по способу опирания ступеней: а - на косоурах; б - на тетивах; е - консольная на стене; г - кон- сольно-винтовая на стойке; д - с опиранием на стены; е - с опи- ранием на стойки; ж - подвесная; з - цепная сборно-разборная Таблица 19.1. Уклоны пандусов и лестниц Название Уклоны градусы % Пандусы 5-14 9-25 Лестницы основные 14-45 25-100 Лестницы подсобные 45-60 100-173 Лестницы приставные 60-90 более 173 По объемно-планировочному решению лестниц в зависимости от количества маршей и промежуточных пло- щадок на высоту этажа их подразделяют (см. рис. 19.2) на: • одномаршевые без промежуточной площадки; • двухмаршевые с одной площадкой; • трехмаршевые с двумя площадками; • четырехмаршевые с тремя площадками. По способу опирания ступеней на несущие элемен- ты выделяют лестницы (рис. 19.3): • на сплошном основании (плитном, грунтовом); • на косоурах; • на тетивах; • консольные на стенах или столбах; • консольные винтовые на стойке; • с опиранием на стены; с опиранием на стойки; подвесные (к поручням, перекрытиям, стенам); цепные сборно-разборные; комбинированные. Классификация лестниц по величине уклонов приве- дена в табл. 19.1 и 19.2 и на рис. 19.4. Пожарно-техническая классификация (по СНиП 21- 01-97) подразделяет лестницы и лестничные клетки, предназначенные для эвакуации, на: • лестницы типов: 1 - внутренние, размещаемые в стенах; 2 - внутренние открытые; 3 - наружные открытые; • обычные лестничные клетки типов: Л1 - с ос- текленными или открытыми проемами в наружных стенах на каждом зтажв; Л2 - с естественным освещением че- рез остекленные или открытые проемы в покрытии; • незадымляемые лестничные клетки типов: Н1 - со входом в лестничную клетку с этажа через воз- душную зону по открытым переходам, при этом должна быть обеспечена незадымляемость перехода; Н2 - с под- Рис. 19.4. Уклоны лестниц и пандусов: а - приставные лестницы; б - временные (подсобные) лестницы; в - основные лестницы; г - пандусы
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 331 Таблица 19.2. Уклоны лестниц в зависимости от их назначения Назначение, тип движения Уклоны градусы % Садовые, террасные, наружные входные лестницы 14-20 25-36 Лестницы для массового движения людей 20-30 36-58 Лестницы жилых домов, общественных зданий для менее массового движения 30-40 58-84 Внутренние и наружные лестницы жилых домов 35-45 70-100 Лестницы жилых домов, квартир для временного сообщения 45-60 100-175 Таблица 19.3. Уклоны и ширина маршей лестниц жилых зданий Наименование марша Наименьшая ширина, м Наибольший уклон Марши лестниц, ведущие на жилые этажи зданий: секционных: двухэтажных 1,05 1:1,5 трехэтажиых и более 1,05 1:1,75 коридорных 1.2 1:1,75 Марши лестниц, ведущие в подвальные и цокольные этажи, а также внутриквартирных лестниц 0,9 1:1,25 пором воздуха в лестничную клетку при пожаре; НЗ - с выходом в лестничную клетку с этажа через тамбур-шлюз с подпором воздуха. Для обеспечения тушения пожара и спасательных ра- бот предусматриваются пожарные лестницы типов: П1 - вертикальные; П2 - маршевые с уклоном не более 6:1. Требования к лестницам. Лестница - это зона по- вышенного риска, поэтому при ее проектировании необ- ходимо уделять особое внимание ряду вопросов, позво- ляющих снизить этот риск до минимума. Уклон и ширина лестничных маршей, высота ступе- ней, ширина проступей, ширина лестничных площадок, высота проходов по лестницам должны обеспечивать удобство и безопасность передвижения и возможность перемещения предметов оборудования зданий. Количество подъемов в одном марше между лест- ничными площадками (за исключением криволинейных вспомогательных лестниц) должно быть не менее 3 и не более 16. В одномаршевых лестницах, а также в одном марше двух- и трехмаршевых лестниц в пределах перво- го этажа допускается не более 18 подъемов. Применение лестниц с разной высотой ступеней ие допускается. Ширина лестничных площадок должна быть не ме- нее ширины марша и не менее 1 м. Ширина лестничных маршей в общественных зданиях должна быть не менее: 1,35 м - для зданий с количеством пребывающих в наиболее населенном эта- же более 200 человек; 1,2м- для зданий, ведущих в по- мещения, не связанные с пребыванием в них зрителей и посетителей; 0,9 м - в зданиях, ведущих в помещение с находящимися в нем одновременно не более 5 человек. Уклон маршей лестниц в надземных этажах об- щественных зданий следует принимать не более 1:2; для лестниц, ведущих в подвальные и цокольные этажи, на чердак допускается принимать уклон 1:1,5. Наименьшую ширину и наибольший уклон лестничных маршей жилых зданий принимают согласно табл. 19.3. Между двумя маршами или между маршем и потолком должно быть расстояние не менее 2 м по вертикали для обеспечения свободного перемещения взрослого человека. Высота ограждений лестниц должна быть достаточ- ной для предупреждения падения и быть не менее 0,9 м. Ограждения должны быть непрерывными, оборудованы поручнями и рассчитаны на восприятие нагрузок не ме- нее 0.3-1.0 кН/м (30-100 кгс/м) в зависимости от назна- чения здания. Лестничные клетки проектируют с естественным освещением через проемы в наружных стенах (кроме лестниц подвалов). Особенно ярко должны быть освеще- ны первая и последняя ступени. Хорошо, если будут кон- трастировать проступи и подступенки, чтобы сделать их границу четко видимой, поскольку большинство травм происходит из-за соскальзования ноги именно с края сту- пени. В некоторых случаях удобной является автоматизи- рованная система, включающая искусственное освеще- ние на непродолжительное время, достаточное для того, чтобы подняться или опуститься по лестнице. Предусматривать на путях эвакуации винтовые лестницы и забежные ступени не рекомендуется. При устройстве криволинейных парадных лестниц ширина ступеней в узкой части должна быть не менее 22 см, а служебных лестниц - не менее 12 см. Одна из внутренних лестниц в зданиях I и I) степеней огнестойкости высотой до 9 этажей может быть открытой на всю высоту здания при условии, если помещение, где она расположена, отделено от примыкающих к нему коридоров и других помещений противопожарными перегородками. В зданиях I-III степеней огнестойкости внутренняя лестница из вестибюля до второго этажа может быть от- крытой, если вестибюль отделен от коридоров и других помещений противопожарными перегородками с обыч- ными дверями. В зданиях высотой 28 м (10 надземных этажей) и бо- лее лестничные клетки следует предусматривать неза- дымляемыми. Одна из двух лестничных клеток должна быть незадымляемой типа Н1 (со входом с этажа через воздушную зону). Составные части лестниц. Главными элементами лестницы являются лестничные ступени, которые по- зволяют достичь основной цели - передвижения по вер- тикали. Первой в лестничном марше является входная, или отправная, ступень; промежуточные ступени рас- полагаются между отправной и выходной (конечной) сту- пенями; выходная ступень примыкает к площадке встреч- ного (принимающего) уровня. По форме в плане (рис. 19.5} различают лестничные ступени: прямые (прямоугольные), скошенные, клиновид- ные (забежные) и дугообразные. По форме вертикального сечения лестничные ступе- ни могут быть (рис. 19.6): • плоские сплошные (закрытые); • профилированные сплошные (закрытые); • сквозные (открытые).
332 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Верхнюю горизонтальную площадку лестничной сту- пени (рабочую поверхность) называют проступью. Раз- ность уровней между горизонтальными площадками сту- пеней (проступями) называют подступенком. В зависимости от конструктивно-статических характе- ристик лестниц их ступени могут иметь различные вариан- ты опираний {рис. 19.7}, основными из которых являются: « заделка в наклонной плите (монолитный вариант); • заделка в косоуре (монолитный вариан • опирание на косоур; • заделка в тетиве (монолитный вариант); • опирание на тетиву; • опирание на стену сверху; • опирание на стену сбоку; • опирание на стойку; • заделка в стену; • подвеска (к поручням, перекрытиям, стенам). При этом каждая ступень может быть оперта по всей своей длине (например, на плиту при монолитнобетонном варианте), только с одной стороны (при консольном ре- шении с заделкой в стену или столб, с опиранием на стойку); в большинстве случаев ступени опирают с двух сторон или, при большой ширине, на три опоры (на сте- ны, на косоуры). Непрерывный ряд лестничных ступеней называет- ся лестничным маршем. В зависимости от конфигу- рации в плане различают прямые и криволинейные (ко- Рис. 19.5. Формы лестничных ступеней в плане: а - прямая (прямоугольная); б - скошенная; в - клиновидная (за- бежная); г - дугообразная Рис. 19.6. Виды ступеней и их элементы: а - плоские сплошные (закрытые); б - профилированные сплош- ные (закрытые); в - сквозные (открытые): г - сквозные в место- сберегающей лестнице мотылькового типа; 1 - проступь: 2 - подступенок; Ь - ширина проступи; h - высота подступенка Рис. 19.7. Варианты опираний лестничных ступеней: а - заделка в наклонной плите (монолитнобетонный вариант); б - заделка в косоуре (монолитнобетонный вариант); в - опира- ние на косоур; г - заделка в тетиву (монолитнобетонный вари- ант); д - опирание на тетиву; е - опирание на стену сверху; ж - опирание на стену сбоку; з - опирание на стойку; и - заделка в стену; к - подвеска (к поручням, перекрытиям, стенам); л - одна сторона свободна от опирания
=аздел ili. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ 333 сые) марши. У многомаршевых лестниц в соответствии со смысловым значением их названий имеются от- правные (начальные), промежуточные и выходные (конечные) марши. Размер ширины проступей лестничных ступеней оп- ределяют (измеряют) по линии хода - линии, по которой поднимаются или спускаются по лестнице. Линия хода лестничного марша является воображаемой и проходит по середине марша для прямых лестниц. В случае мар- шей с кривой или ломаной направляющей, у которых края ступеней не являются параллельными, она проходит на расстоянии 25-35 см (в среднем 30 см) от наружного края полезной (рабочей) ширины лестничного марша. Размер 25-35 см взят из практики - это расстояние невольно со- блюдает пользующийся лестницей. Из этого следует, что для того, чтобы передвижение по лестнице было удобным и безопасным, габаритная ширина любой лестницы дол- жна составлять не менее 60 см. Ширина проступи как опорная поверхность для сто- пы постоянна для лестниц с прямыми маршами; для лест- ниц с криволинейными маршами (винтовых) она мини- мальна возле центральной оси и максимальна у наружно- го периметра. Для винтовых лестниц ширина проступи должна приниматься не менее 100 мм на расстоянии 150 мм от края ступени (или от стойки). Горизонтальный связующий участок, включенный между лестничными маршами, называется лестничной площадкой. Различают отправные и выходные (конеч- ные) лестничные площадки - их уровни совпадают с уров- нями этажей (этажные площадки), а также промежуточ- ные (междуэтажные) лестничные площадки. Промежуточ- ные лестничные площадки устраивают для удобства ходь- бы по лестнице с большим количеством ступеней (более 15-18), а также в местах поворота лестниц. Форма площадок зависит от взаимного положения маршей и может быть прямоугольной, треугольной, мно- гоугольной либо иметь криволинейное очертание в пла- не. Если направление горизонтальных проекций двух маршей перпендикулярно друг другу, то площадка может иметь форму квадрата или четверти круга; если направ- ление маршей в плане параллельно друг другу - форму прямоугольника или полукруга. Двухмаршевая лестница, где отправной марш ведет к промежуточной площадке, от которой в разные стороны расходятся два других марша, называется распашной. Форма, образующаяся при применении радиальных ступеней, консольно закрепленных на центральной стой- ке лестницы, называется лестничным винтом, или вин- товой лестницей, которая в плане может иметь форму круга или многоугольника. Стойка винтовой лестницы не- сет нагрузку от веса лестничных ступеней и воздействую- щие на ступени лестницы полезные нагрузки, а иногда еще является опорой для перекрытия. Клеткой лестницы (лестничной клеткой) называет- ся помещение, где расположена лестница. Щеками лестницы называются воображаемые или действительные поверхности, ограничивающие ее с обе- их сторон (наружная и внутренняя щеки). Лестница, у ко- торой наружные щеки не ограничиваются стенами, назы- вается открытой. Косоур - наклонная балка между площадками лест- ницы, предназначенная для опирания ступеней сверху. Повторяя геометрию лестницы, косоур может быть пря- мым или криволинейным. Тетива - наклонная балка между площадками, нахо- дящаяся в плоскости щек лестницы и служащая для опи- рания концов ступеней. Просветом между маршами называется простран- ство, которое в лестничной клетке остается между внут- ренними краями лестничных маршей и площадок. Про- свет в плане имеет форму квадрата, круга, треугольника, эллипса и др. Лестница с просветом называется сквоз- ной и характеризуется большой обозримостью, эффек- тивностью естественного освещения, эстетичностью; кроме того, в просвете можно разместить осветительные приборы и декоративные элементы. Просвет между мар- шами предпочтителен в случае парадных лестниц. В це- лях экономии места размеры просвета сокращаются до минимума, или он исключается полностью. Для зданий средней этажности рекомендуемая ширина просвета со- ставляет 10-50 см. Просвет между маршами иногда ис- пользуется для размещения в нем лифта с соблюдением технических правил и норм безопасности. По краям маршей и лестничных площадок в целях безопасности передвижения и нахождения на них предус- матриваются перильные ограждения (перила) или па- рапеты высотой 90-120 см. На перильном ограждении, на сплошном или сквозном парапете, на стенах, ограни- чивающих лестницу, необходимо устанавливать поручни для рук передвигающихся. Рассмотренные составные части на примере двух- маршевой лестницы показаны на рис. 19.8. Геометрический расчет лестницы. Наиболее ком- фортной считается маршевая лестница с углом наклона 25- 35’ и шириной около 1 м. Чем лестница круче, тем меньше она занимает места, но тем менее удобна в эксплуатации. Лестницы должны быть удобны, чтобы подниматься по ним без особых усилий. Ширина проступи и высота подступенка должны соответствовать ширине человечес- кого шага. Существует правило: удвоенная высота под- ступенка 2h и ширина проступи b в сумме должны рав- няться 60-65 см - средней ширине шага человека. На- пример, если высота подступенка 16 см, то ширина про- ступи должна быть 28-33 см. Разработанная физиологами «формула удобств» определяется разницей размеров проступи и подступен- ка: Ь - h = 12 см. При этой разнице требуется самая низ- кая затрата сил при подъеме по лестнице. Вместе с тем существует «формула безопасности», представляющая собой сумму величин проступи и под- ступенка: b + h = 46 см. Безопасность при спуске по ле- стнице главным образом зависит оттого, находит ли нога правильно рассчитанную ширину ступени. При слишком малой ширине ступени возникает опасность соскальзы- вания через ее переднюю кромку, при слишком большой, наоборот, спускающийся может зацепиться за переднюю кромку ступени. На практике высота подступенка обычно выбирается в пределах 14-17 см, но не более 20 см и не менее 12 см. А ширина проступи - 28-30 см, но не менее 25 см. Часто ширина проступи выполняется на 2-4 см больше расчет- ной за счет заглубления подступенка. При этом лестница становится более удобной в пользовании и достигается увеличение ширины ступени без увеличения места, зани- маемого лестницей в плане. Для определения количества ступеней (подъемов) в лестнице нужно высоту этажа (расстояние от пола до пола вышерасположенного этажа) разделить на высоту
334 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ступени (подступенка). Следует учитывать, что это деле- ние должно происходить без остатка для того, чтобы все ступени имели одинаковую высоту (рис. 19.9). Материалы. Для изготовления лестниц используют различные материалы: разные породы древесины, метал- лы, бетон, натуральные камни (гранит, мрамор и др.), раз- ные виды стекол, пластики, керамические изделия, а так- же комбинации этих материалов. Древесина - наиболее традиционный и распростра- ненный материал для изготовления лестниц любой конст- рукции и дизайна. Во многих случаях это единственно воз- можный и доступный материал. Недостаток деревянной ле- стницы - незащищенность при пожаре, непригодность ис- пользования в лестничных клетках многоэтажных зданий. Древесина используется как для изготовления несу- щих конструкций лестниц, так и для отделки. Применяют - Рис. 19.8. Двухмаршевая лестница (разрез и план) и ее состав- ные части: 1 - длина лестничной клетки; 2 - ширина лестницы (лестничной клетки); 3 - внутренняя высота лестничной клетки; 4 - наимень- шая внутренняя высота; 5 - габаритная высота лестницы; 6 - вы- сота уровня (этажа); 7 - внутренняя высота; 8 - ширина начально- го (стартового) уровня; 9 - ширина встречного (принимающего) уровня (лестничной площадки), 10 - полезная (рабочая) ширина лестничной площадки; 11 - длина лестничного марша; 12 - на- правление подъема (лестницы); 13 - просвет между маршами; 14 - полезная (рабочая) ширина лестничного марша; 15 - ширина шага (лестничная ступень); 16 - ширина проступи; 17 - подступе- нок; 18 - начальный (стартовый) уровень; 19 - промежуточный уровень; 20 - встречный (принимающий) уровень; 21 - промежу- точная (междуэтажная) лестничная площадка; 22 - лестничный марш; 23 - отправная лестничная ступень; 24 - выходная (конеч- ная) лестничная ступень; 25 - промежуточная лестничная ступень; 26 - поручень(перила) ся мягкие породы древесины (сосна, лиственница), полу- твердые (береза) и твердые (дуб, бук, клен, кедр, ясень и др.). Отделка может производиться из древесины экзоти- ческих пород - ореха, тика, вишни, кипариса, красного дерева, махагонии и др. В несущих элементах конструкции не рекомендует- ся сочетать разные породы древесины, имеющие неоди- наковое расширение волокон при изменении влажности; при этом комбинированные элементы облицовки впол- не возможны. В современных решениях лестниц широко применя- ется не только цельная (массивная) древесина, но и кле- еная из досок или толстого шпона с различным располо- жением волокон для компенсации возможных деформа- ций при изменении температурно-влажностного режима в помещении. Клееная древесина используется для изго- товления косоуров, тетив, ступеней, перил - как прямо- линейных, так и криволинейных. Многие архитектурно- конструктивные решения реализуются на основе сочета- ния дерева с другими материалами, прежде всего с ме- таллами и стеклом. Металлические лестницы, благодаря новейшим тех- нологиям, могут быть не только прочными и функциональ- но удобными конструкциями, но и эстетически совершен- ными, достойными использования в любом современном интерьере - прямыми, изогнутыми, винтовыми и др. Рис. 19.9. Схема геометрического построения и расчета двух- маршевой лестницы: 1 - образующая марша; 2 - профиль марша; 3 - уровни этажных площадок; Ь - ширина проступи; h - высота подступенка; п - ко- личество подъемов (ступеней); Н - высота этажа; L - длина лест- ницы; В - ширина лестницы (длина лестничной площадки); Е - ширина марша; С - ширина просвета между маршами; D - ши- рина лестничной площадки; А - длина лестничного марша в пла- не (заложение марша)
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 335 Металлические детали могут быть протравленными или оцинкованными, штампованными или коваными, глянцевыми или матовыми, хромированными или золоче- ными. Применяются современные технологии; полиров- ка нержавеющей стали; порошковые напыления; искусст- венное старение - например, на изделия из латуни нано- сится патина. Цельносварные поручни могут значительно упрочнять конструкцию лестницы, создавая впечатление легкости за счет ажурности. Широко распространено использование стали для изготовления косоуров и тетив, к которым могут крепить- ся ступени из любых других материалов. Разработаны разнообразные модульные винтовые лестницы, которые могут быть приспособлены для поме- щений с различными проемами под лестницу. Универ- сальность достигается за счет использования специаль- ного механизма - дистанционных колец, которые позво- ляют менять высоту ступеней и лестницы. Ограждения лестниц во многих случаях проектируют из металла, даже если сама лестница деревянная, бетон- ная или со стеклянными или керамическими (облицован- ными} ступенями. Лестницы из бетона и железобетона широко приме- няются в массовом жилищном и промышленном строи- тельстве. Элементы таких лестниц изготавливаются в за- водских условиях с соблюдением условий армирования, приготовления, укладки и пропарки бетона. Бетонные лестницы, изготовляемые в условиях стро- ительной площадки, применяются как наружные, исполь- зующие естественный рельеф местности, или по насып- ному утрамбованному грунту. Железобетонные лестницы для улучшения их эстети- ческого вида могут облицовываться различными издели- ями - мраморными плитами, полированным гранитом, мозаичными стеклянными плитками, керамикой и т.д. Камень для ступеней используется только добытый в карьере не взрывным способом, а с помощью высвер- ливания блоков и затем напиленный. Мрамор применяют только внутри помещений, а гранит также и для наружных лестниц. Для увеличения несущей способности каменных ступеней их армируют по специальной технологии со вставкой арматурных стержней (вклеиванием). Посколь- ку естественный камень довольно скользкий материал, то ступени снабжают специальными противоскользящими элементами. Керамическая плитка - прекрасный материал для облицовки лестниц. Керамические изделия выпускаются различных типов: плитки-ступени, карнизы (керамичес- кие уголки), подступенки, плинтусы. Плитки для лестниц выполняются обязательно со специальными противо- скользящими элементами (порожками), благодаря кото- рым подъем и спуск по лестнице становятся безопасны- ми. Ступени могут быть и с полосами абразивного мате- риала, который наносится на плитку методом напыления. Для облицовки наружных лестниц и лестниц для мас- сового движения людей используют прочную и разнооб- разную по цвету плитку из керамического гранита. Лестницы со ступенями из стекла и прозрачного пластика могут применяться как в жилых, так и в об- щественных зданиях. Используются различные виды стекла: многослойное, сатинированное, сериграфиро- ванное, прозрачный пластик - гексан. Комбинированные лестницы - достижение современ- ных технологий. В их конструкции объединяются различ- ные материалы и принципы проектирования, позволяю- щие придать лестнице необычные качества. Комбинация материалов, из которых проектируется лестница, может быть различной. Косоуры делаются железобетонными, стальными, деревянными; ступени - каменными, стеклян- ными, в бетонных скорлупах; ограждение - металличес- ким, деревянным, стеклянным, пластмассовым. Различные детали лестницы могут быть полированными, окрашенны- ми, подвергнутыми специальным видам обработки. Комбинация конструкций, материалов и видов отдел- ки обеспечивает максимальную свободу творческого вы- ражения, дает возможность получения уникальной лест- ницы. Комбинированные лестницы вписываются в любую архитектурно-художественную среду, с их помощью ре- шаются сложные архитектурные задачи. Основными факторами, влияющими на выбор кон- струкции лестницы и ее материалов, являются: • этажность здания; • планировочная структура здания; • тип несущих конструкций здания; • величина разности уровней; • величина площади для размещения конструкции; тип и интенсивность движения; • эстетические требования; • противопожарные нормативы. 19.2. Наружные лестницы К наружным лестницам зданий относятся: • входные, предназначенные для входа (выхода) на первый этаж (уровень); • межуровневые, предназначенные для входа на второй, третий и т.д. уровни преимущественно об- щественных зданий, а также для эвакуации из помеще- ний здания. Характерным признаком наружных лестниц является их открытость - незащищенность от климатических воз- действий. Для выполнения наружных лестниц больше подходят прочные, не боящиеся воздействия влаги и перепадов температур материалы - камень, бетон или металл. Дре- весина, ограниченно применяемая для изготовления на- ружных лестниц, требует дополнительной обработки ан- тисептиками. Кроме того, необходимо учитывать возмож- ность обледенения ступеней в зимнее время. Для повы- шения безопасности таких лестниц поверхности просту- пей выполняются рифлеными. Входная лестница - лицо здания, ее эстетическая роль очень значительна. В целях обеспечения долговеч- ности наружную входную лестницу следует располагать под крышей (козырьком), решая одновременно архитек- турно-композиционные задачи. Входные лестницы: • способствуют выявлению входов, направляют движение; • являются композиционной связью между инте- рьером и экстерьером; • задают масштаб зданию; • осуществляют связь архитектурного объема с ландшафтом; • являются средством выявления художественно- го образа здания (при определенных размерах и конфи- гурации).
ззе В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ По взаимному расположению маршей наружные входные лестницы могут быть: • с маршами, следующими один за другим; • с маршами, идущими по направлению один к другому; • с маршами в противоположных направлениях; * с маршами в параллельных направлениях; • с маршами под прямым или любым другим углом друг к другу; ♦ с криволинейными маршами. Планировочные схемы наружных лестниц граждан- ских зданий представлены на рис. 19.10 и 19.11. Формообразование наружных входных лестниц тесно связано с архитектурным стилем, в котором проектиру- ется здание в целом. Стиль определяет большинство со- ставных элементов лестниц - конфигурацию маршей и площадок, форму и конструкцию ступеней, ограждений. Метро-ритмические закономерности - основное сред- ство архитектурной выразительности наружных лестниц. Повтор маршей - метрический порядок, повтор маршей и площадок - ритмический порядок. Характер здания определяется в значительной степе- ни его назначением. Например, для некоторых обществен- Рис. 19.10. Планировочные схемы входных лестниц жилых зданий ных зданий характерны парадные, значительные по разме- рам входные лестницы; для малоэтажных зданий - камер- ные лестницы, более сомасштабные человеку. Таким обра- зом. вместе с другими частями архитектурной формы зда- ния лестницы служат средством выражения масштаб- Рис. 19.11. Планировочные схемы входных лестниц обществен- ных зданий
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 337 ности, монументальности или камерности. Степень масш- табности архитектурного объекта определяется отношени- ем привычно малых величин к большим величинам. С этих позиций модулями оценки масштабности здания могут быть ступени лестниц, марши, их ограждения. Архитектурные решения наружных входных лестниц жилых и общественных зданий из различных материалов даны на рис. 19.12, а наружных межуровневых лестниц - на рис. 19.13. Простейшие, наиболее распространенные конструк- ции входных лестниц изображены на рис. 19.14. Бескосоурные консольные (висячие) лестницы - пре- имущественно дли зданий с небольшой интенсивностью передвижения - применяются и во внешних, и во внут- Рис. 19.12. Примеры наружных входных лестниц: а - деревянная; б - металлическая; в - бетонная; г - железобе- тонная
338 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а Рис. 19.13. Примеры наружных межуровневых лестниц: а - стальная на стойках; б - железобетонная на стенке между маршами; в - железобетонная на монолитном косоуре Рис. 19.14. Конструктивные решения входных лестниц: а - деревянной; б - бетонной; в - каменной; г - с железобетон- ными ступенями на стальных косоурах; д - монолитнобетонной; 1 - уплотненный грунт; 2 - щебень; 3 - лежень (полубревно); 4 - вертикальная доска; 5 - горизонтальная доска; 6 - дощатая сту- пень; 7 - бетон; 8 - бетонная ступень; 9 - плита железобетонная; 10 - фундамент бетонный; 11 - кладка кирпичная; 12 - каменная ступень; 13 - стальной косоур; 14 - ступень железобетонная ря- довая; 15 - то же, верхняя фризовая; 16 - асфальтобетон; 17 - керамическая плитка; 18 - противоскользящий порожек
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 33g ренних пространствах. В таких лестницах одна из боко- вых сторон соединенных в одно целое ступеней, маршей и лестничных площадок заделана либо в стену, либо в железобетонную балку; другая сторона лестницы не име- ет опорного крепления (рис. 19.15}. Преимуществом кон- сольных лестниц является возможность их сборки из предварительно изготовленных элементов и несложность встраивания. Недостаток заключается в том, что стати- ческий и конструктивный расчет необходимо производить для каждой ступени (плиты) в отдельности. Рис. 19.15. Наружная бескосоурная консольная (висячая) лест- ница для крыльца жилого дома: 1 - консольная лестничная ступень; 2 - консольная плита лест- ничной площадки: 3 - сопровождающий лестничный цоколь; 4 - перильное ограждение Рис. 19.16. Железобетонные лестницы из мелких элементов: а - с подкосоурными балками и косоурами постоянного сечения; б - с косоурами ступенчатой формы, опёртыми на плиты лест- ничной площадки; 1 - подкосоурная балка; 2 - косоур постоян- ного прямоугольного сечения; 3 - косоур ступенчатой формы; 4 - плита лестничной площадки; 5 - нижняя фризовая ступень; 6 - рядовая ступень; 7 - верхняя фризовая ступень; 8 - плита- проступь; 9 - мозаичная отделка площадки 19.3. Внутренние основные лестницы Конструкции лестниц из мелкоразмерных эле- ментов приведены на рис. 19.16. Составляющие лестни- цу отдельные элементы образуют своеобразный каркас, состоящий из железобетонных косоуров и подкосоурных балок, укладываемых под плитами лестничных площадок. Подкосоурные балки опираются на продольные стены лестничной клетки, а косоуры - в гнезда подкосоурных балок. Плиты площадок имеют сплошное сечение и раз- личные размеры по ширине и длине. Опирают их на под- косоурные балки и стены. Сборные железобетонные ступени укладывают на це- ментном растворе по железобетонным косоурам (косоур- ным балкам). Ступени, в зависимости от их расположе- ния в лестничном марше и от соответствующей формы, подразделяют на типы (рис. 19.17). ЛС - основная; ЛСВ - верхняя фризовая; ЛСН - нижняя фризовая; ЛСС - плос- кая для сквозных маршей. Все ступени для опирания на косоуры изготавливают железобетонными. Пример армирования плоской ступе- ни дан на рис. 19.18. Основные ступени типа ЛС длиной до 1500 мм для лестниц, устраиваемых по сплошному Рис. 19.17. Элементы сборных железобетонных лестниц: а - нижняя фризовая ступень(ЛСН); б - основная ступень (ЛС); в - верхняя фризовая ступень (ЛСВ); г - косоур; д - подкосоур- ная балка; е - плоская ступень для сквозных маршей (ЛСС)
340 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ основанию (например, по бетонной подготовке на уплот- ненном грунте), изготавливают бетонными. Для крепления ограждений в ступенях предусматри- вают закладные детали или гнезда. В плоских ступенях типа ЛСС снизу устанавливают закладные детали для крепления к косоурам. Рис. 19.18. Армирование плоской ступени ЛСС 24: 1 - арматурная сетка верхняя; 2 - арматурная сетка нижняя; 3 - закладная деталь для крепления к косоурам; 4 - закладная де- таль для крепления ограждения; 5 - монтажная петля Рис. 19.19. Лестница из мелкоразмерных элементов в здании с несущими стенами: а - схема лестничной клетки; б - схема разреза; в - варианты опирания стальных косоуров; г - разрез марша; 1 - стена лест- ничной клетки; 2 - стальная подкосоурная балка; 3 - стальной косоур; 4 - стальная балка лестничной площадки; 5 - плита лест- ничной площадки; 6 - бетон; 7 - нижняя фризовая ступень; 8 - верхняя фризовая ступень В зависимости от отделки верхних лицевых поверх- ностей ступени изготовляют следующих видов: • с гладкой поверхностью бетона на обычном це- менте; • с гладкой поверхностью декоративного конст- рукционного слоя на белом или цветном цементах; • с шероховатой мозаичной поверхностью декора- тивного слоя из бетона на мраморном щебне. Лестницы из мелкоразмерных элементов могут вы- полняться со стальными косоурами и подкосоурными балками (рис. 19.19). В зданиях со стальными каркасами несущие элемен- ты лестниц (балки, косоуры, тетивы) выполняются также стальными. Сталь допускает большую вариантность кон- структивных решений, среди которых широко использу- ются следующие: « лестница (лестничнвя клетка) располагается в конструктивной ячейке каркаса с колоннами по ее углам (рис. 19.20 а); • лестница располагается в некоторой части кон- структивной ячейки; такое решение особенно целесооб- разно, когда лестница открыта. Этажные площадки опи- раются на балки перекрытий, а промежуточные (между- этажные) площадки подвешиваются к вышележащему перекрытию либо поддерживаются стойками высотой в пол-этажа (рис. 19.20 6); • лестница располагается в собственном легком каркасе с размерами в плане меньше конструктивной ос- новной ячейки. Такое решение обеспечивает скрепление стен лестничной клетки, а также установку вертикальных связей для обеспечения жесткости здания по трем сто- ронам двухмаршевой лестницы (рис. 19.20 в). В качестве балок, косоуров, тетив используются поло- совая сталь, швеллеры, двутавры, полый коробчатый про- филь (прямоугольные трубы) и др. профили (рис. 19.21). Ступени опирают на один косоур посередине, на два косоура или тетивы. Выполняются ступени из дерева, бе- тона или металлических листов (см. рис. 19.21). Стальная лестница может быть выполнена огнестой- кой благодаря применению огнестойких ступеней и за- щитному покрытию или облицовке несущих элементов. Лестницы из крупноразмерных элементов полу- чили наибольшее применение в проектно-строительной практике для гражданских зданий. Эти лестницы состоят из следующих сборных элементов: лестничных маршей (ЛМ), лестничных площадок (ЛП) и ограждений. Сборные железобетонные изделия лестниц жилых и общественных зданий выпускаются для высоты этажей, равной 2.8; 3,0; 3,3; 3,6 м. Ширина маршей 105, 120, 135 и 150 см. Сбор- ные лестничные марши и площадки предназначены для устройства двухмаршевых лестниц в зданиях с монолит- нобетонными, кирпичными, крупноблочными и крупнопа- нельными стенами (рис. 19.22). Лестничные марши могут быть ребристой конструк- ции с фризовыми ступенями (рис. 19.22 в-е) и плитной конструкции без фризовых ступеней (рис. 19.22 ж). Лест- ничные площадки также по форме сечения могут быть ребристыми и плитными. Площадки опирают на попереч- ные (иногда и продольные) стены, марши - на площадки. Выпускают лестничные марши с законченной отдел- кой верхних лицевых поверхностей двух видов - с глад- кой поверхностью бетона на белом и цветном цементе. Кроме того, марши изготавливаются под укладку наклад- ных ступеней (плит-проступей).
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 341 Рис. 19.20. Формирование лестниц в зданиях со стальными кар- касами: а - в конструктивной ячейке каркаса; б - в части конструктивной ячейки; в-в собственном каркасе с дополнительными элемен- тами; 1 - колонна каркаса; 2 - балка каркаса; 3 - косоур; 4 - до- полнительная балка; 5 - подвеска; 6 - стойка; 7 - дополнитель- ная стойка; 8 - вертикальная связь г Рис. 19.21. Конструкции лестничных маршей с применением стальных элементов: а - деревянные или железобетонные консольные ступени на од- ном косоуре; б - деревянные или железобетонные ступени на опорных подставках из гнутой полосовой стали; в - складчатый лист, имеющий форму ступеней, с тетивами из полосовой стали, со ступенями из бетона или дерева; г - марш из гнутых или свар- ных листов между тетивами из полосовой стали; д - Z-образные ступени из листовой стали с боковыми тетивами из гнутых про- филей; е - ступени из гнутых листов между прямоугольными по- лыми тетивами; ж - подступенки из гнутых Z-образных профи- лей. деревянные ступени или решетчатые стальныв ступени, окаймленные боковыми профилями; з - стальная решетка на стальных уголках, тетивы из швеллера
342 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Элементы лестниц изготавливают из бетона класса В25. В качестве рабочих стержней плоских каркасов при- меняют арматуру классов А-ll или A-lit. Плиты площадок и лестничные марши рассчитывают как ребристые железо- бетонные плиты, работающие на изгиб. При этом ребра маршей рассчитывают на изгиб как свободно опертые наклонные балки. Полку плиты площадки рассчитывают как балочный элемент с частичным защемлением на опо- рах. Армирование крупноразмерных элементов лестниц показано на рис. 19.23. В зданиях с железобетонным каркасом лестницы запроектированы из крупноразмерных сборных железобе- тонных Z-образных изделий, объединяющих лестничный марш с двумя полуплощадками (рис. 19.24}. Ширина мар- ша без накладных проступей (ЛН) 1150 мм. Проступи на- кладываются на марши и площадки лестницы и позволяют получить лестничные марши шириной 1210 и 1350 мм. Лестничные клетки длиной в осях 6 м (рис. 19.25} запроектированы встроенными, с опиранием полуплоща- док лестничных маршей на элементы каркаса. Предус- мотрены три конструктивные типа лестничных клеток; • тип 1 - лестничная клетка зданий с высотами этажей 3,3 и 3,6 м, а также в схемах с первым этажом 4,2 Рис. 19.22. Лестницы из крупноразмерных железобетонных эле- ментов. Планы лестничных клеток: а - в здании с кирпичными стенами; б - в крупнопанельном зда- нии. Разрезы лестниц: в - с П-образными маршами; г - с П-об- разными складчатыми маршами; д - с Н-образными складчаты- ми маршами; е - с Т-образными складчатыми маршами; ж - с плитными маршами без фризовых ступеней Рис. 19.23. Армирование типового лестничного марша (а) и пло- щадочной плиты (6) Рис. 19.24. Лестничные марши с полуплощадками (ЛМП) и лест- ничные проступи (ЛН) для каркасных зданий в шаге колонн 6 м
Раздел Hi. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИИ 343 и 4,8 м; поперечное или продольное расположение мар- шей в пролете 6,0 м (рис. 19.26 а); • тип 2 - лестничная клетка зданий с высотами ти- повых этажей аналогично типу 1; марши располагаются вдоль или поперек пролетов каркаса 7,2 и 9,0 м и в уров- не перекрытия опираются на лестничную балку (ЛБ), а в уровне междуэтажных площадок - на лестничную раму (ЛР) (рис. 19.26 6}; • тип 3 - лестничная клетка зданий с высотами этажей 4,2; 4,8; 5,4; 6,0; 7,2 м располагается в модульной ячейке каркаса 3x6м; лестничные марши в уровне пере- крытия опираются на полки ригелей, а в уровне между- этажных площадок - на дополнительные однополочные ригели, устанавливаемые на стальные столики, прива- ренные к колоннам каркаса (рис. 19.26 в, г}. Компоновка лестничных клеток в зданиях на основе сборного унифицированного каркаса серии ТК1-2 (см. рис. 12.66; 12.67} показана на рис. 19.27. Лестницы на- бираются также из Z-образных элементов, но только пря- моугольного поперечного сечения. Основные параметры маршей приведены в табл. 19.4. Рис. 19.25. Схемы компоновки лестниц в каркасных зданиях се- рии 1.020.1 Рис. 19.26. Типы и габариты лестниц для зданий с железобетон- ным каркасом серии 1.020.1 : а - тип 1; б - тип 2; в, г - тип 3
344 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 19.4. Параметры Z-образных маршей прямоугольного поперечного сечения Высота Этажа, м J 3,0 | 3,3; 3,6 4,2; 4,8 Ширина марша, м 1,05 1,35 Пролеты маршевой лестницы в осях колонн, м 4,8; 5,4; 6,0; 6,6; 7,2 6,0; 6.6 7,2 Лестницы располагаются в модульных ячейках, огра- ниченных по четырем углам колоннами; лестничные мар- ши имеют угловые вырезы или примыкания к колоннам. В случаях расположения лестничной клетки внутри здания она со всех сторон ограждается диафрагмами жесткое™; при расположении ее на фасаде - с трех сто- рон кроме фасадной. Опорами для лестничных маршей являются: на фаса- де - ригели фасадные или рядовые в зависимости от рас- кладки наружных стеновых панелей; внутри здания - кон- соли диафрагм жесткости. Общая устойчивость лестниц и восприятие всех вертикальных и горизонтальных нагру- зок создаются основными конструкциями здания. Лестничные марши обеспечивают устройство двух- маршевых лестниц для всех высот этажей. Для этажей с высотами 4,2 и 4,8 м возможно устройство трехмаршевых лестниц. Лестничный марш Z-образной формы прямоу- гольного поперечного сечения (без выступающих ребер) может использоваться как для левой, так и для правой лестницы. Эти лестничные марши, а также марши с ребрами (косоурами) (см. рис. 19.24), могут использоваться в зда- ниях с несущими монолитными и сборно-монолитными стенами, в зданиях с монолитными и сборно-монолитны- ми железобетонными каркасами, стальными каркасами. Таким образом, Z-образные железобетонные марши яв- ляются универсальными элементами для устройства ос- новных внутренних лестниц для зданий различных конст- рук™вных и строительных систем. Лестница между этажами общественного здания бе- рет на себя основное передвижение людей по уровням. Привлекая к себе внимание, она зачастую превращается в интерьерную парадную лестницу, устанавливаемую в центре холла или атриума {рис. 19.28). В помещениях с открытыми лестницами придается большое значение их архитектурному решению, а их конструирование требует особого внимания. Круговые открытые лестницы (рис. 19.29) в боль- шинстве случаев служат для соединения отдельных эта- жей общественных зданий (вокзалов, музеев, театров, магазинов и т.п.) и одновременно являются элементом архитектурного оформления вестибюлей и фойе. 19.4. Внутриквартирные лестницы Внутриквартирные лестницы предназначены для со- общения между двумя-тремя этажами одноквартирного жилого дома и двухуровневых квартир многоэтажных жи- лых зданий. Такие лестницы занимают довольно значи- тельную площадь (3-6 м2 и более), привлекают к себе внимание и могут стать главенствующими элементами интерьера квартиры. Это возможно, когда открытая лест- ница расположена в общей комнате квартиры или в боль- шой прихожей-гостиной. Наибольшие сложное™ возникают с размещением простой одномаршевой лестницы, так как для ее установ- ки необходимо помещение большой длины. Двухмарше- вые лестницы за счет промежуточной площадки занима- ют большую площадь, но они меньше по длине. Самой компактной является винтовая лестница, однако она име- ет более сложную конструкцию и в наименьшей степени пригодна для переноски крупногабаритных предметов домашнего обихода (мебели и др.). Часто достаточно компактными, красивыми и удобными являются лестни- цы с забежными ступенями. Лестница на косоурах является наиболее простой по своей конструктивной схеме и наименее трудоемкой в изготовлении. Возможно изготовление лестницы на од- ном надежном и мощном косоуре, но на практике для по- вышения прочности лестницы и устойчивости ступеней обычно применяют два косоура, а при широком лестнич- ном марше - три. Рис. 19.27. Схемы компоновки лестничных клеток (а) и габариты лестничных маршей (б) сборного унифицированного каркаса КМС-1
Раздел III КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 345 Существуют два вида расположения ступеней на ко- соуре. В одном варианте в деревянных косоурах выпол- няются треугольные вырезы для последующего закрепле- ния в них ступеней. В другом - поверх косоура устанав- ливаются дополнительные деревянные элементы - ко- былки, на которых крепятся детали ступеней. Кобылки могут иметь треугольную форму и устанавливаться на верхнюю продольную кромку косоура. Крепление кобылок на косоурах осуществляется при помощи шкантов на клею, которые устанавливаются в за- ранее выбранные в прилегающих элементах пазы. Толщина деревянной проступи зависит от ширины марша. Для ступени длиной 900 (1000, 1200) мм следует использовать доски толщиной 40 (50, 60) мм, соответ- ственно. При этом толщина проступи относится к ширине марша примерно как 1:20. Существуют несколько способов соединения просту- пей и подступенков с косоурами и между собой. Соеди- нение проступи и подступенка может производиться с помощью шурупов (через проступь насквозь в подступе- нок), а также по принципу паз-гребень. В последнем слу- чае в нижней части проступи выбираются пазы, а в верх- ней части подступенка выполняется гребень. Соединяе- мые элементы скрепляются с помощью клея. Подступен- ки придают конструкции лестницы дополнительную жест- кость и прочность. Примеры выполнения деревянных внутриквартирных лестниц на косоурах представлены на рис. 19.30-19.35. В лестницах с тетивами несущие элементы маршей (наклонные балки-тетивы) располагают не под ступенями, а сбоку. Тетива - это доска, устанавливаемая на ребро. Для закрепления ступеней в тетивах делают прорези (пазы) прямоугольной формы (рис. 19.36; 19.37) или типа «ласточкин хвост» в пределах 1/3 толщины тетивы (2-3 см). Для тетив с врезными ступенями применяют доски толщиной 60-80 мм и шириной 220-250 мм; для ступе- ней - доски толщиной не менее 50 мм. При врезках с пря- моугольной формой «шип-паз» тетивы стягивают сталь- ными болтами через каждые 3-4 ступени, располагая стяжки под ступенями. Лестницы с задвижными ступеня- ми (ступени вдвигаются спереди в пазы тетив) наиболее просты в изготовлении; они бывают только с прямыми ступенями. Ступени могут крепиться к тетивам с помощью дере- вянных прибоин к внутренним сторонам в виде трапецие- видной доски или бруска (рис. 19.38). Для тетив с прибо- инами доски могут быть тоньше (40-50 мм), а прибоины - 30-40 мм. Ширину ступени (проступи) принимают в пределах 250-300 мм, а высоту подступенка - 150-180 мм. Про- ступь обычно делают составной из двух досок, соединен- ных в шпунт на клею. В зависимости от типа лестницы опирание (крепление) тетивы может быть выполнено различными способами: • на балки перекрытия или лестничной площадки в гнезда под шипы тетив (рис. 19.36); • врубкой в стойки (или подвески), соединенные с балками (рис. 19.39); • на опорной доске внизу (рис. 19.36 б); • на нижней ступени (рис. 19.37); • врубкой в пристенные стойки. Тетива может быть прикреплена непосредственно к стене или перегородке, примыкающей к маршу (рис. 19.40). Забежные ступени лестниц своими узкими сторона- ми опирают на деревянную стойку (рис. 19 40) с помо- щью металлических крепежных элементов или врезкой (при достаточном сечении стойки). Рис. 19.26. Открытые лестницы атриумных зданий: а - консольная; б - с опиранием на стену между маршами; в - с опиранием промежуточных площадок на вспомогательный каркас
346 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Вид А R 1842 Б-Б Рис. 19.30. Одномаршевая деревянная лестница с открытыми ко- соурами типа «ступени без подступенков»: 1 - косоур из досок 200 х 40 мм; 2 - ступень; 3 - край ступеней; 4 - деревянный поручень; 5 - стальной уголок 50 х 6 мм; 6 - шу- рупы или деревянные пробки; 7 - труба стальная диаметром 25 мм; 8 - доска сечением 15 х 40 (около каждой трубчатой стой- ки перил); 9 - болты диаметром 6 мм; 10 - болты диаметром 12 мм; 11 - уровень пола первого этажа Рис. 19.29. Круговая парадная лестница с каменными ступенями на стальных косоурах (ограждение марша условно не показано): а - общий вид; б - план; в ~ устройство ступени; 1 - гнутые косо- уры из стального листа; 2 - проступь каменная на бетонном ос- новании в корытной стальной ступени: 3 - стойка ограждения из нержавеющей стали; 4 - стеклянная панель ограждения; 5 - за- жим; 6 - деревянный поручень; 7 - бетон; 8 - корытная стальная ступень; 9 - каменная подклейка; 10 - клей; 11 - раствор 2 7
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 347 <— Рис. 19.31. Двухмаршевая деревянная лестница с забежными ступенями Рис. 19.32. Двухмаршевая деревянная лестница с забежными ступенями, с перегородкой между маршами и под верхним мар- шем <— Рис. 19.33. Деревянная лестница с забежными ступенями, при- мыкающими к перегородке с дверью
348 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Внутриквартирные лестницы с тетивами могут изго- тавливаться с собственным каркасом в различных вари- антах (рис. 19.41). При этом лестницу возможно разме- щать в любом месте помещения вне зависимости от стен и перегородок. Ступени, ширина которых увеличивается от одного конца к другому, установленные на центральной стойке или иным способом и расположенные по кругу, образуют винтовую лестницу (рис. 19.42}. В большинстве случаев винтовая лестница размещается в окружности, центром которой служит опорная стойка, а радиус определяется длиной ступени. При длине ступени 1 м и одинаковой вы- соте подступенка винтовая лестница занимает места при- мерно в полтора раза меньше, чем прямая. Оптимальный путь передвижения по винтовой лестни- це проходит примерно по середине марша, при этом дол- жна быть обеспечена возможность опоры на перила. Из этого следует, что длина ступени имеет конечные разме- Рис. 19.34. Деревянная лестница с забежными ступенями в сред- ней части и наверху: 1 - стойка: 2 - подвеска; 3 - косоур наружный; 4 - косоур внут- ренний; 5 - ступень прямая; 6 - ступень забежная ры. В связи с этим выявляется главный недостаток винто- вой лестницы - слишком малая ширина проступи на линии движения. Именно этим определяется распространенная практика выполнения ступеней без подступенков. Отсут- ствие подступенка позволяет части ступни размещаться за внутренней кромкой проступи по ходу движения вверх. В связи с вышеперечисленными обстоятельствами винтовые лестницы чаще применяются в качестве дополнительных и декоративных и реже - в роли основных. а б Рис. 19.35. Внутриквартирные лестницы со стальными косоура- ми: а - на двух косоурах и ограждением из нержавеющей стали; б - на одном косоуре со ступенями и ограждением из древесины
Раздел III КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 349 Рис. 19.36. Крепление тетивы: а - к деревянной балке вверху; б-к опорной доске внизу; 1 - тетива; 2 - ступень; 3 - балка; 4 - стальная стяжка; 5 - опорная доска; 6 - дощатый настил; 7 - подшивка Оригинальная конструкция винтовой лестницы, кото- рая позволяет решить проблему недостаточной ширины проступи и связанные с этим неудобства, известна под названием «самба» (рис. 19.43). В такой лестнице ис- пользуются проступи со сложной конфигурацией «утиный шаг». Такие же проступи применяются и в прямых лест- ницах с большим углом наклона. При проектировании винтовых лестниц следует исхо- дить из того, что ширина проступи на линии движения (по Рис. 19.38. Детали лестниц с деревянными тетивами: 1 - тетива; 2 - прибоина дощатая; 3 - прибоина брусковая; 4 - ступень (проступь); 5 - подступенок; 6 - накладной брус; 7 - стойка ограждения; 8 - нижняя обшивка марша Рис. 19.37. Опирание тетивы и стойки ограждения на нижнюю ступень Рис. 19.39. Крепление тетивы к стойке промежуточной площадки (или к подвеске) в двухмаршевой лестнице
350 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 19.40. Деревянная лестница с тетивами и стойкой, с забеж- ными ступенями в средней части Рис. 19.42. Схемы винтовых лестниц: а - круглая в плане: б - квадратная; 1 - ось винта; 2 - стойка лестницы; 3 - лестничная ступень; 4 - начальный (стартовый) уровень; 5 - встречный (принимающий) уровень Рис. 19.43. Винтовая лестница типа «самба»: а - общий вид; б - план лестницы с левым заходом; в - то же, с правым Рис. 19.41. Варианты деревянных внутрикеаргирных лестниц с тетивами и собственным каркасом
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 351 середине марша) не может составлять менее 200 мм, а на расстоянии 150 мм от центральной стойки должна быть не менее 100 мм. При использовании винтовой лест- ницы в качестве основной внутри квартирной проступь выполняется длиной не менее 800 мм, а проем в пере- крытии должен иметь диаметр не менее 2 м. Существует несколько видов конструкций винтовых лестниц и, соответственно, способов крепления ступеней. Можно выполнить винтовую лестницу с тетивой - опорной криволинейной балкой, расположенной по на- ружным торцам ступеней (рис. 19.44). В этом случае те- тива имеет изогнутую спиралевидную форму и выполня- ется клеедеревянной из толстого шпона; изготовление такой опорной конструкции связано с большими трудно- стями и требует специального оборудования. Кроме того, можно выполнить винтовую лестницу во- обще без опорных балок (рис. 19.45). В такой конструк- ции забежные ступени по наружному диаметру соединя- ются друг с другом, а также с перильным ограждением. Нагрузки в такой лестнице определенным образом рас- пределяются по всей конструкции. На ентральнои стой- ке размещаются деревянные ступени с заранее высвер- ленными отверстиями, которые находятся в узкой части проступи и имеют диаметр, соответствующий диаметру стойки. Между проступями устанавливаются втулки (де- ревянные и др.), имеющие высоту подступенка за выче- том толщины доски, из которой выполняется проступь. Наиболее традиционный и часто используемый тип винтовой лестницы - конструкция с центральной опорной стойкой, выполненной из толстостенной стальной трубы диаметром 50-70 мм. К стойке приварены стальные крон- штейны, к которым шурупами крепятся деревянные сту- пени (рис. 19.46), работающие консольно. Существуют и Рис. 19.44. Винтовая деревянная лестница с несущей тетивой Рис. 19 45. Винтовая деревянная лестница с несущим перильным ограждением Рис. 19.46. Винтовая лестница со стальными кронштейнами сту- пеней , приваренными к стальной стойке: а - общий вид; б - план; в - ступень; 1 - стойка; 2 - кронштейн; 3 - ступень
352 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ сборно-разборные варианты металлических консольно- винтовых лестниц - ступени со втулками собираются на стойке и закрепляются на ней в проектном положении (рис. 19.47). Лестницы с подвесными ступенями - современ- ный вариант решения внутриквартирных лестниц. Ступе- ни могут подвешиваться непосредственно к поручню или через элементы ограждения, а также к перекрытию сверху (рис. 19.48). В данной конструкции не ступени не- сут поручень, а, наоборот, поручень связан подвесками со ступенями и воспринимает нагрузки от них. С другой сто- роны марша лестничные ступени крепятся непосред- ственно к стене или к пристенной тетиве (рис. 19.49). Материалами для лестниц с подвесными ступенями служат различные породы древесины в сочетании с ме- таллом, стеклом, пластмассой. Ступени и лестничные площадки выполняются из массивной древесины, а так- же из полимербетона, архитектурного стекла, композит- ных материалов. Ограждения делаются из нержавеющей стали, стекла, поликарбоната. В качестве подвесок при- меняются металлические круглые и квадратные стержни, трубки (рис. 19.50). полосы, деревянные бруски, полосы из органического стекла (акрилового, поликарбонатного). Лестницы на подвесках отличаются конструктивным разнообразием: от классических с прямыми маршами до изогнутых со сложной пространственной конфигурацией Рис. 19.47. Винтовая лестница с наборными металлическими ступенями и винтовых. Им отдают предпочтение в тех случаях, когда требуется эффективное архитектурно-техническое реше- ние с целью экономии внутреннего пространства, а также при необходимости облегчить конструкцию лестницы, сделать ее как бы парящей в пространстве. Цепные лестницы. Их название происходит от спо- соба соединения элементов друг с другом по принципу цепных звеньев. Несущая конструкция (рис. 19.51), пред- ставляющая собой многошарнирную ступенчатую балку, выполняется из комплекта стальных элементов, которые, соединяясь между собой, составляют основу поддержки ступеней. Элементы снабжены особым вращающимся механизмом по горизонтали и регулировкой высоты по Рис. 19.48. Внутриквартирные лестницы с подвесными ступеня- ми: а - к поручню: б - то же, через элементы ограждения из металла или стекла; в - к перекрытию
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 353 Рис. 19.49. Крепление деревянных ступеней: а - к стене; б-к подвеске вертикали, что позволяет создавать лестницы любой формы (прямые, с поворотами, круговые), легко приспо- сабливаемые к высоте любого помещения. Лестница комплектуется деревянными ступенями и поручнями из бука, березы, клена, ореха, дуба и других пород древесины. Деревянные или металлические пери- ла могут устанавливаться с одной стороны ступеней и с двух сторон. Ширина ступеней 62-80 см. Нижний фикси- рующий элемент закрепляется непосредственно на пере- крытии. Последняя ступень может устанавливаться как заподлицо с полом верхнего перекрытия, так и ниже. При необходимости (при криволинейных маршах) возможна установка промежуточных опор-стоек. 19.5. Вспомогательные лестницы Для организации нерегулярного сообщения между подвальными помещениями и комнатами первого этажа, чердаком и комнатами нижнего уровня и в других случаях возникает необходимость в малогабаритных вспомога- тельных лестницах. Далеко не во всех случаях имеется возможность установить стационарную лестницу - раци- ональнее воспользоваться складными конструкциями. Преимущества складных лестниц заключаются в их ком- пактности, простоте эксплуатации. В сложенном состоя- нии они не занимают много места, кроме того, их можно, встроив в перекрытие, разместить над зонами передви- жения людей. Рис. 19.50. Деталь подвески ступеней к поручню: 1 - стальная подвеска (одновременно стойка ограждения); 2 - ступень; 3 - шпилька стальная; 4 - втулка; 5 - шайба; 6 - гайка декоративная Рис. 19.51. Цепная лестница: а - план; б - вид (ограждение условно не показано); 1 - проме- жуточный цепной элемент; 2 - замыкающий элемент; 3 - ось шарнира; 4 - нижний фиксирующий элемент; 5 - верхний уста- новочный элемент; 6 - винт (болт); 7 - ступень; 8 - шпилька; 9 - перекрытие; 10 - пол; А - нижняя точка закрепления; В - верхняя точка закрепления; С - возможные промежуточные точки опор
354 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ На рис. 19.52 показана откидная чердачная лест- ница, состоящая из трех секций, которые сочленяются друг с другом при помощи металлических башмаков с петлями. Длина любой секции не превышает длину крыш- ки чердачного люка - в противном случае он не закроет- ся. Для повышения надежности и удобства пользования конструкция откидной лестницы оборудуется двумя складными стальными кронштейнами. Проступи крепят- ся к тетивам в паз или с помощью уголков. Раскладная металлическая чердачная лестница (рис. 19.53) требует меньшего проема в перекрытии, по- скольку складывается гармошкой. В собранном состоя- нии такая лестница располагается на откидной крышке люка и убирается внутрь корпусного ящика, монтируемо- го в уровне чердачного перекрытия. Обычно лестница оборудуется боковыми выдвижными устройствами, по- зволяющими быстро привести ее в рабочее состояние вручную; возможен электропривод. Телескопические лестницы (рис. 19.54} основаны на простом принципе действия: их опорные элементы могут выдвигаться-вдвигаться по телескопическому принципу. При достижении желаемого уровня происходит фиксация при помощи предохранительного механизма. Возможно также регулировать высоту и наклон ступеней. Благодаря тому, что телескопические лестницы можно поднять наверх или приставить к стене, они хорошо подходят для дачных домиков, для обслуживания технологического оборудова- ния некоторых производственных зданий. Лестницы, ведущие во вспомогательные помещения, можно сделать более компактными, чем «упрощенные», использовав асимметричные ступени (рис. 19.55). Ши- рокие части таких ступеней принимают 25 см, узкие - 12 см, высоту подступенка - 20 см, уклон - 60*. Ходить по такой лестнице не слишком удобно (например, по той, что показана на рисунке), спускаться можно только с правой ноги; однако такая лестница занимает мало места. Рис. 19.52. Откидная деревянная чердачная лестница: а - в сложенном состоянии; б - в рабочем положении; 1 - короб люка; 2 - упор (складной металлический кронштейн); 3 - шар- нирное соединение; 4 - термоизоляционная крышка люка Рис. 19.53. Раскладная лестница: а - сложенное (нерабочее) состояние; б - разложенное состоя- ние; 1 - лестничная ступень; 2 - двуногая опора; 3 - шарнир; 4 - подпорка; 5 - роликовый упор; 6 - рейка (кулиса) с U-образным профилем; 7 - консольная опора; 8 - ось дверной петли (оков- ки); 9 - дверь; 10 - дверной замок; 11 - блокирующий рычаг; 12 - стопорный элемент; 13 - перекрытие; 14 - горизонт пола; 15 - комингс (порог вокруг люка); 16 - пружинный упор безо- пасности 9 11 Рис. 19.54. Телескопическая лестница: 1 - телескопическая трубчатая стойка; 2 - телескопическая внут- ренняя штанга; 3 - приспособление для фиксации; 4 - раздвиж- ная гильза; 5 - консольная опора ступени; 6 - упорная подошва со сверлениями; 7 - упорная стойка; 8 - промежуточная лестнич- ная ступень; 9 - конечная (завершающая) лестничная ступень; 10 - нижнее крепление; 11 - перекрытие
Раздел HI. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 355 Рис. 19.55. Вспомогательная деревянная лестница с асиммет- ричными ступенями типа «утиный шаг» и выдвижным нижним блоком с тремя ступенями В производственных зданиях для доступа обслужи- вающего персонала к технологическому оборудованию устраивают вспомогательные лестницы в виде стальных лестничных маршей (рис. 19.56: 19.57). Лестничные марши состоят из тетив, ступеней, ог- раждения и устанавливаются с углом наклона 45' и 60’. Ширину маршей назначают 60,80 и 100 см с высотой сту- пеней 20 см. Тетивы выполняют из холодногнутых или прокатных швеллеров высотой сечения 160,180 мм. Сту- пени лестниц выполняют из стального листа: гнутые из рифленой стали толщиной 4 мм, гнутые из просечно-вы- тяжного листа с отгибом подступенка из непросеченной части листа; ребристые из полос 40 х 4 мм; из арматур- ной стали диаметром 16-20 мм с подступенком из угол- ка. Все типы ступеней изготавливают шириной 200 мм. Переходные площадки состоят из стального настила (применяют тот же материал, что и для ступеней), ребер жесткости и балок площадки. Площадки крепят к стенам и колоннам каркаса здания или несущим элементам тех- нологического оборудования. Высоту перил принимают 900 мм. Поручни и стойки перил выполняют из уголков или профилей замкнутого сечения. 4 19.6. Ограждения лестниц На лестницах по краям маршей, лестничных площа- док и просвета между маршами необходимо сооружать перильное ограждение или парапет высотой 0,9-1,1 м. Ограждения - не только функционально необходимые элементы, обеспечивающие безопасность и удобство пользования лестницами, - они являются архитектурны- ми элементами интерьеров, влияющими на их художе- ственные качества (рис. 19.58). Для ограждений используют самые различные мате- риалы и их комбинации: древесину различных пород, ме- таллы (сталь, чугун, алюминий, бронзу, латунь), стекло, пластики, бетон, камень и др. Рис. 19.56. Типовая вспомогательная стальная лестница для про- изводственных зданий: а - вид сбоку (схема); б - опирание верха марша на площадку; в - опирание марша на пол; г - опирание низа марша на площад- ку; 1 - лестничный марш; 2 - лестничная площадка; 3 - огражде- ние марша; 4 - ограждение площадки Рнс. 19.57. Служебные (вспомогательные) лестницы в производ- ственном здании химической промышленности
356 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ В ограждениях лестниц применяют следующие эле- менты: • основные (опорные) стойки, устанавливаемые в начале и конце маршей, в местах поворота маршей, в углах лестничных площадок; • промежуточные стойки, устанавливаемые в плоскости ограждения между основными стойками (точе- ные или литые фигурные стойки называют балясинами); • продольные элементы (наклонные по маршам и горизонтальные по площадкам) - деревянные брусья, металлические трубы, стержни, полосы и т.п.; • панели и панельные вставки из листов металла, стекла, пластика; • декоративные решетки из гнутого полосового металла, древесины или комбинированные; • декоративные ажурные элементы из ковано- го или литого металла; • парапеты - глухие стенки из бетона или камней, обшивного каркаса из дерева или металла; • поручни - верхние продольные элементы пе- рильного ограждения и парапетов, а также закрепленные на стене лестничной клетки. Высота ограждения должна быть такой, чтобы чело- век среднего роста, передвигаясь по лестнице, мог сво- бодно и без напряжения держаться за поручень. Обычно поручень располагают на высоте 90 см от верха ступеней. Там, где по лестнице передвигаются дети, целесообраз- но оборудовать ограждение дополнительными поручня- ми, расположенными ниже основных. Поручни должны быть гладкими, не иметь зазоров, а б Рис. 19.58. Ограждения лестниц: а - из бетонных литых балясин; б - из бетонных парапетов, декоративных решеток и металлических поручней; в - из пластиковых панелей в металлическом обрамлении; г - из монолитнобетонных парапетов; д - из кованого металла
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 357 чтобы исключить травмирование руки. Перильные ограж- дения должны быть прочными и устойчивыми, выдержи- вающими горизонтальную (боковую) нагрузку не менее 100 кгс/м. Стойки перил, панели или продольные элементы ог- раждения устанавливаются друг от друга на таком рас- стоянии, чтобы исключить падение человека через них. На узких внутриквартирных лестницах перила можно располагать с одной стороны при примыкании другой стороны к стене или перегородке. При ширине марша более 120 см основных лестниц зданий перила следует располагать с обеих сторон марша, так как по такой лест- нице происходит одновременное движение в противопо- ложных направлениях. Оба поручня должны иметь одина- ковую высоту и угол наклона, совпадающий с углом на- клона лестничного марша. В широких (более 2,5 м) лестничных маршах об- щественных и производственных зданий иногда устанав- ливают по середине марша дополнительные перила, раз- деляющие направления движения вверх и вниз. Поручни преимущественно делают деревянными профилированными, металлическими или пластмассовы- ми (рис. 19.59). Традиционные деревянные ограждения (рис. 19.60} из различных пород древесины являются наиболее рас- пространенными благодаря красивой текстуре материа- ла, легкости обработки и крепления, его «теплоте». Ши- роко используются деревянные балясины - точеные стой- ки, реже - фрезерованные и резные стойки. Крепления деревянных элементов ограждений производятся с помо- Рис. 19.59. Формы поперечных сечений поручней для лестнич- ных ограждений щью шиповых соединений на клею, металлических кре- пежных изделий, винтов с декоративными головками, на- садками или впотай. Высокими конструктивными и декоративными каче- ствами отличаются металлические ограждения (рис. 19.61} из разных металлов с использованием декора, с применением современных технологий обработки и окра- шивания. Это ограждения из нержавеющей стали и лату- ни, окрашенной стали и алюминия, «состаренной» бронзы. Металлические ограждения хорошо сочетаются с лестницами из дерева и камня (рис. 19.62), металличес- кими и стеклянными ступенями. В некоторых случаях, например, в консольных лест- ницах, парапетные ограждения являются одновременно несущими элементами лестниц - своего рода высокими тетивами (см. рис. 19.58 г). Рис. 19.60. Деревянное ограждение лестницы: а - общий вид; б - стойка; в - балясина
358 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 19.7. Пандусы Пандус - наклонная плоская конструкция без ступе- ней, служащая для сообщения между этажами (уровнями) в зданиях. Пандусы предназначены для передвижения (спуска и подъема) людей в общественных зданиях, въезда и выезда транспортных средств в гаражах и промышленных зданиях. По форме в плане пандусы могут быть (рис. 19.63) прямыми (прямолинейными), круговыми, криволинейны- ми, комбинированными. По числу маршей на высоту эта- жа пандусы, как и лестницы, бывают одномаршевые, двухмаршевые, трехмаршевые и черырехмаршевые. Устраивают пандусы с уклонами от 5* до 12° (от 1:12 до 1:5). Пол пандусов должен иметь нескользкое покры- тие (асфальт, бетон, релин, линолеум, мастики и др.). Прямолинейные пандусы образуются наклонными площадками, конструктивно связанными с междуэтажны- ми перекрытиями. Подобно перекрытиям, пандусы состо- ят из несущих балок и плит-настилов. Подобно лестни- цам, пандусы имеют ограждения - перильные или в виде парапетов. Рис. 19.61. Металлические элементы ограждения лестниц: а - перила из гнутого металла; б - стойки из нержавеющей стали При расположении пандусов внутри здания использу- ются собственные несущие конструкции здания (колонны, стены), а отдельно стоящие (пристраиваемые) пандусы устраиваются на собственных опорах. Для простых по форме пандусов применяют типовые сборные несущие конструктивные элементы (колонны, балки, плиты); криволинейные пандусы выполняют из монолитного железобетона. Пандусы с их небольшим уклоном занимают много полезной площади здания. В отличие от лестниц, они не считаются эвакуационными выходами. Все это ограничи- вает применение пандусов только теми случаями, когда без них невозможно обойтись. Широко применяются пан- дусы в многоэтажных гаражах, где они являются одним из главных конструктивных и композиционных элементов здания (рис. 19.64). Рис. 19.62. Пример решения ограждения лестницы (см. рис. 19.29) с металлическими стойками, стеклянными панелями и де- ревянными поручнями
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 359 Рис. 19.63. Схемы пандусов: а - прямой одномаршевый; б - двухмаршевый; в - четырехмар- шевый; г - комбинированный (с прямолинейными и криволиней- ными частями); д - круговой; е - витой типа «восьмерка» Рис. 19.64. Примеры применения пандусов: а - овальный в здании таксопарка; б - круговой в здании гаража- стоянки Г лава 20 БАЛКОНЫ, ЛОДЖИИ И ЭРКЕРЫ 20.1. Общие положения Балкон - выступающая из плоскости фасада ограж- денная площадка, служащая для отдыха в летнее время (рис. 20. ? а, б). Лоджия - перекрытое и огражденное в плане с трех сторон помещение, открытое во внешнее пространство, служащее для отдыха в летнее время и для солнцезащи- ты (рис. 20.1 в, г). Остекленная лоджия, как и остекленный балкон, име- ют ограниченную глубину, взаимоувязанную с освещени- ем помещения, к которому они примыкают. Исходя из данных выше определений, ни остекленный балкон, ни остекленная лоджия не могут являться верандой, которая не взаимоувязана с освещением примыкающего к ней помещения и не имеет ограничений по глубине. Эркер - выходящая из плоскости фасада часть поме- щения, частично или полностью остекленная, улучшаю- щая его освещенность и инсоляцию. Балконы, лоджии и эркеры, как элементы гражданских зданий, обеспечивают более комфортные условия их экс- плуатации, технические и противопожарные требования, звуке- и теплоизоляцию отдельных помещений, а также являются средствами архитектурной композиции зданий. Балконы, лоджии и эркеры наряду с функциональным их назначением являются активными элементами формо- образования архитектурных объектов. Поскольку их уст- ройство связано с усложнением конструкций зданий и влечет за собой дополнительные материальные затраты, применение этих элементов должно быть функционально и художественно оправданно. Они должны отвечать преж- де всего функциональным требованиям: • климатическим условиям района строительства; • правильной ориентации по стооонам света; • оптимальным габаритам; • связи с соответствующими помещениями; • положению здания в застройке. При разработке конструкций балконов, лоджий и эр- керов важнейшим является обеспечение прочности и ус- тойчивости их несущих элементов. Поскольку балконы и лоджии являются неотъемлемы- ми планировочными элементами квартир и зданий в це- лом, они играют одну из главных ролей в решении фаса- дов. По функциональным и архитектурным качествам лоджии значительно превосходят балконы, так как имеют большие размеры, в значительной степени разнообразят пластику фасадов, создают более богатую игру светоте- ни, делают здания более рельефными и выразительными. Рациональность применения и выбор типов балко- нов, лоджий и эркеров во многом зависят от климатичес- ких условий района строительства, строительной систе- мы здания, планировочной организации квартиры, архи- тектурной значимости здания. Лоджии и балконы зданий в южных районах защища- ют помещения от избыточной инсоляции и перегрева, в средней полосе и северных районах - от дождя и снега, от ветра и пыли. При проектировании здания и определения местопо- ложения балконов и лоджий необходимо обращать вни- мание на следующие моменты:
360 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • зрительное восприятие с улицы; • связь с примыкающими помещениями; • степень (необходимость) защиты от ветра, дож- дя, солнца. 20.2. Балконы и лоджии Балкон состоит из следующих основных элементов: несущая конструкция (плита), пол, ограждение. Лоджии имеют те же элементы, что и балконы (плиту, пол, ограж- дение), а также боковые стены. а 6 Рис 20.1. Типы балконов и лоджий: а - открытый балкон; б - балкон с ветрозащитным экраном; в - лоджия (выступающая, встроенная); г - лоджия-балкон Пол балконов и лоджий устраивают на 50-80 мм ниже уровня комнат с небольшим уклоном от наружной стены здания. Ограждения балконов и лоджий в зданиях высотой три этажа и более должны выполняться из негорючих ма- териалов. Не допускается остекление балконов и лоджий, ис- пользуемых в качестве перехода через воздушную зону при незадымляемых лестничных клетках. Лоджии по сравнению с балконами имеют функцио- нально-планировочные преимущества, лучше защищают помещения от ветра и дождя, создают у жильцов психоло- гический эффект большей надежности конструкций здания. Балконы и лоджии могут быть одиночными для от- дельных помещений и общими для смежных помещений (квартир), разделенными поперечными щитками (балко- ны) или стенами (лоджии); сплошные ленточные балконы или лоджии устраивают в зданиях гостиниц, санаториев, домов отдыха, больниц и др. В многоэтажных зданиях применяются следующие варианты расположения балконов и лоджий (рис. 20 2}'. • одиночные, располагаемые строго по вертикали; • одиночные, располагаемые в шахматном порядке; • спаренные различной протяженности; • спаренные, располагаемые строго по вертикали; • сочетание спаренных и одиночных элементов; • в виде сплошных лент. КЛАССИФИКАЦИЯ По материалу основной конструкции (плиты) бал- коны и лоджии могут быть железобетонными или дере- вянными (только для малоэтажных зданий). В качестве других несущих элементов (стоек, балок, подвесок) мо- жет применяться сталь. По способу возведения балконы и лоджии разделя- ют на выполняемые из сборных плит, из объемных бло- ков, в монолитном исполнении. Классификация плит балконов и лоджий производит- ся по конструктивному решению, по способу опирания на несущие конструкции и характеру работы. По конструктивному решению плиты подразделя- ют на: • плоские многопустотные (только сборные пли- ты лоджий); • плоские сплошные (сборные, монолитные, сборно-монолитные); • ребристые (сборные и монолитные). По способу опирания и характеру работы плиты бал- конов и лоджий подразделяют на: • консольные - плиты, защемленные в стене по одной стороне, по двум смежным сторонам или по одной полностью и двум противоположным сторонам частично (часть плиты является консолью); • балочные - плиты, опертые по двум противопо- ложным или по трем сторонам. Плиты балконов (рис. 20.3) подразделяют на следую- щие типы: • плоские сплошные балочные; « плоские сплошные консольные; • ребристые консольные. Плиты лоджий (см. рис. 20.3) подразделяют на типы: • плоские сплошные балочные; • плоские сплошные консольные; • ребристые балочные; • плоские многопустотные балочные.
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 361 Форму плит в плане устанавливают в зависимости от местных условий строительства, особенностей конструк- тивных систем зданий, архитектурно-художественных за- дач. Они могут быть треугольными, четырехугольными (квадрат, прямоугольник, ромб, трапеция), пятиугольны- ми, Г -образными, Т-образными, с криволинейными сто- ронами и др. (рис. 20.4). Координационная длина плит назначается в пределах 1,2-7,2 м. Координационная ширина плит: для балконов - 0,9-1,8 м; для лоджий - 1,2-3,0 м. Конструктивную толщи- ну плит принимают кратной 20 мм в пределах 100-220 мм. Плиты изготавливают с монтажными петлями и за- кладными деталями. Верхняя лицевая поверхность плит должна иметь уклон (от наружных стен) не менее 1%. Плоские балочные плиты длиной более 4,5 м изготавли- вают предварительно напряженными. Сборные плиты изготавливают с отделанными верхни- ми лицевыми поверхностями одного из следующих видов: • с гладкой поверхностью бетона; • с глянцевой поверхностью бетона; • со шлифованным мозаичным отделочным слоем; • с облицовкой керамической плиткой или плиткой из природного камня. Балконы. В современной практике применяются сле- дующие конструктивные схемы балконов (рис. 20.5). 1. Консольный. Арматура монолитнобетонной плиты балкона соединяется с арматурой монолитного или сбор- но-монолитного перекрытия с помощью специальных элементов, объединяющих арматурные стержни, упоры и термоизоляционный брус из пенополистирола (рис. Рис. 20.3. Типы плит балконов и лоджий: 1 - рабочая арматура; 2 - арматурные выпуски Рис. 20.2. Варианты расположения балконов и лоджий в много- этажных зданиях: а, б - одиночные, располагаемые строго по вертикали; в, г - то же, в шахматном порядке; д - встроенные лоджии; е - сочетание одиночных и спарвнных балконов; ж - метрическое расположе- ние одиночных и ленточных балконов; з - элементы различной протяженности через этаж: и - элементы в виде сплошных лент, к - спаренные лоджии и шахматное размещение балконов; л - спаренные лоджии с примыкающими к ним балконами; м - чере- дование сплошных лент балконов через этаж Рис. 20.4. Формы балконов и лоджий в плане
362 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 20.6}\ такое решение позволяет обеспечивать работу бал- конной плиты как консоли, одновременно исключая обра- зование мостика холода (рис. 20.5 а). 2. Пристроенный. Плита балкона соединяется с плитой перекрытия аналогично консольному варианту; кроме того, опирается снаружи на стойки или ригель рамы (рис. 20.5 б}. Стойки опираются на столбчатый фундамент, устроенный под балконами. Такая схема применяется для зданий до 5 этажей и является эконо- мически выгодной. 3. Приставной. Схема применяется для реконструи- руемых объектов, а также для вновь строящихся зданий. Опоры несущего каркаса приставляются и крепятся к на- ружной стене здания, а лицевые стойки опираются на столбчатые фундаменты (рис. 20.5 в}. Нагрузка распре- деляется на стены и лицевые стойки, что позволяет при- менять приставные балконы любых конфигураций и раз- меров для зданий высотой до 100 м. 4. Навесной каркасный из стальных профилей (рис. 20.5 г}. Такие балконы целесообразно использовать в тех Рис. 20.5 Конструктивные схемы балконов: а - консольный; б - пристроенный: в - приставной: г - навесной каркасный, д - навесной из объемных блоков; е - на консольных балках; ж - на кронштейнах; з - на консолях балок перекрытий; 1 - плита балкона; 2 - перекрытие; 3 - арматура; 4 - стойка каркаса; 5 - ригель каркаса; 6 - элемент крепления; 7 - стальной каркас; 8 - раскос (подвеска); 9 - анкерная подвеска; 10 - упор; 11 - консоль балки; 12 - заделка балки в стену; 13 - балка перекрытия; 14 - внутренняя стена; 15 - обшивка утеплителем
Раздел ill. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 363 случаях, когда опорные стойки применить невозможно (например, над проездами). При помощи специальных креплений каркас монтируется (навешивается) на стены зданий высотой до 12 м. 5. Навесной из объемных железобетонных эле- ментов (рис. 20.5 д). Предназначается для зданий сред- ней этажности с монолитными поперечными стенами, в которые заделываются стальные подвески объемных бло- ков балконоа. 6. На консольных балках (рис. 20.5 е). Железобе- тонные или стальные балки заделываются во внутренние поперечные стены здания и консольно выпускаются нару- жу. На эти консоли опирают по двум сторонам балконную плиту балочного типа. Во избежание образования мости- ка холода балки облицовывают плитным утеплителем. 7. На кронштейнах (рис. 20.5 ж). Железобетонные различной формы декорированные кронштейны подве- шивают к наружной стене, заделывая подвески во внут- ренних поперечных стенах. Q Растянутый стержень ® Стержни поперечн. силы ® Упорный подшипник © Втулочный бугель Рис. 20.6. Типы несущих теплоизолирующих элементов с соеди- нительной арматурой для консольных балконов и примеры их применения: а - для передачи изгибающих моментов и поперечных сил; б - только для передачи поперечных сил (вниз); в - для передачи по- перечных сил (вниз и вверх); 1 - консольная балконная плита; 2 - то же, наружного угла; 3 - частично выступающая плита балкона- лоджии; 4 - балконная плита внутреннего угла; 5 - балконная плита с опиранием на каркас и стену 3
364 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 8. На консолях балок перекрытий (рис. 20.5 з). Та- кие балконы целесообразно проектировать для малоэтаж- ных зданий с балочными перекрытиями, в особенности с деревянными. При применении стальных балок возникает необходимость их облицовки снаружи плитным утеплите- лем для устранения образования мостика холода. Для выступающих (консольных) балконных плит в со- временном строительстве используются специальные теплоизолирующие элементы с соединительной ар- матурой (рис. 20.6}. Стандартные элементы длиной 1 м (0,2 м - доборные) состоят из пенополистирольных брусь- ев шириной 80 мм и высотой сечения 160-250 мм, что со- ответствует толщине плиты балкона. В поперечном на- правлении их верхней зоны заделаны арматурные стерж- ни диаметром 8-10 мм с выпусками в стороны до 1,5 м. Эти стержни предназначены для работы на растяжение. В нижней зоне имеются стальные упоры (упорные подшип- ники) со шляпками в разные стороны. Стержни для вос- приятия поперечных сил в теле термоизолирующего бруса наклонены под углом 45’. Для обеспечения огнестойкости конструкции полистирольный брус сверху и снизу облицо- вывается плитой из слабогорючего материала (Г1). Применение несущих теплоизолирующих элементов с соединительной арматурой позволяет: • выполнить балконную плиту (и перекрытия в зда- нии) в монолитном или сборно-монолитном вариантах; • эффективно изолировать балконную плиту от перекрытия по требованиям строительной физики; • выбрать статическую (расчетную) схему балкона; • комбинировать стандартные (100 см) и добор- ные (20 см) модульные элементы для подбора необходи- мой ширины балконной плиты. Пример современного технического решения кон- сольной балконной плиты показан на рис. 20.7. В практике строительства малоэтажных зданий реали- зуются и др., кроме рассмотренных, конструктивные реше- ния балконов: мансардный балкон, для образования кото- рого нижняя часть мансардного окна откидывается наружу до вертикального положения с образованием ограждения по бокам, а верхняя часть окна поднимается (рис. 20.8 а); опирание на нижерасположенные несущие конструкции эркера (рис. 20.8 б) или крыльца; с подвешиванием к не- сущим конструкциям крыши (рис. 20.8 в) и др. Рис. 20.7. Пример решения консольной балконной плиты: 1 - теплоизолирующий элемент из пенополистирола с соедини- тельной арматурой; 2 - монолитная балконная плита; 3 - моно- литное железобетонное перекрытие; 4 - несущий слой стены; 5 - наружная облицовка кирпичом; 6 - пенопластовый вкладыш; 7 - упругое герметичное уплотнение Благодаря применению сплошных или отдельных бал- конов в многоэтажных зданиях можно добиться решения оригинальных фасадных структур и их пластики (рис. 20.9). Лоджии. В практике проектирования и массового строительства гражданских многоэтажных зданий широ- ко применяют лоджии. По функциональному назначению лоджии целесообразно рассматривать наравне с жилыми помещениями. Они увеличивают общую площадь квар- тир, служат для отдыха и выполняют различные хозяй- Рис. 20.8. Примеры балконов в малоэтажных зданиях: а - мансардный; б - с опиранием на конструкции эркера; в - под- вешенный к несущим конструкциям крыши
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 365 ственные функции. Площадь лоджии включается в общую площадь квартиры с понижающим коэффициентом 0,5 (балконов - 0,3). Различают три типа лоджий; • выносные или приставные, полностью высту- пающие из плоскости фасада, ограниченные стеновыми конструкциями с боковых сторон; • западающие или встроенные, полностью раз- мещаемые в габаритах здания; • частично западающие, заглубленные за плоскость наружной стены не полностью (встроенно- выносные). В конструктивном отношении лоджии удобно распо- лагать на продолжениях внутренних несущих стен. В зда- Рис. 20.9. Примеры балконов в многоэтажных зданиях: а - сплошные ленточные балконы трапециевидной формы; б - монолитные круглые с опиранием на стенку: в - пристроенные балконы с металлическим каркасом; г - сплошные ленточные на консольных балках
366 8.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ниях с продольными несущими стенами их рационально размещать в торцах, а в зданиях с поперечными стена- ми - по продольным сторонам здания. Ограждающие конструкции - боковые стены вынос- ных (приставных) лоджий - выполняют аналогично конст- рукциям внутренних стен здания. В крупнопанельных многоэтажных зданиях с несущи- ми поперечными стенами используют приставные стенки лоджий с опиранием на фундамент (рис. 20.10а) и навес- ные (рис. 20. Ю б). Толщина таких стенок из бетона со- ставляет 160-200 мм. Сборные стенки крепят поэтажно в двух уровнях: внизу - к панелям наружных стен, вверху - к поперечным несущим стенам. Для этого вверху стены предусмотрен выступ длиной около 40 см, с помощью которого стенку лоджии крепят сваркой по закладным деталям к внутренним панелям. В местах креплений в панелях наружных стен имеются специальные вырезы. 8 зданиях с кирпичными, сборно-монолитными и мо- нолитными стенами приставные стенки лоджий в том же исполнении соединяют связями с внутренними стенами с обязательным опиранием на фундаменты (рис. 20.11). Для устройства западающих лоджий используют не- сущие стены зданий. В крупнопанельных зданиях в мес- тах примыкания лоджии к панели внутренней стены до- полнительно устанавливают специальные утепленные па- нели, на которые опирают плиты лоджий (рис. 20.12). В зданиях других строительных систем в целях обес- печения опирания плиты перекрытия и плиты лоджии ее боковую стену устраивают трехслойной - с несущими внут- ренним и наружным слоями и утеплителем между ними. Рис. 20.10. Конструктивные варианты выносных (приставных) лоджий: а - с приставными несущими стенками; б - с навесными (или мо- нолитнобетонными) несущими стенками; 1 - приставная несу- щая стена лоджии; 2 - фундамент под стену лоджии; 3 - наруж- ная стена здания; 4 - фундамент под стену здания; 5 - плита лоджии; 6 - плита перекрытия; 7 - навесная панель или бетонно- монолитная стенка лоджии; 8 - пол подвала Исходя из архитектурных задач при решении плана и фасада здания встроенные лоджии иногда устраивают над отапливаемыми помещениями либо последние раз- мещают над лоджиями. В этом случае в конструкции пе- рекрытия предусматривают пароизоляцию и утеплитель по расчету. В каркасных зданиях плиты выносных лоджий могут опираться на поэтажные консольные выпуски колонн или консольные ригели. При устройстве в каркасных зданиях западающих лоджий плиты в торцах могут иметь вырезы для пропуска колонн крайнего ряда, а выступающими ча- стями крепиться к поперечным ригелям или коротким консолям колонн каркаса. В объемноблочных зданиях лоджии могут быть обра- зованы поперечной сдвижкой блоков; применением бло- ков разной длины (глубины); приставными пространствен- ными блоками-лоджиями. Первый способ устройства лод- жий наиболее простой, при его применении боковые сте- ны смежных блоков утепляют приставными панелями. Рис. 20.11. Схема фасада и план выносной лоджии в здании с кирпичными, монолитными или сборно-монолитными стенами: 1 - наружная стена; 2 - внутренняя стена; 3 - стена лоджии; 4 - плита лоджии; 5 - ограждение; 6 - плита перекрытия
Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 367 Ограждения балконов и лоджий должны гарантиро- вать спокойное восприятие высоты в многоэтажных здани- ях. поэтому они должны быть достаточно высокими - не менее 1 м до 9 этажа и не менее 1.2 м на вышерасполо- женных этажах, преимущественно глухими, с поручнями. Ограждения (экраны) балконов и лоджий могут быть решетчатыми или глухими. Решетчатые ажурные ограждения из различного рода решеток состоят из поручня, стоек, поясов и стержней. По эстетическим соображениям решетка комбинируется с эк- ранами из различных материалов. Экраны могут свисать и закрывать грань балконной плиты или подвешиваться над ее поверхностью. Экраны из листовых материалов (стек- лопластика, армированного стекла, гофрированного алю- миния, асбестоцементных листов и др.) обрамляются стальными уголками и привариваются или крепятся бол- тами к стойкам и поясам решетки. Стойки решеток конст- руируются из стальных сплошных стержней или труб с раз- мерами сечений 20-40 мм. Стойки крепят сваркой с за- кладными деталями, заанкеренными в плите. Поручень выполняется из стальной полосы 50 х 6 мм, уголка 75 х 50 х 6 мм и может быть накрыт накладкой из древесины твердых пород или морозостойких полимер- ных профилей. Поручень приваривается к металлическим стойкам решетки, а его концы - к закладным деталям стен (или закладываются в стены). Примеры решетчатых ограждений балконов и лоджий из комплекта профилей и узловых элементов системы «Шуко» представлены на рис. 20.13. Система имеет сле- дующие возможности и достоинства: высокая атмосфе- ростойкостъ (все элементы из алюминиевых сплавов с различными покрытиями по цвету, крепежные болты из нержавеющей стали); отпадает необходимость в свароч- ных, шлифовальных и окрасочных работах на стройке; стойки могут крепиться к плите сверху, с торца или с об- ратной стороны; между стойками и поясами могут встав- ляться стекла или глухие панели; поручни круглой или плоской форм могут надставляться над поясами; все эле- менты технически и стилистически согласованы между собой, имеют округленные контуры. При применении решетчатых ограждений необходи- мо иметь в виду, что они не обеспечивают зрительной изоляции и защиты от ветра. Массивные глухие ограждения выполняются из же- лезобетонных панелей или кирпичных стенок. Железобетонные панели ограждения устанавливают нижней частью в следующих вариантах: перед кромкой балконной плиты в одной плоскости с ее низом; с опуска- нием ниже потолочной поверхности плиты; с зазором над полом плиты. Панели ограждения соединяются сваркой с заклад- ными элементами плиты через различные консоли или устанавливаются на плиту через короткие стойки-под- кладки. В верхней части плиты крепятся к стенам. Панели могут быть облицованы в заводских условиях керамиче- скими, стеклянными или природными плитками, могут иметь декоративную рельефную лицевую поверхность. Примеры ограждений лоджий из железобетонных элементов и их влияние на архитектурные решения зда- ний показаны на рис. 20.14. Кладка кирпичного ограждения толщиной 120 мм производится из лицевого кирпича с расшивкой швов. Горизонтальные швы армируются через два ряда сварны- ми плоскими каркасами. Примыкающие изнутри стойки снизу привариваются к плите, а сверху соединяются с уголками, окаймляющими верхнюю плоскость кладки. Внутренняя поверхность стенки накрывается стальной сеткой, связанной с выпусками арматурных каркасов, и оштукатуривается. В стенке предусматриваются отвер- стия для отвода дождевой воды. Для защиты от атмосферных осадков (дождь, снег), от пыли и ветра в современной практике строительства применяются различные способы остекления балконов и лоджий: • с распашными створками; • С раздвижными (откатными) створками; Рис. 20.12. Схема фасада и план встроенной лоджии крупнопа- нельного здания: 1 - наружная стена; 2 - внутренняя стена; 3 - стена лоджии; 4 - плита лоджии; 5 - ограждение; 6 - плита перекрытия; 7 - заклад- ные детали для крепления ограждения
368 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • со складывающимися створками (безрамное ос- текление). На рис. 20.15 показано техническое решение остек- ления лоджии с раздвижными створками с использовани- ем алюминиевых профилей. Безрамное остекление балконов и лоджий. Дан- ные системы принципиально отличаются от всех других конструкций остекления тем, что в них отсутствуют импо- сты, благодаря чему остекление представляет собой сплошное стеклянное ограждение без вертикальных сто- ек с панорамным обзором изнутри. Упругие уплотнения из прозрачного полимера изолируют щели между стекла- ми и не нарушают прозрачности всей конструкции. Балкон (лоджию) можно полностью открыть, сдвинув полотна стекол в сторону и сложив «книжкой» у одной из стен. Первая створка является только поворотной, ос- тальные створки сдвигаются к первой до упора и откры- ваются (поворачиваются). В открытом состоянии створки Рис. 20.13. Решетчатые ограждения балконов и лоджий из алю- миниевых профилей: а, б - с креплением стоек на плиту сверху; в, г - то же, с торца; д. е - с креплением стоек снизу плиты занимают мало места и фиксируются от воздействия вет- ра. Полотна стекол могут сдвигаться в одну или две сто- роны и, соответственно, собираться у одной или двух стен балкона (лоджии) (рис. 20.16). Для безрамного остекления применяются закален- ные стекла толщиной 6 или 8 мм. Направляющие, по ко- торым скользят на роликах створки, изготавливаются из алюминиевых профилей и крепятся внизу и вверху по пе- риметру остекления. Каждое полотно стекла имеет ниж- ний и верхний профили из алюминия, прикрепленные хи- мическим способом (вклеиванием) без механической фиксации, в результате чего получается прочное неразъ- емное соединение, в котором стекло и профиль образу- ют единый монолитный блок. Способы безрамного остекления позволяют выпол- нять ограждения высотой до 3 м. При узких и невысоких створках (и небольшом их весе) они могут закрепляться только на верхней направляющей. В других случаях - иметь четырехточечную опору «враспор» - два опорных ролика на верхней направляющей, два - на нижней. При использовании эксцентрикового механизма скольжения створок безрамная система позволяет остек- лять балконы и лоджии независимо от их геометрии. Створки легко перемещаются по любой кривой, а также передвигаются через любые углы. Рис. 20.14. Примеры применения лоджий с ограждениями из же- лезобетонных панелей в общественных и жилых зданиях
Раздел III, КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ 359 Рис. 20.15. Остекление лоджии с раздвижными алюминиевыми створками (вид с фасада и узлы): 1 - сливник; 2 - шуруп; 3 - винт; 4 - вкладыш; 5 - прокладка; 6 - механизм передвижения створки; 7 - лента бутиловая; 8 - дю- бель; 9 - уплотняющая щетка Рис. 20-16. Схемы безрамного остекления: а - встроенной лоджии сложной конфигурации; б - полукруглого балкона; 1 - полотна стекол в рабочем (закрытом) положении; 2 - полотна стекол в нерабочем положении (сложены) 20.3. Эркеры Назначение эркера - увеличение площади поме- щения и обогащение его интерьера, улучшение условий освещения и инсоляции помещения. Иногда эркеры слу- жат для размещения в них вертикальных коммуника- ций - лестниц и лифтов. Большая часть эркеров имеет простые геометриче- ские формы в плане (полукруглую, прямоугольную, треу- гольную, трапециевидную), и лишь в некоторых случаях их форма отличается произвольностью очертания. Наи- более типичные планировочные схемы эркеров показаны на рис. 20.17. Так же, как и балконы и лоджии, эркеры обогащают архитектурную форму, служат композиционным сред- ством формирования здания, иногда эркеры используют в сочетании с балконами и лоджиями, что дает компози- ционные и функциональные преимущества.
370 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ WWWW WWW Рис. 20.17. Планировочные схемы эркеров: а - пристенные; б - угловые, не выступающие за угол; в - угловые, выходящие за угол; г - вписанные во внутренний угол здания Рис. 20.18. Конструкции эркеров: а - с несущими стенами (план в уровне плит перекрытий); б - с самонесущими стенами; в - с ненесущими стенами; 1 - сборная плита перекрытия; 2 - сплошная сборная или монолитная плита перекрытия; 3 - несущая стена; 4 - самонесущая стена; 5 - нене- сущая стена: 6 - навесная панель; 7 - легкобетонные блоки; 8 - утеплитель; 9 - воздушная прослойка; 10 - облицовка; 11 - фун- дамент Эркеры имеют несущие и ограждающие конструкции. Их стены имеют одно или несколько окон либо сплошное стекление Конструкции эркеров проектируют с несущими, са- монесущими и ненесущими (навесными) стенами (рис. 20.18). Несущие и самонесущие стены опирают на их собственные фундаменты и проектируют аналогично дру- гим наружным с енам здания. Ненесущие наружные сте- ны эркеров опирают на консольные плиты перекрытий, защемленные в стенах балки. В зданиях с ненесущими наружными стенами конструкции эркеров проектируют облегченными. Эркеры могут иметь различную протяженность по высоте здания, начинаться со второго или третьего эта- жа, прерываться с образованием балкона. При устрой- стве таких консольных эркеров их верхние и нижние пе- рекрытия утепляют. На рис. 20.19 показаны некоторые решения эркеров в малоэтажных и многоэтажных зданиях Рис. 20.19. Примеры применения эркеров: а, б - в малоэтажных зданиях; в-д - в многоэтажных зданиях
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ Глава 21 КАРКАСЫ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ПРОЛЕТНОГО ТИПА 21.1. Общие положения В различных областях промышленности одноэтажные здания незаменимы для производств с тяжелым и круп- ногабаритным оборудованием, с горизонтальными схе- мами технологических процессов, со значительными ди- намическими нагрузками от оборудования. Промышленные здания пролетного типа классифици- руют по нижеследующим признакам. 1 . По количеству пролетов: однопролетные и мно- гопролетные. Однопролетные здания целесообразны дли небольших производств, складов и т.п. Применяются они также для размещения производств, требующих зна- чительной ширины пролетов {от 36 м и более) и большой высоты (более 18 м). Многопролетные - наиболее рас- пространенный тип одноэтажных промзданий, широко используемый в разных отраслях промышленности. Мно- гопролетные здания с одинаковыми или близкими пара- метрами пролетов (шириной и высотой) без внутренних открытых дворов называются зданиями сплошной за- стройки и могут иметь в плане огромные размеры (не- сколько сотен метров по длине и ширине). 2 . По наличию подъемно-транспортного оборудова- ния: бескрановые и крановые (с мостовыми или под- весными кранами). 3 . По материалу основных несущих конструкции: с железобетонным каркасом; со стальным каркасом; со смешанным каркасом (колонны - железобетонные, конструкции покрытия и подкрановые - стальные). 4 . По системам вентиляции: с естественной венти- ляцией или аэрацией через специальные проемы в ог- раждающих конструкциях, искусственной приточно-вы- тяжной вентиляцией с помощью вентиляторов и возду- ховодов. 5 . По системам освещения: с естественным, искус- ственным или совмещенным (интегральным) освеще- нием. Естественное освещение осуществляется через светопроемы в стенах (окна) и в покрытии (фонари). 6 . По профилю покрытия: с фонарными надстрой- ками (фонарями) и без фонарей. Здания с фонарными надстройками устраивают в целях аэрации или естест- венного освещения либо для того и другого. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Для разработки объемно-планировочного реше- ния здания необходимы следующие исходные данные: • схема генерального плана предприятия, вытека- ющая из его технологической схемы и определяющая форму, ориентировку и взаимоположение отдельных зда- ний, в том числе проектируемого; • категория взрывной, взрывопожарной и пожар- ной опасности; • техноло! ическая планировка (расположение обо- рудования) с указанием сетки колонн, проходов, проездов, рабочих площадок, каналов, проемов в покрытии и т.д.; • высота отдельных пролетов; • геометрические характеристики подвижного же- лезнодорожного состава и средств безрельсового транс- порта на внутризаводских путях и проездах. Для проектирования несущих и ограждающих конструкций требуются следующие данные: • виды мостовых и подвесных кранов, их количество и техническая характеристика, зоны и режимы работы; • сосредоточенные и распределенные нагрузки от оборудования; • характеристика динамических нагрузок от обо- рудования; • нагрузки от технологической пыли; • грузоподъемность всех видов транспорта; • внутренняя температура и влажность воздуха внутри помещений; • нагрузка и характер воздействий на полы. Для противокоррозионной защиты конструкций необходимы сведения: • температурно-влажностный режим воздуха, кон- центрация и характер агрессивных агентов (кислоты, ще- лочи, растворы солей); • характеристики агрессивности воздуха, сточ- ных вод; • данные о коррозионных воздействиях на полы, стены и т.д. Для проектирования систем инженерного обору- дования требуются следующие исходные данные: • количество влаго- и тепловыделений; производственные выбросы; • кратности воздухообмена; • расходы пара и воды на производственные нуж- ды и др. Для обеспечения производственного комфорта необходимо учитывать: • требования к освещению помещений: • данные о шумовыделениях; • данные для выбора способа уборки помещений; • санитарные характеристики производства;
372 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 21.1. Модульные размеры Укрупненный модуль Предельные величины, м принимаемый допускаемый Модульные пролет и шаг: до 18 ЗОМ 15М св. 18 60М 60М Модульная высота этажа: до 3.6 ЗМ - св. 3,6 6М ЗМ • численность рабочих и другого персонала (об- щая и по сменам, мужчин и женщин). Унификация. При проектировании одноэтажных зда- ний массового промышленного строительства унифика- цию их геометрических параметров следует проводить в соответствии с ГОСТ 23838-89 «Здания предприятий. Па- раметры». Основные координационные размеры - модульные пролеты, модульные шаги и модульные высоты этажей и их сочетания в первичных объемно-планировочных эле- ментах зданий должны назначаться, исходя из функцио- нальных требований и экономической целесообразности. Размеры модульных пролетов (Lo), шагов (Во) и вы- сот этажей (Но) следует назначать кратными укрупненным модулям в соответствии с табл. 21,1. Секция должна формироваться в зависимости от функциональных требований из однотипных или из воз- можно меньшего количества разнотипных первичных объемно-планировочных элементов, образуемых на ос- нове укрупненных модулей. При формировании секции с опорными кранами гру- зоподъемность кранов должна приниматься, исходя из постоянной технологической потребности в ней. Модульная высота этажа секции принимается равной округленной до величины укрупненного модуля суммы входящих в нее размеров: максимальной высоты подъе- ма крюка крана, требуемой для данного производства; габаритного размера крана по высоте; минимального до- пустимого габарита приближения крана к стропильным конструкциям, равного 100 мм, а также размера предель- ного прогиба несущих конструкций покрытия. Здание следует компоновать из возможно меньшего количества разнотипных секций, располагая их пролета- ми в одном направлении и обеспечивая при этом наи- большие возможности применения строительных конст- рукций и изделий заводского изготовления с ограничен- ным количеством их типоразмеров. Компоновка здания из секций со взаимно перпенди- кулярным направлением пролетов, в том числе с перепа- дами высот этажей смежных секций, должна осуществ- ляться при функциональной необходимости. При этом ве- личину перепада высот следует принимать не менее 1,2 м. Рис. 21.1. Членение одноэтажного промышленного здания на температурные блоки (секции) и объемно-планировочные элементы: С - секция; Т - шов торцового примыкания секций; П - шов продольного примыкания секций; ТП - шов примыкания секций со взаим- но перпендикулярным направлением пролетов; а - без перепада высот пролетов; Так - то же, с корректирующей вставкой; б - с пере- падом высот пролетов; типы объемно-планировочных элементов: 1 - угловой, 2 - торцовый; 3 - боковой; 4 - боковой у температурно- го шва: 5 - средний; 6 - средний у температурного шва
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 373 Для всего проектируемого здания модульная про- странственная координационная система и соответству- ющая основная модульная сетка должны быть непрерыв- ными. Разрывы модульной пространственной системы вставками допускаются только в местах примыкания смежных секций, осуществляемого с использованием парных несущих конструкций для устройства деформаци- онных швов (рис. 21.1}. Все виды сопряжений смежных секций следует осуще- ствлять, как правило, на парных несущих конструкциях и совмещать с местами устройства деформационных швов. Швы примыкания смежных секций должны осуществ- ляться с конструктивными вставками (см. рис. 21.1} меж- ду смежными координационными осями примыкающих секций в местах: • торцового примыкания смежных секций при раз- личных размерах их модульных пролетов или (и) модуль- ных высот этажей; • продольного примыкания смежных секций при одинаковых или различных размерах их модульных высот этажей; • примыкания смежных секций со взаимно пер- пендикулярным направлением их пролетов. Торцовые примыкания смежных секций при одинако- вых размерах их пролетов и высот этажей следует осуще- ствлять, совмещая ось шва примыкания с общей для смежных секций поперечной координационной осью (ис- ключение составляет конструктивная необходимость уст- ройства вставки). Швы торцового примыкания указанных типов смежных секций, являющиеся продолжением дру- гих швов, осуществляемых с конструктивными вставками, должны для обеспечения непрерывности основной мо- дульной сетки здания выполняться с корректирующей вставкой (см. рис. 21.1}\ размер корректирующей встав- ки должен быть равен размеру конструктивной вставки тех швов, на продолжении которых она выполняется. При формировании зданий должны соблюдаться пра- вила привязки элементов конструкций к координацион- ным осям. При этом руководствуются основными положе- ниями МКРС (см. Главу 3}. Размеры привязок (рис. 21.2} назначаются так, что- бы исключить или свести к минимуму применение добор- ных (краевых) элементов или дополнительных построеч- ных работ на месте по закрытию промежутков между ти- повыми элементами. С этой целью при установлении размеров привязки колонн крайних рядов и наружных стен к продольным осям зданий рекомендуется применение «нулевой» привязки сборных конструктивных элементов. В этом случае внут- ренняя грань продольной стены условно совпадает с коор- динационной осью, которая совмещается с наружной гра- нью колонн (фактически между стеной и колонной имеется зазор 30 мм для размещения деталей крепления). В зданиях с различными конструктивными решения- ми колонны средних рядов располагаются так, чтобы оси сечения их нижней части совпадали с продольными и по- перечными координационными осями зданий (осевая привязка) (рис. 21.2 поз. 1}. Размер привязки колонн крайних рядов к продольным осям зданий зависит от материала каркаса, наличия мос- товых кранов и их грузоподъемности, шага и высоты ко- лонн, наличия проходов вдоль крановых путей. Нулевая привязка (рис. 21 поз. 2} принимается в следующих каркасных зданиях: • со сборным железобетонным каркасом без мос- товых кранов при шаге крайних колонн 8 или 12 м; • со стальным или смешанным каркасом без мос- товых кранов, при стеновых панелях длиной 6 м и шаге крайних колонн 6 м, а при панелях длиной 12м- также и при шаге крайних колонн 12 м; • с железобетонным или смешанным каркасом, обо- рудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 т при шаге крайних колонн 6 м и высоте не более 14,4 м. Размеры привязки 250 мм (рис. 21.2 поз. 2} прини- маются в следующих каркасных зданиях: • со стальным или смешанным каркасом без мос- товых кранов при панелях длиной 6 м и шаге крайних ко- лонн 12 м; • со сборным железобетонным или смешанным кар- касом оборудованных кранами до 20 т при шаге крайних колонн 12 м, а при кранах грузоподъемностью 30 и 50 т, вы- соте 12 м и более - также и при шаге крайних колонн 6 м; • со стальным каркасом оборудованных мостовы- ми кранами при шаге крайних колонн 6 м; • оборудованных мостовыми кранами до 50 т и с проходами вдоль крановых путей, устраиваемыми сбоку колонн. В торцах зданий привязка колонн средних и крайних рядов к поперечным координационным осям принимает- ся «500» (рис. 21.2 поз. 3). Поперечный температурный шов на парных колон- нах (рис. 21.2 поз. 4} в зданиях с пролетами одной высо- ты следует решать, совмещая ось шва с координацион- ной осью. Допускается решение шва, при котором он раз- мещается в пределах вставки размерами 100 мм {с желе- зобетонными колоннами) или 250 мм (со стальными ко- лоннами) между двумя осями. Продольный температурный шов между парными колоннами (рис. 21.2 поз. 5} в зданиях с пролетами од- ной высоты следует решать, предусматривая две коорди- национные оси со вставкой между ними; размер вставки при этом должен равняться сумме размеров привязки к координационным осям граней колонн, обращенных в сторону шва, и расстояния между этими гранями, равно- го 500 мм. Перепады высот по длине одного пролета (рис. 21.2 поз. 6} допускаются в исключительных случаях и дол- жны быть обоснованны. В этих случаях перепады высот рекомендуется совмещать с температурными швами на парных колоннах, предусматривая две поперечные коор- динационные оси со вставкой между ними. Размер встав- ки должен быть кратным 50 мм и равняться (с округлени- ем) - сумме зазора (е), толщине стены (cf) и зазору не менее 20 мм между наружной плоскостью стены и край- ней поперечной осью пониженного пролета. При большой ширине здания перепады высот па- раллельных пролетов (рис. 21.2 поз. 7} рекомендуется совмещать с продольными температурными швами, ре- шая их на парных колоннах и предусматривая две оси со вставкой между ними. Размер вставки (с) должен быть кратным 50 мм и равняться (с округлением) сумме привя- зок к осям граней колонн, обращенных в сторону перепа- да. зазору (е), толщине стены (d) и зазору не менее 50 мм между наружной плоскостью этой стены и гранью колон- ны пониженного пролета. Примыкание взаимно перпендикулярных проле- тов следует решать на парных колоннах, предусматривая между крайней продольной и торцевой поперечной коор-
374 В Л. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис 21.2. Привязка колонн (на примере стального каркаса) к координационным осям (см. рис. 21.1) 1 - средних рядов, 2 - крайних рядов; 3 - в тор- цах зданий; 4 - в поперечных температурных швах; 5 - в продольных температурных швах; 6 - в перепадах высот по длине одного пролета; 7 - в перепадах высот параллельных пролетов 8 - в месте примыкания взаимно перпендикулярных пролетов
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 375 Т а б л и ц а 21.2. Элементы каркасов одноэтажных промзданий Вертикальные | Горизонтальные Вдоль пролета 1 - колонны крайнего ряда 6 - подстропильные фермы (балки) 2 - колонны среднего ряда <или подкраново-подстропильные фермы) 3 - связи между колоннами 7 - подкрановые балки (фермы) 4 - связи в покрытии 8 - связи в покрытии 9 - распорки 10 - фундаментные балки Поперек пролета 5 - стойки фахверка 11 - стропильные фермы (колонны) (балки) 12 - связи в покрытии динационными осями вставку (с) размером, кратным 50 мм и равным (с округлением) сумме размеров в соот- ветствии с рис. 21.2 поз. 8. Одноэтажные производственные здания пролетного типа формируются на основе поперечных {поперек про- лета) бесшарнирных или двухшарнирных рам, которые образуются колоннами, защемленными в фундаментах, и стропильными конструкциями (балками, фермами) по- крытия (рис. 21.3]. Элементы каркаса здания пролетного типа в обоб- щенном виде представлены на рис. 21.4. Они подразде- ляются на вертикальные и горизонтальные и располага- ются вдоль и поперек по отношению к пролету здания [табл. 21.2}. Подъемно-транспортное оборудование. Для пере- мещения сырья, полуфабрикатов, готовой продукции внутри цеха, монтажа технологического оборудования применяют внутрицеховое подъемно-транспортное обо- рудование, которое подразделяют на две группы: перио- дического и непрерывного действия. К первой группе от- носятся подвесные и мостовые краны, напольный транс- порт (козловые краны, электрокары). Ко второй группе принадлежат конвейеры (ленточные, скребковые, плас- тинчатые, ковшовые, подвесные цепные), нории, шнеки и рольганги, средства пневматического и гидравлического транспорта. Большое влияние на объемно-планировочные и кон- структивные решения одноэтажных промышленных зда- ний оказывают подвесные и мостовые краны, которые непосредственно связаны с конструкциями зданий и на практике получили широкое распространение. Подвесные краны (кран-балки) предназначены для транспортирования грузов весом от 0,25 до 5 т. Они состо- ят из несущей балки, подвешиваемой к несущим конструк- циям покрытия здания через подвесной путь в виде балок; двух или четырех катковых механизмов передвижения по Рис. 21.3. Статические схемы поперечных рам одноэтажных зда- ний пролетного типа: а - бесшарнирная; б - двухшарнирная подвесным путям; электротали, перемещающейся по ниж- ней полке несущей мостовой балки (рис. 21.5 а). Мостовые электрические опорные краны [рис. 21.5 б) получили наибольшее распространение в качестве ос- новного подъемно-транспортного оборудования произ- водственных зданий как с железобетонными, так и со сталь- ными каркасами. В основном применяются краны грузо- подъемностью: 5; 10; 12,5; 16; 20/5; 30/5; 32/5; 50/1 От. Сре- ди них имеются краны с двумя механизмами подъема. Мостовые опорные краны изготавливают легкого, среднего и тяжелого режимов работы. Легкий режим работы крана характеризуется малой скоростью передви- жения (до 60 м/мин) и малой загрузкой; средний режим характеризуется нормальной скоростью передвижения (до 100 м/мин) и сравнительно большей интенсивностью работы; тяжелый режим работы характеризуется боль- шой скоростью передвижения и интенсивной (круглосу- точной) работой. При интенсивном использовании кранов (средний и тяжелый режимы работы) возникает необходимость уст- ройства проходов для осмотра и ремонта крановых пу- тей. Если габарить! кранов это позволяют, то проход уст- раивается вдоль подкрановых путей в пределах надкра- ноеой части колонны. При этом привязка крайних колонн зданий принимается 500 мм, а расстояние от продольной оси до оси подкранового пути - 1000 мм для кранов гру- зоподъемностью до 50 т. Проемы в стенках колонн для прохода вдоль подкрановых путей выполняют, если др. варианты осмотра крановых путей невозможны. Высоту от головки кранового рельса до низа стро- пильных конструкций называют крановым габаритом зда- ния. Этот размер включает в себя высоту крана и допус- Рис. 21.4. Элементы каркаса (см. табл. 21.2)'. а - схема разреза; б - схема плана
376 В.А, Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ каемое приближение к стропильным конструкциям, кото- рое должно быть не менее 100 мм. При легком и среднем режимах работы мостового крана подкрановые балки могут быть железобетонными, при тяжелом режиме - стальными. Мостовой кран (рис. 21.5 б) состоит из несущего мос- та, перекрывающего рабочий пролет цеха, механизма пе- редвижения вдоль подкранового пути, передвигающейся вдоль моста тележки с механизмом подъема и кабины уп- равления, подвешенной к мосту. Кран передвигается по рельсам, уложенным по подкрановым балкам, которые ус- танавливаются на консоли колонн каркаса здания. Расстояния между осями крановых путей мостовых кранов унифицированы в соответствии с пролетами зда- ний. Так, для пролетов 18, 24, 30, 36 м расстояния между осями крановых путей, соответственно, равны 16,5; 22,5; 28,5; 34,5 м, так как расстояние между координационной осью колонны и осью кранового рельса принимают, как правило, 750 мм (привязка кранового пути). 21.2. Стальные каркасы Колонны. В одноэтажных производственных зданиях применяют колонны трех типов: постоянного сечения, ступенчатые и раздельные (рис. 21.С). Стержни колонны или ее части могут быть выполнены сплошностенчатыми (сплошными) или решетчатыми (сквозными). Сквозные колонны более экономичны по расходу стали, но трудо- емки в изготовлении. Рис. 21.5. Схемы разрезов зданий с кранами: а - с подвесным краном; б - с мостовым опорным краном; 1 - несу- щая балка: 2 - механизм передвижения; 3 - подвесной путь; 4 - электроталь; 5 - кабина крановщика; 6 - механизм передвижения вдоль кранового пути; 7 - несущий мост; 8 - тележка с грузоподъ- емным механизмом; 9 - подкрановый путь; 10 - токопровод Колонна состоит из стержня, оголовка, подкрановой консоли и базы. Общая длина колонны складывается из высоты здания (Но), величины заглубления базы и высо- ты опорной части фермы (при жестком сопряжении ко- лонны с фермой покрытия). Высота сечения колонны по условиям жесткости дол- жна быть не менее 1 /20 высоты здания и увязана с раз- мерами стального проката. Ступенчатые колонны (рис. 21.6 б) являются массо- выми для стальных каркасов одноэтажных промзданий. Подкрановая балка опирается на уступ нижней части ко- лонны и располагается по оси подкрановой ветви. При двухъярусном расположении кранов колонны могут иметь дополнительную консоль в верхней части колонны либо два уступа {двухступенчатые колонны). Размеры по высоте ступенчатых колонн определяют- ся аналогично колоннам постоянного сечения. Высоту поперечного сечения верхней части из условия жесткос- ти предварительно принимают не менее 1/12 ее длины от верха уступа до низа стропильной фермы. Высоту сече- ния нижней части колонны в поперечном направлении назначают не менее 1/20 Н, а при интенсивной работе кранов - 1/15 Н, где Н - расстояние от верха фундамента до низа стропильной фермы. Колонны раздельного типа имеют шатровую ветвь и гибко связанную с ней подкрановую ветвь. Шатровая ветвь работает в системе поперечной рамы и восприни- мает все нагрузки кроме вертикального давления мосто- вого крана. Подкрановая ветвь связана с шатровой гиб- кими в вертикальной плоскости горизонтальными планка- ми, поэтому она воспринимает только вертикальное уси- лие от мостовых кранов. Применение колонн раздельно- го типа рационально в случае низкого расположения кра- нов большой грузоподъемности. Компоновка сечений и расчет сплошных колонн. Стержень сплошностенчатой колонны постоянного сече- ния или надкрановой части ступенчатой колонны обычно проектируют двутаврового типа. Если применение широ- кополочных двутавров приводит к существенному повыше- нию металлоемкости или отсутствуют двутавры необходи- мой мощности, то сечение колонн компонуют из трех ли- стов в виде составного двутавра симметричного сечения (рис. 21.7 б). Несимметричное сечение из трех листов (рис. 21.7в) допускается при сильном различии расчетных изгибающих моментов разных знаков. Полки высоких ко- лонн при больших усилиях можно выполнить из прокатных или сварных двутавров (рис. 21.7 г, д). Для подкрановой части ступенчатой колонны крайних рядов целесообразны асимметричные сечения (рис. 21.7 е-з). Иногда размеры поперечного сечения колонны при- ходится увеличивать иэ условия жесткости, по конструк- тивным или технологическим соображениям. При этом следует уменьшать толщину стенки, обеспечивая ее ус- тойчивость гофрированием или укреплением ребрами жесткости. При проектировании колонны требуется обеспечить ее несущую способность путем проверок устойчивости в плоскости и из плоскости рамы, местной устойчивости стенки и полок, а также ограничить гибкость колонны пре- дельной величиной. Требуемая площадь поперечного сечения стержня сплошной колонны приближенно может быть определена по формуле: А = N/Ryyc (1,25 + 2,2 M/Nh),
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 377 где N, М - усилия одной из расчетных комбинаций нагрузок, принятой для расчета колонны; h - высота се- чения стержня. При распределении этой площади между стенкой и полками следует стремиться к передаче большей ее час- ти на долю полок с тем, чтобы повысить общую устойчи- вость стержня, но при этом ствнка не должна быть слиш- ком тонкой для обеспечения ее местной устойчивости. Обычно толщину стенки назначают не менее 8 мм, а отношение высоты стенки к ее толщине принимают в пре- делах 60-120. Компоновка сечений сквозных колонн. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей, объединенных между собой соединительной решеткой. Для шатровых ветвей колонн крайних рядов, если затруднено крепление стенового ограждения к полкам двутавра, применяют швеллерное сечение в виде прокатного или холодногну- того швеллера из листа толщиной до 16 мм (рис. 21.8). В мощных колоннах применяют сварные швеллеры из лис- тов или листа и уголков. Сечения колонн средних рядов выполняют симметричными из прокатных двутавров либо составного сечения. Рис. 21.6. Типы колонн: а - постоянного сечения; б - ступенчатая; в - раздельная Расстояние между осями ветвей (ho) зависит от вы- соты колонны, расчетных усилий, наличия или отсутствия прохода в уровне тормозных конструкций. Размер этот принимают кратным 250 мм. Решетку сварных колонн обычно размещают в двух плоскостях, но в легких колоннах может применяться од- ноплоскостная решетка, устанавливаемая по оси сече- ния. Двухплоскостную решетку выполняют из одиночных уголков и центрируют на оси ветвей (рис. 21.9). С целью уменьшения размеров узловых фасонок решетку заводят на полки ветвей, поэтому ширину полок следует назна- чать возможно большей. Усилия в раскосах от продольных деформаций ветвей колонн, загруженных нормальной силой (N) и изгибаю- щим моментом (М), зависят от схемы соединительной решетки. По этому признаку схемы решеток разделяются на три типа: не воспринимающие N и М, воспринимаю- щие только М и воспринимающие N и М. К первому типу относятся треугольная и полураскос- ная решетки (рис. 21.10а). Стойки полураскосной решет- ки испытывают незначительный изгиб при обжатии вет- вей, который можно не учитывать. Еще меньший изгиб испытывают раскосы треугольной решетки. Треугольная с распорками и крестовая решетки (рис. 21.10 б) воспринимают часть продольной силы, но не реа- гируют на изгибающий момент. Раскосы таких схем рабо- Рис. 21.8. Типы сечений сквозных колонн: а - крайних рядов; б - средних рядов Рис. 21.7. Типы сечений сплошных колонн; а - из прокатного двутавра; б, в, д, ж, з - из сварных листов; г - из двух двутавров и листа; е - из швеллера и листов Рис. 21.9. Варианты конструктивного оформления стержней сквозных колонн: 1 - диафрагма; 2 - ребро
378 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ тают на сжатие, распорки - на растяжение. При треуголь- ной с распорками схеме решетки ветви колонны испыты- вают изгиб, что отрицательно сказывается на их работе. Ромбическая и ромбическая с распорками схемы ре- шеток (рис. 21. Ю в) чувствительны и к нормальной силе, и к изгибающему моменту. Раскосы таких схем получают Рис. 21.10. Схемы соединительной решетки сквозных колонн: а - нечувствительных к обжатию ветвей; б - участвующих в рабо- те на нормальную силу; в - участвующих в работе на нормальную силу и изгибающий момент Рис. 21.11. Узел шарнирного опирания стропильной фермы на колонну и варианты его решений: 1 - стержень колонны; 2 - опорная плита; 3 - опорная пластина; 4 - опорное ребро; 5 - поперечное ребро; 6 - накладка сжатие, распорки - растяжение. Ветви колонны при ром- бической решетке испытывают изгиб. Оголовки колонн. Опирание стропильных ферм на колонны может быть спроектировано сверху или сбоку. Опирание сверху применяют при шарнирном присоеди- нении фермы к колонне, опирание сбоку - как при шар- нирном, так и при жестком. При шарнирном сопряжении ригеля (фермы) со стой- кой (колонной) действует только вертикальная сила, рав- ная опорной реакции фермы. При опирании фермы на колонну сверху (рис. 21.11) эта сила через строганый фланец надопорной стойки фермы передается на опор- ную плиту толщиной 20-30 мм и далее с помощью опор- ных ребер переходит на стенку и равномерно распреде- ляется по сечению стержня колонны. Толщину опорных ребер оголовка колонны определяют расчетом на смятие и обычно назначают в пределах 14-20 мм. Опорное ребро (фланец) фермы опирается нижним ребром на плиту оголовка. Возможный перекос фланца (при изготовлении или монтаже) может вызвать неравно- мерное давление на опорные ребра, в результате чего они будут оказывать местное давление на стенку колон- ны из ее плоскости. Для передачи этого давления на пол- ки колонны низ опорных ребер обрамляется поперечны- ми горизонтальными ребрами. При наличии прохода по крановым путям верхние ча- сти колонн средних рядов могут быть смещены относи- тельно вертикальных осей в сторону одного из смежных пролетов. Это обуславливает необходимость применения различных вариантов размещения опорных ребер. Схемы основных решений конструктивного оформления оголов- ков приведены на рис. 21.11. При жестком сопряжении ригеля с колонной стро- пильная ферма примыкает к колонне сбоку (рис. 21.12 а). Опорное давление передается на опорный столик из лис- та толщиной 30-40 мм или из отрезка уголка со срезан- ной полкой. Угловые швы крепления столика рассчитыва- ют на усилие 1,2Р, а диаметры отверстий для прикрепле- ния опорного фланца - фермы к колонне - назначают на 3-4 мм больше диаметра болтов. При конструировании узла сопряжения следует стремиться к совмещению се- редины опорного фланца с осью нижнего пояса фермы. Рис. 21.12. Жесткое сопряжение фермы с колонной (а) и вариан- ты крепления верхнего пояса (б, в)
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 379 Варианты крепления верхнего пояса стропильной фермы к колонне показаны на рис. 21.12 б, в. Базы колонн без траверс {рис. 21.13) применяют в бескрановых зданиях, в зданиях с подвесным транспор- том и с мостовыми кранами общего назначения грузо- подъемностью до 20 т. Опорная плита колонны должна быть компактной в плане и не иметь больших консольных вылетов, толщина плиты, определяемая расчетом на реактивный отпор бе- тона, получается порядка 50-80 мм. Отверстия в плитах для анкерных болтов назначают на 20-30 мм больше диаметра болта. На болты надевают шайбы и после натяжения болта гайкой шайбу привари- вают к плите. Для болтов диаметром 42,48 и 56 мм обыч- но принимают шайбы с размерами 160 х 160 мм при тол- щине 20-25 мм. Базы колонн с траверсами. Для обеспечения жест- кости базы и уменьшения толщины опорной плиты уста- навливают траверсы, ребра и диафрагмы. Ширину плиты принимают на 100-200 мм шире колонны. Конструкция базы сплошной колонны показана на рис. 21.14. Базы решетчатых (двухветвевых} колонн проекти- руют, как правило, раздельного типа (рис. 21.15). Каждая ветвь колонны имеет свою центрально загруженную базу. Толщину траверс назначают обычно 12-16 мм, толщину опорных плит - 20-50 мм. В траверсах предусматривают отверстия диаметром 40 мм для строповки. Стальные колонны для зданий без опорных мос- товых кранов высотой 6-8,4 м (рис. 21.16) разработаны применительно к стальным конструкциям покрытий. Ко- лонны имеют сплошностенчатое постоянное сечение по высоте. Сечения стержней колонн приняты из двутавров с параллельными гранями полок {широкополочных дву- тавров). В зависимости от параметров здания и нагрузок ствол колонн может иметь сечение двутавров от 35Ш1 до 70Ш1 и различную привязку к крайним координационным осям. Базы колонн спроектированы с опорными плитами, приваренными к стержню колонны на заводе. Для производственных зданий без опорных мостовых кранов высотой 9,6-18 м колонны проектируют сквозны- ми, двухветвевыми, с двухплоскостной безраскосной ре- шеткой (рис. 21.17). Ширина колонны по осям ветвей Рис. 21.13. Опирание стальной колонны через опорную плиту на фундамент: 1 - колонна; 2 - анкерный болт с гайкой и шайбой; 3 - анкерная плитка; 4 - оси анкерных болтов; 5 - цементная подливка; 6 - фундамент принята для всех колонн крайних и средних рядов 800 мм. Ветви колонн спроектированы из стальных горячекатаных двутавров с параллельными гранями полок. Базы ко- лонн - раздельные для каждой ветви. Колонны зданий высотой 8,4 и 9,6 м, оборудован- ных мостовыми опорными кранами (рис. 21.18) спро- ектированы сплошностенчатыми постоянного сечения по Рис. 21.14. Опирание колонны через траверсы базы на фундамент; 1 - колонна: 2 - анкерный болт; 3 - анкерная плитка. 4 - опорная плита; 5 - цементная подливка; 6 - фундамент Рис. 21.15. Опирание двухветвевой колонны на фундамент: 1 - колонна: 2 - анкерный болт; 3 - монолитнобетонный ростверк по сваям; 4 - буронабивная свая
380 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ высоте из двутавров широкополочных. Отметка верха фундамента - 0,3 м. Базы колонн - с опорными плитами. Двухветвевые колонны номинальной высотой 10,8— 18 м разрабатывают для применения в зданиях пролета- ми 18, 24, 30 и 36 м с шагом колонн по крайним и сред- ним рядам 6 и 12 м, с одноярусным расположением мос- товых кранов легкого, среднего и тяжелого режимов ра- боты грузоподъемностью до 50 т с проходами и без про- ходов вдоль подкрановых путей (рис. 21.19}. Колонны проектируют ступенчатыми с нижней решет- чатой частью и верхней частью из сварных или широко- Рис. 21.16. Стальные колонны для зданий высотой 6,0-8,4 м без мостовых опорных кранов: а, б - колонны крайнего ряда; в - колонна среднего ряда Рис. 21.18. Стальные колонны для зданий высотой 8,4 и 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами: а - крайнего ряда; б - среднего ряда Рис. 21.17. Стальные колонны сквозного сечения для зданий вы- сотой 9,6-18,0 м без опорных мостовых кранов; а - крайних рядов; б - средних рядов 10,8; 12,0; 13,2; 14,4; 15,6; 16,8; 18,0 Рис. 21.19. Стальные двухветвевые (сквозные) колонны для зда- ний высотой 10,8-18,0 м, оборудованных мостовыми опорными кранами: а - крайнего ряда; б - среднего ряда
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 381 полочных прокатных двутавров. Подкрановые ветви ре- шетчатой части выполняют из прокатных, сварных, а так- же широкополочных двутавров, наружные ветви колонн крайних рядов - из прокатных и гнутых швеллеров или широкополочных двутавров. Решетка подкрановой части колонн принята двухплоскостной и выполняется из про- катных уголков (рис. 21.20}. Базы колонн принимают раздельными с фрезерованны- ми торцами ветвей. Надкрановую и подкрановую части ко- лонн соединяют сваркой в заводских условиях или на стро- ительной площадке в зависимости от размера колонны, транспортных средств и конкретных условий строительства. Колонны всех указанных типов могут применяться в районах с расчетной температурой наружного воздуха -40"С и выше - для отапливаемых зданий и -30"С и выше - для неотапливаемых зданий. Устойчивость каркаса и восприятие действующих в продольном направлении нагрузок (ветер, торможение кранов, усилия от технологических нагрузок, температур- ные воздействия, сейсмические усилия) обеспечивают продольные конструкции. В систему продольных конст- рукций входят колонны, связанные между собой продоль- ными элементами - подстропильными фермами, подкра- новыми и тормозными конструкциями, распорками и вер- тикальными связями по колоннам. Вертикальные связи по конструкции применяют следующих типов: крестовые, раскосные, полураскосные, портальные, подкосные (рис. 21.21). Рис. 21.20. Элементы двухветвевой средней колонны (при нали- чии проходов вдоль подкрановых путей): 1 - подкрановая ветаь; 2 - надкрановая часть; 3 - оголовок; 4 - раскосы решетки; 5 - база; 6 - анкерный болт В зависимости от условий работы раскосные связи могут быть растянутые и сжато-растянутые. Для зданий, оборудованных мостовыми кранами с тяжелым режимом работы, применение растянутых связей не рекомендуется. Портальные связи применяются для обеспечения технологических проходов и проездов, а также в случаях, когда шаг колонн в полтора раза и более превышает вы- соту связевой панели (высоту до низа подкрановой бал- ки). Портальные связи, как правило, более многодельны и деформативны, чем крестовые и раскосные. Вертикальные связи по колоннам целесообразно размещать посередине температурного отсека. При ширине сплошностенчатых колонн до 600 мм ре- комендуется выполнять вертикальные связи одноплос- костными, при ширине колонн более 600 мм, а также при двухветвевых колоннах, вертикальные связи выполняют- ся двухплоскостными. По верху колонн, а также в уровнях, определяемых требуемой гибкостью колонн из плоскости, устанавлива- ются распорки. Подкрановые конструкции. Среди конструктивных элементов, определяющих надежность и эксплуатацион- ную пригодность промышленных зданий, особое место принадлежит подкрановым конструкциям. В большинстве зданий эксплуатируются подкрановые конструкции в виде сварных или прокатных балок. В общем случае подкрановые системы состоят из собственно подкрановой балки, кранового рельса с креп- лениями, тормозной балки (или фермы), связей по ниж- нему поясу, вертикальных связей, диафрагм или попереч- ных связей, т.е. представляют собой в совокупности про- странственный жесткий брус (рис. 21.22). Подкрановые конструкции воспринимают комплекс нагрузок и воздействий: собственный вес конструкций; вертикальные, горизонтальные и крутящие воздействия катков крана; ветровые и сейсмические нагрузки; темпе- ратурные и др. воздействия. Подкрановые балки подразделяются на следующие типы: • по расчетным схемам: разрезные и неразрез- ные (рис. 21.23)', • по конструктивному решению: сплошностенча- тые (рис. 21.24} и сквозные (рис. 21.25); Рис. 21.21. Схемы решений вертикальных связей между колон- нами: а - крестовая; б - раскосная; в - полураскосная; г; д - порталь- ные; е - подкосная
382 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • по способу соединения элементов: сварные, клепаные, на высокопрочных болтах, комбинирован- ные {рис. 21.24). Особый вид конструкций представляют собой под- краново-подстропильные фермы (рис. 21.26). Объеди- нение подкрановой балки и подстропильной фермы по- зволяет в ряде случаев при технологической необходимо- сти использовать мощные краны тяжелого и весьма тяже- лого режимов работы. Схема и тип подкрановых конструкций назначаются в зависимости от грузоподъемности, режима работы кра- нов, пролета подкрановых конструкций, податливости опор, типа грунтов оснований. Сечение подкрановых балок принимается в виде симметричного двутавра из прокатных широкополочных профилей или из трех листов е виде сварного двутавра. В некоторых случаях для поясов балок составного сечения возможно выполнение поясов из пакета листов, соединен- ных на сварке или высокопрочных болтах (см. рис. 21.24). Минимальная ширина верхнего пояса определяется типом применяемого рельса и способом его крепления к подкрановой балке. Обычно для сварной балки ширину верхнего пояса принимают 250 мм, нижнего - 200 мм. Толщина стенки во многом зависит от значения дав- ления катка крана, являющегося определяющим факто- ром местной устойчивости. Толщину стенки балки можно определить по формуле: t = (6 + 3h) мм, где h - высота балки, м. Минимальная толщина стенки может составлять 1/70—1/200 высоты балки. При проектировании подкрановых балок на высоко- прочных болтах рекомендуется выбирать сплошносгенча- тое сечение, состоящее из вертикального листа, верхне- го пояса из двух уголков и поясного листа или пакета ли- нии. 21.22. Схемы подкрановых путей: а - по колоннам крайнего ряда: б - среднего ряда; 1 - каток кра- на; 2 - тормозная балка (ферма); 3 - вспомогательная ферма (балка); 4 - вертикальные связи; 5 - подкрановая балка; 6 - го- ризонтальная связь; 7 - подкрановый рельс Рис. 21.23. Подкрановые балки: а - разрезная сплошностенчатая; б - неразрезная стов, нижнего пояса из двух уголков. Для разрезных под- крановых балок рекомендуется проектировать комбини- рованную болто-сварную балку с верхним поясом из двух уголков и поясного листа с нижним поясом из листа, при- варенного к стенке балки (см. рис. 21.24 в, г). Подкрановые фермы (см. рис. 21.25) проектируют с параллельными поясами, с треугольной схемой решет- ки и стойками. Высоту подкрановых ферм следует назна- чать в пределах 1/5-1/7 пролета при пролетах 12-18 м и 1/7—1/10 пролета при пролетах 24-36 м (где меньшие величины относятся к большим пролетам). Длину панели подкрановой фермы рационально назначать приблизи- тельно равной высоте фермы, но не более 3 м с тем, что- бы можно было подобрать сечение верхнего пояса из прокатного широкополочного двутавра, нижний пояс - широкополочного тавра или из уголков; для элементов решетки рекомендуются спаренные уголки. Подкраново-подстропильные фермы (ППФ) про- ектируются с ездовым нижним поясом коробчатого сече- Рис. 21.24. Типы поперечных сечений подкрановых балок сплош- ного сечения: а - сварная; б - из листов и уголков клепаная или с соединения- ми на высокопрочных болтах; в. г - с комбинированными соеди- нениями (болтосварные) Рис. 21.25. Сквозная разрезная подкрановая ферма (общий вид и узлы)
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 383 ния и восходящими {сжатыми) опорными раскосами {см. рис. 21.26}. Решетка и верхний пояс фермы проектиру- ются Н-образного сечения. Высоту ППФ рекомендуется принимать в пределах 1/5-1/8 пролета. Верхний пояс фермы принимается в одном уровне с верхним поясом стропильных конструкций. Длину панелей нижнего пояса назначают кратной 3 м. Монтажные стыки подкраново- подстропильных ферм выполняются на сварке и высоко- прочных болтах. Подкрановые балки и фермы опирают на колонны с центрованной передачей опорного давления через опор- ные прокладки, прикрепленные к нижнему поясу {рис. 21.27), или через опорные ребра, имеющие строганые поверхности (рис. 21.28). Опорным ребрам подкрановых балок должно отвечать ребро в колонне (стальной). Опирание стальных подкрановых балок на железобе- тонные колонны должно осуществляться через распреде- лительную опорную плиту и крепиться к колонне предус- мотренными в ней анкерными болтами. Размер распре- делительной плиты определяется в зависимости от опор- ного давления подкрановой балки и марки бетона колон- ны (см. рис. 21.28). При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам следует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про- гибается, и ее опорное сечение поворачивается на неко- торый угол. Под влиянием температурных воздействий подкрановые конструкции удлиняются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных се- чений относительно колонн. Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать пе- редачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений. Применяются два типа узлов. В узлах первого Рис. 21.27. Опирание неразрезной подкрановой балки на сталь- ную колонну: а - сварной; б - на высокопрочных болтах Рис. 21.26. Подкраново-подстропильные фермы (варианты) Рис. 21.28. Опирание разрезных подкрановых балок на железо- бетонную колонну: 1 - закладные детали; 2 - планки, устанавливаемые в местах рас- положения вертикальных связей по колоннам
384 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ типа (рис. 21.29 а) поперечные горизонтальные воздей- ствия передаются через плотно пригнанные к полкам ко- лонны элементы (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сече- ний. В узлах второго типа (рис. 21.29 б) балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов в виде листов или круглых стержней. Рис. 21.29. Узлы крепления разрезных подкрановых балок к ко- лоннам: а - с упорными планками; б - с гибкими стержнями Рис. 21.30. Крепление железнодорожного рельса крюками: 1 - крюк; 2 - пружинная шайба Крепления рельсов к подкрановым балкам должны быть разъемными (подвижными). Крепление железнодо- рожного рельса осуществляется крюками из круглых стер- жней диаметром 24 мм с пружинными шайбами; крюки проходят через отверстия в стенке рельса и захватывают кромки верхнего пояса подкрановой балки (рис. 21.30). Специальные крановые рельсы крепятся посред- ством планок с подкладками; планки имеют круглые от- верстия и соединяются с балкой болтами диаметром 24 мм, а подкладки имеют овальные вырезы, которые по- зволяют рихтовать рельс упором подкладок. После рих- товки рельсов плотно прижатые к ним подкладки прива- риваются к планкам (рис. 21.31). Рельс может крепиться скобами (рис. 21.32), при- крепляемыми с помощью высокопрочных болтов с фигур- ными планками и клиньями. Также возможно крепление рельса установкой под него подкладок специального про- филя с выпуклой цилиндрической поверхностью, контак- тирующей с верхним поясом балки в пределах толщины стенки (рис. 21.33). Упоры для кранов устраивают по концам подкрано- вого пути для фиксации предельного положения крана. Их располагают в соответствии с технологическим зада- нием. Для смягчения возможных ударов к передней час- ти упора прикрепляют деревянный брус на уровне буфе- ров кранового моста (рис. 21.34). Покрытия. Стальные конструкции покрытий в общем случае состоят из следующих элементов: стропильных Рис. 21.31. Крепление кранового рельса планками: 1 - упорная планка; 2 - прижимная планка Рис. 21.32. Крепление кранового рельса с помощью скоб: 1 - фигурная планка; 2 - скоба; 3 - клин; 4 - высокопрочный болт
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 385 ферм, подстропильных ферм, прогонов (в покрытиях с прогонным решением), фонарных конструкций, связей. В покрытиях зданий, в зависимости от их назначения и эксплуатации, применяют стропильные фермы: с парал- лельными поясами, трапециевидные двухскатные и треу- гольные (рис. 21.35}. Первые два вида ферм применяют при кровлях из рулонных и мастичных материалов и кровельных плит, фермы треугольного очертания - при кровле из асбе- стоцементных волнистых или подобных листов. Решетку ферм следует применять поэлементную про- стой формы. Рациональны треугольная с дополнительны- ми стойками (рис. 21.36 а}, треугольная (рис. 21.36 б), Рис. 21.33. Крепление кранового рельса с подкладкой: 1 - упругая подкладка: 2 - упорная планка; 3 - прижимная план- ка; 4 - подрельсовая подкладка; 5 - болт раскосная (рис. 21.36 в} и перекрестная (рис. 21.36 г}. Выбор типа решетки зависит от конструктивных особен- ностей фермы, способа узловых соединений решетки с поясами, способа опирания на колонны, требуемых раз- меров пространства между элементами решетки и др. Наиболее целесообразна треугольная решетка с допол- нительными стойками, поскольку она имеет наименьшее количество стержней и узлов. При проектировании стропильных ферм должна быть обеспечена их габаритность по условиям транспортиров- ки. Предельный размер по высоте между крайними точ- ками выступающих элементов не должен превышать 3,8 м. Для достижения габаритности ферм по высоте при больших уклонах кровли и больших пролетах следует пре- дусматривать устройство монтажных стыков. Членение ферм по длине на отправочные марки обычно производится так: фермы пролетами 24 и 30 м поставляются двумя отправочными марками, пролетом 36 м - тремя отправочными марками. Стропильные и подстропильные фермы проектируют: • из парных горячекатаных уголков; • с поясами из тавров и решеткой из уголков; • с поясами из широкополочных двутавров и ре- шеткой из прямоугольных гнутосварных профилей или горячекатаных уголков; • из круглых электросварных труб; • из замкнутых прямоугольных гнутосварных про- филей (прямоугольных труб). Рис. 21.35. Геометрические схемы стропильных ферм Рис. 21.34. упоры для кранов разной грузоподъемности: а - до 30 т для сварных подкрановых балок; б - до 250 т для ба- лок на высокопрочных болтах а б Рис. 21.36. геометрические схемы решеток стропильных ферм
386 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Фермы из горячекатаных уголков (рис. 21.37) по своим конструктивным особенностям можно применять во всех климатических районах в сочетании с легкими и тяжелыми ограждающими конструкциями при пролетах зданий 18-36 м. Из-за наличия узловых фасонок и других листовых деталей они многодельны, материалоемки и могут применяться только в обоснованных случаях. Не Рис. 21.37. Схемы стропильных ферм из прокатных уголков с раз- бивкой на отправочные элементы о Рис. 21.38. Узлы заводского изготовления стропильных ферм из прокатных уголков: а - крайние верхнего и нижнего поясов; б - примыкания раско- сов к верхнему поясу, в - примыкания стойки допускается эксплуатация этих ферм в средне- и сильно- агрессивной среде из-за щелей между уголками. Не сле- дует также применять их при внеузловых нагрузках, вы- зывающих местные изгибы поясов. Стропильные фермы из уголков пролетом 18 м за- проектированы с нижним горизонтальным поясом и вер- хним поясом с уклоном 1,5%. Фермы остальных пролетов запроектированы с параллельными поясами, имеющими уклон 1,5%. Общая высота на опоре ферм составляет 3300 мм, а по обушкам поясных уголков - 3150 мм. Номи- нальная длина ферм принята меньше пролета здания за счет сокращения размеров крайних панелей. Характерные решения узлов стропильных ферм из парных горячекатаных уголков приведены на рис. 21.38- 21.40. В состав покрытий при устройстве подвесного транс- порта или в соответствии с требованиями технологии могут включаться подстропильные фермы пролетами 12,18 или 24 м. Схемы подстропильных ферм показаны на рис. 21.41, а на рис. 21.42 представлены их основные узлы. Подстропильные фермы запроектированы в виде единых отправочных элементов. Пояса ферм приняты также из спаренных уголков. Опорную стойку подстро- пильной фермы выполняют двутаврового сечения. В ниж- ней части стойки укрепляют столик для опирания стро- пильной фермы. Опирание стропильных ферм на подстропильные фермы или на колонны и подстропильных ферм на колон- ны принято шарнирным (рис. 21.43). 2-2 Рис. 21.39. Монтажные сварные узлы стропильных ферм из угол- ков
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 387 <— Рис. 21.40. Монтажные узлы стропильных ферм из прокатных уголков на высокопрочных болтах 2-2 Рис. 21.41. Схемы подстропильных ферм из прокатных уголков litо фаддаЦ 5oJ nx80j,160], J80 Рис. 21.42. Узлы подстропильной фермы: а - верхний и нижний (опорный) крайние; б - в месте опирания стропильной фермы
388 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 21.43. Конструкции покрытий с применением стропильных и подстропильных ферм: а - с железобетонными плитами покрытий; б - со стальным про- филированным настилом; 1 - колонна; 2 - стропильная ферма; 3 - подстропильная ферма; 4 - надопорная стойка; 5.6 - прогоны; 7 - железобетонная плита покрытия; 8 - профилированный настил Шаг стропильных ферм можно принимать равным 6 или 12 м. Предельные размеры температурных отсеков зданий принимают: при расчетной сейсмичности 7 бал- лов - 144 м, 8 баллов - 120 м. Покрытия с применением широкополочных тав- ров. В состав несущих покрытий входят стропильные и, при необходимости, подстропильные фермы, опорные стойки, система горизонтальных и вертикальных связей, прогоны. Конструкции покрытий используют в однопро- летных и многопролетных зданиях при любых сочетаниях пролетов шириной 18, 24, 30 и 36 м. Шаг стропильных ферм, так же как и шаг колонн, по средним и крайним рядам можно принимать 6 и 12 м. Устройство подвесного транспорта допускается толь- ко при шаге стропильных ферм 6 м. При шаге колонн 12 м и шаге ферм 6 м по колоннам устанавливают подстро- пильные фермы. Опирание как стропильных, так и под- стропильных ферм на колонны принято шарнирным. Стропильные фермы запроектированы с параллельными поясами, имеющими уклон 1,5%. Высота ферм на опоре по полкам тавров составляет 3150 мм. Номинальная дли- на ферм принята на 400 мм меньше пролета. В поясах ферм использованы широкополочные тавры, решетка выполнена из прокатных уголков {рис. 21.44}. Конструктивное решение опорных узлов стропильных ферм обеспечивает передачу вертикальной опорной ре- акции через опорное ребро на оголовок колонны. Гори- зонтальные реакции на колонны в уровне оголовка пере- даются через опорные стойки. Зазор между торцом стро- пильной фермы и боковой гранью опорной стойки, кото- рый может возникнуть в результате неточности изготов- ления конструкций, заполняют при монтаже специальны- ми прокладками {рис. 21.45). В конструкцию покрытия при необходимости устрой- ства подвесного транспорта в зданиях с шагом колонн Рис. 21.44. Заводские узлы стропильных ферм с поясами из широкополочных тавров
Раздел tv. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 389 12 м может быть включена подстропильная ферма (рис. 21.46). Для стропильных ферм из широкополочных тав- ров применяют подстропильные фермы треугольного очертания пролетом 12 м. На рис. 21.47 показаны схемы стропильных ферм с по ясами из широкополочных тавров с перекрестной решеткой из одиночных уголков номинальной длиной 18, 24 и 30 м Фермы пролетами 24 и 30 м запроектированы из двух от- правочных элементов заводского изготовления. К поясам стропильных ферм из широкополочных таеров с помощью заклепок, полученных методом сквозного проплавления, прикреплены раскосы из одиночных уголков. Монтажные узлы ферм выполнены фланцевыми на высокопрочных бол- тах в нижних поясах и на обычных болтах - в верхних поясах (рис. 21.48). Подстропильные фермы (рис. 21.49) запроек- 2-2 Рис. 21.45. Узел примыкания опорной стойки и стропильных ферм к колон- не среднего ряда: 1 - стойка; 2 - монтажные прокладки Рис. 21.46. Узлы подстропильной фермы для стропильных ферм С поясами из широкополочных тавров: а - узел верхнего пояса; б - средний узел нижнего пояса; в - крайний узел нижнего пояса Рис. 21.47. Схемы стропильных ферм с поясами из широкополочных тавров и перекрестной решеткой из одиночных уголков (показа- ны варианты подвески кранов к фермам)
390 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ тированы с параллельными поясами номинальной длины 12 м в виде одной отправочной марки. Все соединения эле- ментов - сварные. На рис. 21.50 показаны конструкции за- водских узлов подстропильной фермы. Стропильная ферма опирается на опорный столик, установленный на среднюю стойку подстропильной фермы (рис. 21.51}. Типовые конструкции покрытий с фермами, имею- щими пояса из широкополочных двутавров, предназ- начены для строительства промышленных предприятий с рулонной и мастичной кровлей по железобетонным пли- там и стальному профилированному настилу. Стропильные фермы запроектированы с параллель- ными поясами (уклон 1,5%) пролетами 24,30 и 36 м (рис. 21.52}. Общая высота ферм на опорах 3300 мм, а по на- ружным граням двутавров, образующих пояса, - 3150 мм. Номинальная длина ферм принята на 416 мм меньше пролета здания. Пояса стропильных ферм запроектированы из широ- кополочных двутавров высотой 200 мм, а для решетки использованы замкнутые профили коробчатого сечения. Все заводские соединения элементов выполнены на сварке (рис. 21.53). Монтажные соединения отправочных элементов ферм запроектированы на высокопрочных болтах в двух вариантах: на накладках и на фланцах (рис. 21.54). Подстропильные фермы (рис. 21.55; 21.56} запроек- тированы треугольного очертания в виде одного отпра- вочного элемента с габаритной высотой 3570 мм. Швы крепления опорного столика для опирания стро- пильной фермы на подстропильную рассчитывают на опорное давление, увеличенное в 1,5 раза. Если боковых граней столика не хватает для размещения сварных швов, то по оси столика устраивают вырез, периметр ко- торого определяется необходимостью размещения свар- Рис. 21.48. Монтажные узлы стропильных ферм из широкополоч- ных тавров и перекрестной решеткой из одиночных уголков: а - верхнего пояса: б - нижнего пояса; в - соединение раскосов в заводском узле Рис. 21.49. Схемы подстропильных ферм для покрытий со стро- пильными фермами из широкополочных тавров и перекрестной решеткой: а - для средних рядов; б - у торцов и температурных швов ных швов. Узел крепления стропильной фермы к подстро- пильной приведен на рис. 21.57. Покрытия с фермами из круглых труб Конструк- тивные решения элементов в стропильных конструкциях с использованием круглых стальных труб в результате рационального использования стали обеспечивают, по сравнению с элементами другого поперечного сечения, снижение расхода материалов. Покрытия применяют в зданиях при любых сочетаниях пролетов, равных 18,24 и 30 м. Шаг стропильных ферм так же, как и шаг колонн, по средним и крайним рядам может быть 6 и 12 м. Опирание стропильных ферм на колонны или подстропильные фер- мы принято шарнирным. Рис. 21.50. Узлы подстропильной фермы: а - верхний крайний; б - нижний опорный: в - средний Рис. 21.51. Узел крепления стропильной фермы к под- стропильной: а - для крайнего ряда; б - для среднего ряда; 1 - стропиль- ная ферма; 2 - монтажные прокладки: 3 - подстропиль- ная ферма; 4 - болты М24
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 391 Стропильные фермы (рис. 21.58) запроектированы с горизонтальными параллельными поясами. Требуемый уклон покрытия в 1,5% обеспечивается за счет разной высоты опорных столиков для крепления прогонов. Фер- мы пролетом 24 и 30 м запроектированы в виде двух по- луферм. Монтажные стыки полуферм запроектированы фланцевыми, в работающих на растяжение нижних по- ясах - на высокопрочных болтах, в верхних поясах - на Рис. 21.52. Схемы стропильных ферм с поясами из широкопо- лочных двутавров. Размер а принимается 600 мм при стыке на накладках и 400 мм - при стыке на фланцах Рис. 21.53. Заводские узлы стропильных ферм с поясами из ши- рокополочных двутавров: а - верхнего пояса; б - опорный обычных болтах. Высота ферм на опоре по осям состав- ляет 2900 мм. Конструкция фермы из круглых труб приведена на рис. 21.59. Пояса стропильных ферм имеют постоянное сече- ние по всей длине, что позволяет избежать стыков труб в узлах. Сопряжение раскосов круглого сечения с поясами в узлах выполняют без фасонок с помощью заводской свар- ки. Для элементов ферм используют электросварные тру- бы диаметрами от 102 до 273 мм с толщиной стенки от 4 до 8 мм. К верхнему поясу в узлах приваривают специаль- ные столики из круглых труб для опирания прогонов. В конструкцию покрытия {рис. 21.60) при необходи- мости может быть включена подстропильная ферма тре- угольного очертания пролетом 12 м (рис. 21.61). Пояса подстропильных ферм выполняются из круглых труб, стойка - из усиленного листами прокатного двутавра (рис. 21.62). Прогоны для покрытий со стропильными ферма- ми. Типовые сплошностенчатые прогоны высотой 250 мм выполняются из холодногнутых профилей С-образного сечения и комбинированные из них. Крепление прогонов к стропильным конструкциям предусматривается на болтах {рис. 21.63). В зависимо- сти от расчетной нагрузки прогоны могут быть из одного или двух профилей. В тех случаях, когда прогоны из холодногнутых про- филей не могут быть применены по несущей способно- Рис. 21.54. Монтажные узлы ферм с поясами из широкополоч- ных двутавров: а - на накладках; б - на фланцах Рис. 21.55. Схемы подстропильных ферм с поясами из широко- полочных двутавров: а - рядовая; б - у торцов здания и температурных швов
392 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ сти, допускается использование прогонов из горячеката- ных швеллеров. При шаге стропильных ферм 12 м применяют сталь- ные решетчатые прогоны пролетом 12 м (рис. 21.64). Ти- повые конструкции прогонов запроектированы треуголь- ной формы высотой в середине пролета 1,5 м. Верхний пояс прогона состоит из парных холодногнутых швелле- ров, а решетка - из одиночных. Соединение элементов выполняется сваркой. Фермы из замкнутых гнутосварных прямоугольных и квадратных труб достаточно экономичны благодаря ра- циональной форме профиля и бесфасоночным соединени- ям элементов решетки с поясами. Наиболее целесообраз- ной областью применения таких ферм являются пролеты зданий до 30 м в сочетании с легкими ограждающими кон- струкциями. При больших нагрузках и пролетах их эффек- тивность снижается. Сравнительно высокая жесткость про- филей позволяет воспринимать внеузловые нагрузки. Покрытие состоит из подстропильных ферм или ба- лок (пролет 12 м), стропильных ферм, шарнирно опираю- щихся с шагом 4 м на верхние пояса подстропильных ферм, профилированного настила, закрепленного непо- средственно на верхних поясах стропильных ферм (без прогонов), и системы связей. Стропильные фермы (рис. 21.65; 21.66) запроектиро- ваны с параллельными поясами, уклон которых составля- ет 1,5%. Высота ферм по наружным габаритам - 2 м. На заводе фермы пролетом 18 и 24 м изготавливают в виде двух отправочных элементов, а ферму 30 м - в виде трех. Рис. 21.57. Узел крепления стропильных ферм к подстропильной: 1 - подстропильная ферма; 2 - стропильная ферма; 3 - монтаж- ные прокладки; 4 - болты М24 Рис. 21.56. Узлы подстропильной фермы с поясами из широко- полочных двутавров: а - в середине пролета; б - опорный 2794 4 х 3000 = 12000 2794 ]20б| о1 18000 Рис. 21.58 Схемы стропильных ферм с применением круглых труб 206 б
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 393 Рис. 21.59. Характерные узлы стропильных ферм из круглых труб; а - заводские; б - монтажный Связи между фермами, создавая общую простран- ственную жесткость каркаса, обеспечивают заданную геометрию конструкций покрытия и удобство монтажа, закрепляют сжатые элементы из плоскости фермы, пере- распределяют на соседние рамы местные нагрузки, при- ложенные к одной раме. Система связей покрытия (рис. 21.67) состоит из свя- зей горизонтальных и вертикальных. Горизонтальные свя- зи располагают в плоскостях нижних и верхних поясов ферм, вертикальные - в плоскостях опорных и некоторых других стоек ферм. Горизонтальные поперечные связи по нижним поясам ферм размещают в торцах температурных бло- ков. Они образуются путем объединения нижних поясов Рис. 21.60. Покрытие с применением ферм из круглых труб: 1 - железобетонная колонна; 2 - надопорная стойка; 3 - рядовой прогон; 4 - профнастил; 5 - стропильная ферма; 6 - прогон (швеллер с листом); 7 - подстропильная ферма двух соседних стропильных ферм с помощью решетки. Полученные таким образом горизонтальные фермы вы- полняют две основные функции. Во-первых, воспринима- ют от стоек торцового фахверка ветровую нагрузку и пе- редают ее на связи между колоннами и далее с их помо- щью - на фундаменты. Во-вторых, они закрепляют от смещений вертикальные связи и растяжки между нижни- ми поясами ферм. Распорки (растяжки) между нижними поясами ферм закрепляют эти пояса от смещений и тем самым сокращают их расчетную длину из плоскости фермы, что способствует уменьшению вибрации нижних поясов ферм. Горизонтальные продольные связи по нижним поясам ферм служат опорами для верхних концов стоек продольного фахверка. Кроме того эти связи при дей- ствии сосредоточенных крановых нагрузок, приложенных к одной раме, вовлекают в работу соседние рамы, что уменьшает местные поперечные деформации каркаса. Распорки обеспечивают проектное положение ферм в процессе монтажа и ограничивают гибкость верхних по- ясов ферм из их плоскостей. Роль распорок могут выпол- нять прогоны, но только те, которые закреплены от смеще- ний с помощью горизонтальных поперечных связей. Горизонтальные поперечные связи по верхним по- ясам ферм по конструкции и схемам размещения анало- гичны их связям по нижним поясам. Они служат д ля закреп- ления от смещений распорок по верхним поясам ферм и прогонов. Эти связи можно не устраивать, если между смежными стропильными фермами связевого блока уста- новить вертикальные связи (рис. 21.68\ на рис. 21.67 по- казаны пунктиром) и через них обеспечить прикрепление распорок к поперечным связям по нижним поясам ферм. При наличии жесткого диска покрытия из плит или профилированного настила распорки между фермами и поперечные связи по верхним поясам ферм нужны толь- ко на период монтажа (временно). Связи проектируют из электросварных труб (см. рис. 21.68), замкнутых гнутосварных и гнутых открытых про- филей, горячекатаных уголков или швеллеров.
394 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а з-з Рис. 21.61. Узлы подстропильной фермы с применением круглых труб: а - середина пролета; б - опорный Рис. 21.62. Узел крепления стропильной фермы к подстропильной: а - крайний ряд; б - средний ряд; 1 - монтажная прокладка; 2 - подстропильная ферма: 3 - стропильная ферма Рис. 21.63. Узел крепления прогона из холодногнутых профилей к стропильным фермам: а - при прогоне из швеллера; б - при прогоне из двух швелле- ров; 1 - пояс стропильной фермы; 2 - прогон; 3 - ось узла; 4 - «шпальный» уголок
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 395 Рис. 21.64. Схема и конструкция решетчатого прогона Рис. 21.65. Схемы стропильных ферм с применением труб пря- моугольного поперечного сечения Рис. 21.66. Конструкции узлов стропильной фермы из труб пря- моугольного сечения: а - монтажные узлы верхнего и нижнего поясов; б - заводские узлы верхнего и нижнего поясов Рис. 21.67. Связи покрытия: а - по нижним поясам ферм; б - по верхним поясам ферм; 1 - поперечные горизонтальные (ветровая ферма); 2 - растяжки; 3 - продольные горизонтальные; 4 - вертикальные; 5 - поперечные горизонтальные; 6 - распорки
396 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Конструктивные схемы горизонтальных поперечных и продольных связевых ферм зависят от шага стропильных конструкций. Схемы связей по нижним поясам ферм при- ведены на рис. 21.69. При шаге ферм 6 м поперечные связевые фермы образуют путем объединения нижних поясов стропильных ферм с помощью крестовой или тре- угольной решеток. При шаге стропильных ферм 12 м можно ввести дополнительный пояс, подвешенный к вер- тикальным связям между фермами, и уменьшить ширину связевой фермы (рис. 21.69 в, г). Фахверк (каркас стенового ограждения) предназ- начен для восприятия нагрузок от стен и передачи их на основные конструкции каркаса и фундаменты. В зависи- мости от места расположения различают фахверк про- дольный, торцевой, а также фахверк внутренних стен. В местах перепадов высот выполняют подвесной фахверк, стойки которого крепят к стропильным или подстропиль- ным фермам. Стойки фахверка устанавливают в торцах здания, как правило, через 6 м. а для продольных стен при шаге ко- лонн 12 м и более - между ними. При легком стеновом ограждении и шаге основных колонн 12 м стойки фахвер- ка могут не устанавливаться, при этом стеновое ограж- дение крепят к ригелям пролетом 12 м. В состав фахвер- ка включаются стойки, ригели, ветровые фермы и балки, связи. Конструктивные решения фахверка, в основном, определяются такими данными как тип стенового ограж- Рис. 21.66. Схемы вертикальных связей между стропильными фермами и их характерные узлы: а - при шаге ферм 6 м; б - при шаге ферм 12 м; в - верхний узел; г - средний узел нижнего пояса; д, е - нижние крайние узлы дения, шаг колонн, наличие мостовых кранов, тип конст- рукции покрытия, наличие проемов, высота здания. Стойки фахверка обычно опираются шарнирно на фундамент и крепятся к конструкциям основного каркаса в уровне покрытия, к тормозным конструкциям крановых путей, переходным площадкам, ветровым фермам. На рис. 21.70-21.72 даны схемы продольных и торцевого фахверков для стен из железобетонных панелей. Приме- няют три основные типа стоек (рис. 21.73): Рис. 21.69. Связи по нижним поясам ферм: а, б - при шаге ферм 6 м; в-д - при шаге ферм 12 м; е - узел крепления горизонтальных связей к нижнему поясу стропильной фермы; 1 - растяжка; 2 - стропильная ферма; 3 - элементы свя- зей; 4 - вертикальная связь
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 397 тип а - стойка постоянного сечения. Рекомендуется во всех случаях, если это позволяет габарит в пределах конструкции покрытия; тип б - стойка ступенчатая с уменьшенным сечением в пределах конструкции покрытия. Применяется в случа- ях, когда габарит конструкций покрытия препятствует размещению стойки постоянного сечения; тип в - составная стойка. Включает основной ствол и оголовок в пределах высоты стропильных ферм. Раскреп- ляется в уровне верхних и нижних поясов стропильных ферм. Стойки фахверка, в зависимости от высоты и расчет- ных усилий, выполняют из двутавров, коробчатыми, из гнутых замкнутых сварных профилей (рис. 21.74), из го- рячекатаных швеллеров. В зданиях легкого типа для сто- ек можно применять тонкостенные профили. Рис. 21.70. Продольный фахверк в здании с мостовыми кранами при шаге ферм 6 м: 1 - стойка; 2 - связь; 3 - подстропильная ферма; 4 - подкрано- вая балка Рис. 21.71. Продольный фахверк в здании с мостовыми кранами при шаге ферм 12 м: 1 - стойка; 2 - надколонник; 3 - тормозная конструкция; 4 - связь Рис. 21.72. Торцевой фахверк: 1 - стойка; 2 - приколонная стойка; 3 - распорка, 4 - переходная площадка В высоких и узких зданиях торцевой фахверк целесо- образно включать в работу всего каркаса. Раскрепленный в плоскости торца здания системой связей (рис. 21.75), фахверк служит жесткой опорой для диска покрытия и принимает горизонтальные воздействия от ветра и кра- нов. Это позволяет повысить жесткость каркаса. В торцах здания по осям основных колонн устанавли- вают приколонные стойки коробчатого сечения и крепят их к основным колоннам. На рис. 21.76 приведены при- меры решения крепления приколонных стоек к сплошно- стенчатым (а) и решетчатым (б) колоннам. Различают два типа ригелей фахверка - несущие, воспринимающие нагрузку от веса стен и горизонтальные воздействия (ветер), и ветровые ригели, воспринимаю- щие только горизонтальные нагрузки. На рис. 21.77 представлена схема фахверка стены из легких металлических панелей. Ригели расположены по высоте через 2,4 м, что соответствует их несущей способ- ности на ветровые нагрузки. Ригели, воспринимающие горизонтальные и вертикальные нагрузки - надоконные, подоконные и в местах стыков панелей, - выполняют ко- робчатого сечения из гнутосварных профилей. Рядовые ригели, воспринимающие только ветровую нагрузку, и цокольные выполняют из швеллеров (рис. 21.78). Рис. 21.73. Типы стоек фахверка: а - постоянного сечения; б - ступенчатая; в - составная; 1 - ос- новная стойка: 2 - надколонник; 3 - стропильная ферма Рис. 21.74. Сечения стоек фахверка: а - горячекатаный двутавр; б - коробчатое из двух швеллеров; в - замкнутый гнутосварной профиль; г - открытый сварной про- филь из тонкостенных холодногнутых элементов
398 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Крепление стоек фахверка к конструкциям покрытия предусматривается гибкими планками толщиной 8- 10 мм, не препятствующими вертикальным перемещени- ям стропильных конструкций и раскрепляющими стойки в горизонтальной плоскости (рис. 21.79) к жесткому дис- ку покрытия в уровне верхнего пояса стропильных ферм и к связям в уровне нижнего пояса стропильных ферм. Российская строительная практика последних лет доказала целый ряд достоинств и преимуществ, которы- ми обладают конструкции из стальных гнутосварных замкнутых профилей. Прежде всего зто квадратные трубы с размерами от 80 х 80 до 300 х 300 мм с толщи- ной стенок 4-12 мм, прямоугольные трубы - от 100 х 50 до 350 х 250 мм. Трубы производятся длиной 6-12 м. Эффективность применения замкнутых профилей объясняется замкнутостью их поперечного сечения, что повышает устойчивость профиля воздействию кручения. Преимущество применения прямоугольных труб стано- вится очевидным в случае изгиба элемента в двух плос- костях. Выгодные геометрические характеристики попе- речного сечения обеспечивают высокие показатели ради- усов инерции относительно его площади. Кроме того конструкции, выполненные из прямоу- гольных гнутых сварных профилей, имеют следующие преимущества: Рис. 21.75. Пример решения торцевого фахверка, образующего жесткую диафрагму: 1 - распорка, 2 - связь; 3 - стойка; 4 - ригель покрытия; 5 - рас- порка связей в уровне тормозной балки Рис. 21.76. Примыкание приколонных стоек торцевого фахверка: а - при сплошных колоннах; б - при сквозных колоннах; 1 - стой- ка; 2 - основная колонна; 3 - крепежный элемент • уменьшение металлоемкости возводимых объек- тов (на 25-30% в сравнении с конструкциями из прокат- ных профилей); • высокая технологичность изготовления; • простота и надежность узловых соединений; • минимальное количество деталей в конструиро- вании элементов; • минимальное количество и длина сварных швов и возможность качественного их исполнения и контроля; • высокая эстетичность конструкций и широкие возможности формообразования зданий; • возможность изготовления металлобетонных (тру- бобетонных) элементов конструкций, например, колонн. Разработана новая типовая система «УНИТЕК» (Универсальные Трубчатые Конструкции), представляю- щая собой материалы для проектирования объектов со- циально-бытового и промышленного назначения с при- менением конструкций из стальных гнутых замкнутых сварных квадратных и прямоугольных (гнутосварные тру- бы) профилей. Стальные каркасы типа «УНИТЕК» одноэтажных производственных зданий с применением конструкций из гнутосварных труб, выпуск 0-1, разработаны для приме- нения в отапливаемых и неотапливаемых зданиях без кранов и с однобалочными подвесными кранами грузо- подъемностью от 1 до 5 т. В качестве ограждающих кон- струкций применяются панели с обшивкой из профили- рованного листа или конструкции послойной сборки. Конструкции каркасов имеют следующие параметры: • величина пролетов: 15, 18, 21, 24 и 30 м; • количество пролетов в здании: от 1 до 5 с двух- скатным покрытием; • высота до низа ригеля рам: 4,8; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6 м. Основными несущими конструкциями каркасов «УНИ- ТЕК» являются сквозные одно- и многопролетные рамы из гнутосварных труб по ГОСТ 30345-03. Шаг основных несу- Рис. 21.77. Фахверк стены из трехслойных металлических пане- лей: 1 - стойка; 2 - ригель Рис. 21.7S. Сечения ригелей фахверка стен из металлических па- нелей: а - надоконный; б - подоконный; в - стыковой; г - цокольный; д - рядовой
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 399 Рис. 21.79. Примыкание стоек фахверка к конструкциям покрытия: а - в уровне верхнего пояса стропильных ферм; б, в - в уровне нижнего пояса; 1 - насадка; 2 - монтажная прокладка; 3 - линия сгиба пластины щих конструкций 6 м. При необходимости (при больших вертикальных нагрузках) шаг рам может быть уменьшен. Сопряжение крайних стоек рам с фундаментом - шар- нирное; средних стоек рам и стоек фахверка - жесткое. Сопряжение ригеля рамы с крайними стойками - же- сткое; со средними стойками - шарнирное (рис. 21.80). Устойчивость и геометрическая неизменяемость зда- ния обеспечиваются: в поперечном направлении - конст- рукциями несущих рам; в продольном направлении - си- стемой вертикальных связей и распорок. Жесткость покрытия обеспечивается системой гори- зонтальных связей и распорок по ригелю рамы; жесткость торцевых стен - системой вертикальных связей и распо- рок по стойкам фахверка. Все заводские соединения - сварные. Монтажные соединения на втулках и на обычных, и на высокопрочных болтах (рис. 21.81}. Каркасы «УНИТЕК» включают основные несущие рамы 3-х модификаций. Модификация 1 (основная) - рамы одно- и много- пролетные с пролетами 18; 21: 24 и 30 м; высота ригеля 1,5 м; длина панели 3,0 м. Модификации 2 - рамы по сечениям и габаритам идентичны рамам модификации 1; решетка ригеля вы- полнена с дополнительными стойками для шага прогонов покрытия 1,5 м. Модификация 3 - рамы однопролетные с пролета- ми 15 м, имеют уменьшенную высоту ригеля и стоек по сравнению с рамами модификаций 1 и 2. В торце здания устанавливается несущий торцевой фахверк, состоящий из стоек и балок (рис. 21.82 а. б). В случае предполагаемого расширения здания по длине в торце устанавливается основная несущая рама с самоне- сущими стойками фахверка (рис. 21.82 в, г). Рис. 21.80. Габаритные схемы рам (примеры): а - однопролетная; б - двухпролетная; в - трехпролетная; г - пя- типролетная. Сквозное обозначение узлов в каркасах «УНИТЕК» - рис. 21.80-21.92
400 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Привязка стоек рам и фахверка к координационным осям здания выбирается в зависимости от возможности будущего расширения здания, а также в зависимости от наличия подвесных кранов. В зданиях пролетом 15 и 18 м при наличии подвесных кранов привязка принимается «О» или «250» мм в зависимости от параметров выбранного крана. Для других пролетов рам, а также для зданий без кранов при любых пролетах, принята нулевая привязка. Шаг стоек фахверка принимается в зависимости от пролета и чаще назначается 6 м. Расстановка связевых блоков в одно- и многопро- летных зданиях производится в соответствии с рис. 21.83 и зависит от длины здания. Дополнительные связевые блоки, показанные на схемах пунктирами, устанавливают- ся в следующих случаях: • в районах с сейсмичностью 7 и более баллов в зданиях длиной 54-72 и 90-96 м; • в зданиях длиной 90 и 96 м при сейсмике менее 7 баллов. Связевый блок состоит из распорок и гибких связей, которые устанавливаются по крайним и средним стойкам и ригелям рам (рис. 21.84). Распорки в связевом блоке могут быть двухветвевые решетчатые и одноветвевые из замкнутых гнутосварных труб квадратного сечения. Гиб- кие связи могут выполняться с предварительным натяже- нием и без натяжения из круглой стали. При проектиро- Рис. 21.81. Узлы рам: А - сопряжение ригеля рамы и крайней стойки; Б - сопряжение ригеля рамы и средней стойки; В -фланцевое соединение элемен- тов рамы в коньке; Г - то же, в пролете; 1 - ригель рамы; 2 - стойка рамы; 3 - раскос; 4 - проушина; 5 - фасонка для крепления распор- ки; 6 - то же, горизонтальной связи; 7 - заглушка; 8 - стойка; 9 - пояс рамы; 10 - высокопрочный болт; 11 - связь вертикальная вании следует отдавать предпочтение связям с предва- рительным натяжением как наиболее прогрессивным. Между связевыми блоками раскрепление рам произ- водится одноветвевыми жесткими распорками или гибки- ми растяжками (только по нижним поясам ригелей). Элементы связевого блока имеют маркировки: • рвспорки двухветвевые решетчатые - РРС; • распорки одноветвевые - PC; • вертикальные связи гибкие - СВ; • горизонтальные связи гибкие - СГ. На рис. 21.85 представлена принципиальная схема связей и распорок по покрытию. В случае, когда в торце здания устанавливается несущий фахверк, в крайнем шаге распорки PC по покрытию устанавливаются только в уровне верхнего пояса рамы. Узлы крепления связей и распорок показаны на рис. 21.86. Рис. 21.84. Схемы вертикальных связей и распорок: а - для крайних стоек рам; б - для средних стоек рам
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 401 Рис. 21.82. Привязки к осям сто- ек рам и фахверка: а - с несущим фахверком в одно- пролетном здании; б - то же, в многопролетном; в, г - с самоне- сущим фахверком; д - в темпера- турных швах в Рис. 21.83. Схемы расположения блоков горизонтальных и верти- кальных связей для зданий раз- личной длины: 1 - основные связевые блоки из горизонтальных и вертикальных связей: 2 - основные связевые блоки только из горизонтальных связей; 3 - дополнительные свя- зевые блоки
402 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 21.66. Узлы крепления связей и распорок; Е - сопряжение элементов связей фахверка; Ж - крепление рас- порок и горизонтальных связей к ригелю рамы; 3 - опорный узел средней одноветвевой стойки рамы; И - опорный узел двухвет- вевой рамы; К - крепление распорки и вертикальных связей к стойке рамы; 1 - стоика фахверка 2 - распорка; 3 - вертикаль- ная связь; 4 - болт М24, 5 - гибкая растяжка; 6 - верхний пояс рамы; 7 - нижний пояс рамы; 8 - горизонтальная связь; 9 - ан керный болт; 10 - противосдвиговый закладной элемент с запол- нением бетоном, 11 - подливка из бетона _> Рис 21.85. Схема горизонтальных связей и распорок по покрытию. 1 - ось распорки РРС (распорка условно не показана); 2 - рас- порка РРС; 3 - распорки РР; 4 - гибкая растяжка; 5 - болт М24, 6 - ось горизонтальных связей
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 403 Рис. 21.87. Схемы фахверков; а - несущего; б - самонесущего; 1 - стойка фахверка (СФ); 2 ~ балка фахверка (БФ); 3 - вертикальная связь; 4 - болт М24; 5 - верхний пояс рамы; 6 - соединительная деталь из полосовой стали Торцевые фахверки в каркасах «УНИТЕК» подразде- ляются на два типа (рис. 21.87). Тип 1. Несущий фахверк воспринимает вертикаль- ную нагрузку от покрытия, торцевой стены, кранов и соб- ственного веса конструкций фахверка, а также нагрузку от ветра, действующую вдоль и поперек здания. Тип 2. Самонесущий фахверк воспринимает верти- кальную нагрузку от торцевой стены и собственного веса конструкций фахверка, а также нагрузку от ветра; осталь- ные нагрузки (от покрытия, кранов, ветра, поперек зда- ния и др.) воспринимаются основной несущей рамой, ус- тановленной в торце здания с привязкой 500 мм к край- ней оси; самонесущий фахверк применяется, в основном, в случае перспективного расширения здания подлине. Допускается применение фахверков обоих типов в одном здании. Связевый слой фахверка следует располагать в шаге размером 6 м по возможности в средней части торца зда- ния. В зданиях шириной 21 м связевый блок можно рас- полагать в шаге размером 4,5 м. В случае разрыва линии распорок по стойкам фахверка (например, при установке ворот и др.) следует устанавливать дополнительный свя- зевый блок с другой стороны разрыва. Маркировка элементов фахверка: • стойка фахверка - СФ; • балка фахверка - БФ. В каркасах «УНИТЕК» предусматривается разрезная схема прогонов покрытия (рис. 21.88). Сечение прогонов определяется в зависимости от шага прогонов и величи- ны вертикальной нагрузки; подбирается по сортаментам прокатных или гнутых профилей. Раскрепление прогонов от действия скатной состав- ляющей может осуществляться при помощи ограждаю- щих конструкций кровли (прослойная сборка, кровельные плиты) за счет прикрепления указанных конструкций не- спосредственно к прогонам в каждом продольном стыке самонарезающими винтами. В случае, когда крепление ограждающих конструкций не обеспечивает раскрепле- ние прогонов, прогоны должны быть раскреплены в плос- Рис. 21.88. Опирание прогонов покрытия на ригель рамы; 1 - пояс рамы; 2 - опорный столик; 3 - прогон; 4 - болт
404 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ кости ската гибкими тяжами (рис. 21.89). Монтаж прого- нов покрытия без их раскрепления ограждающими пли- тами или тяжами запрещается. Для уравновешивания скатной составляющей конько- вые прогоны объединяются попарно специальными стальными накладками с шагом 1 м, а при применении тяжей - в местах их расположения (рис 21.89 а). Стальные каркасы типа «УНИТЕК» одноэтажных производственных зданий с применением конструкций из гнутосварных труб, выпуск 0-2, разработаны для приме- нения в отапливаемых зданиях с однобалочными подвес- ными кранами грузоподъемностью 1; 3,2; 5 т и с мосто- выми опорными кранами грузоподъемностью 5; 10; 16 т (рис. 21.90). Каркасы разработаны для зданий следующих пара- метров; • пролет здания 12 м, количество пролетов 1, 2; • пролет здания 18 м, количество пролетов 1, 2; • высота здания 6; 7,2; 8 4,9,6; 10,8; 12; 13,2; 14,4 м; • шаг основных несущих конструкций 6 м. Основными несущими конструкциями каркасов «УНИ- ТЕК» являются сквозные одно- и двухпролетные рамы из гнутосварных труб по ГОСТ 30245-03 {двухпролетные рамы - см. рис. 21.90). Сопряжение крайних и средних стоек рам с фунда- ментами - жесткое. Сопряжение ригеля с крайними и средними стойками рамы - шарнирное (рис. 21.91). Устойчивость и геометрическая неизменяемость зда- ний обеспечиваются: в поперечном направлении - конст рукциями рам; в продольном направлении - системой вертикальных связей и распорок. Рис 21.89. Крепление тяжей к прогонам. а - в коньке б - в пролете; 1 - контур пояса рамы; 2 - прогон; 3 - тяж, 4 - соединительная полоса Каркасы «УНИТЕК» выпуск 0-2 включают две моди- фикации основных несущих рам. Модификация 4 - рамы одно- и двухпролетные с пролетами 12 и 18 м без кранового оборудования и (или) с подвесными кранами. Модификация 5 - рамы одно- и двухпролетные с пролетами 12 и 18 м с мостовыми опорными кранами Привязка крайних стоек рам к продольным осям зда- ния, независимо от наличия кранов, принята 250 мм. Проектирование связевых блоков в зданиях без кра- нов или оборудованных подвесными кранами произво- дится в соответствии с положениями, приведенными в выпуске 0-1 настоящей серии (см. рис. 21.83-21.86). В зданиях с мостовыми опорными кранами связевый блок (вертикальные связи по колоннам и распорки, гори- зонтальные связи по покрытию) устанавливается в сере- дине температурного блока, кроме того в крайних шагах рам устанавливаются горизонтальные связи по покрытию и вертикальные связи по надкрановым частям колонн Фахверк в зданиях без кранов и с подвесными кра- нами может быть несущим или самонесущим (см рис. 21.87). В зданиях с опорными кранами применяется толь- ко самонесущий фахверк с установкой поперечных рам по крайним осям (по торцам здания). В зданиях с каркасами «УНИТЕК» выпуск 0-2 могут применяться: - подвесные краны с пролетами 6; 9; 12; 15 м и дли- ной консолей 0,6-1,5 м; - мостовые краны общего назначения с пролетами 10,5 и 16,5 м (соответственно для зданий с пролетами 12 и 18 м). Схемы размещения путей мостовых кранов приведе- ны на рис. 21.92. Подкрановые балки под мостовые кра- ны выполняются сварными или прокатными. Для кранов грузоподъемностью 5 и 10 т применяется широкополоч- ный двутавр 40Ш1, для кранов грузоподъемностью 16т- двутавр 50Ш1. Для подкрановых путей мостовых кранов следует при- менять специальные крановые рельсы КР70, железнодо- рожные Р43 или любые др. под нагрузку не более 30 тс. Рис 21.90. Габаритные схемы двухпролетных рам: а - для зданий без кранов и с подвесными кранами; б - для зда- ний с мостовыми кранами
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 405 Рис. 21.91. Узлы рам: Н - сопряжение крайней двухветвевой стойки с риге- лем рамы; О - сопряжение ригеля рамы со средней стойкой; П - опирание под- крановой балки на крайнюю стойку рамы; Р - крепление подвесного пути к ригелю рамы; 1 - стойка; 2 - ригель рамы; 3 - проушина; 4 - де- таль для крепления связи СВ; 5 - то же, распорки РРС; 6 - прогон; 7 - втулка диа- метром 48 мм; 8 - монтаж- ный элемент (муфта + шпилька + гайки); 9 - под- крановая балка; 10 - болт; 11 - шайба; 12 - подвеска; 13 - балка подвесного пути; 14 - шпилька Рис. 21.92. Схемы расположения подкрановых балок под мостовые краны: 1 - колонны (стойки рам) крайнего ряда; 2 - колонны (стойки) среднего ряда; 3 - связевый блок; 4 - упор для крана
406 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 21.3. Железобетонные каркасы Колонны. Для производственных зданий пролетного типа разработаны типовые колонны сплошного прямоу- гольного сечения (одноветвевые) и сквозного прямоу- гольного сечения (двухветвевые). Колонны сплошного прямоугольного поперечного се- чения подразделяют на типы: К - для каркасов зданий без мостовых опорных и под- весных кранов и зданий, оборудованных подвесными кра- нами, при стропильных конструкциях покрытий с прямо- линейным нижним поясом (рис. 21.93); КК - для каркасов зданий, оборудованных мостовы- ми электрическими опорными кранами, при стропильных конструкциях покрытий с прямолинейным нижним поясом (рис. 21.94); ККП - для каркасов зданий, оборудованных мостовы- ми электрическими кранами, с проходами в уровне кра- новых путей (рис. 21.95). Колонны сквозного сечения подразделяют на типы: КД - для каркасов зданий, оборудованных электри- ческими опорными и подвесными кранами, и зданий без кранов (рис. 21.96); кдп - для каркасов зданий, оборудованных мостовы- ми опорными кранами, с проходами в уровне крановых путей (рис. 21.97). Колонны предназначены для применения в зданиях: • расположенных в I-IV географических районах по скоростному напору ветра и по весу снегового покрова; • с неагрессивной, слабо- и среднеагрессивной газовой средой; • отапливаемых - без ограничения расчетной зим- ней температуры наружного воздуха; • неотапливаемых - при расчетной зимней темпе- ратуре не ниже -40'С; « в сейсмических районах (в зданиях с расчетной сейсмичностью 7; 8 или 9 баллов). Рис. 21.93. Железобетонные колонны типа К для зданий высотой 10,8-14,4 м без опорных кранов: а - крайнего ряда; б - среднего ряда Для зданий с железобетонными подстропильными конструкциями высота колонн принята на 600 мм мень- ше, чем для зданий, в которых применяются только стро- пильные конструкции. Колонны рассчитаны на вертикальные нагрузки от веса покрытия, фонарей, коммуникаций, навесных стен, собственного веса, от снега, подвесных и мостовых опор- ных кранов, а также на горизонтальные (ветровые, сей- смические и температурные) воздействия. Колонны спроектированы из тяжелого бетона классов В15-В40. Основная рабочая продольная арматура в колон- нах без предварительного напряжения - стержневая из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III. Все колонны предназначены для применения в слу- чаях, когда верх фундамента имеет отметку - 0,150. Крепление железобетонных стропильных и подстро- пильных конструкций в крановых зданиях осуществляется только монтажной сваркой. Стальные несущие конструкции покрытий устанавливают на анкерные болты оголовков же- лезобетонных колонн и после выверки обвариваются. Таким образом, колонны, разработанные в типовых сериях, отличаются маркой закладной детали оголовка в зависимости от того, для каких конструкций покрытия ко- лонны предназначены. Кроме закладной детали оголовка в колоннах преду- смотрены: • парные коротыши из прокатного уголка в край- них колоннах для крепления элементов наружных стен; • закладные детали в колоннах по крайним осям, к которым привариваются столики для опирания панелей наружных стен; • сквозные трубки для подъема колонны при мон- таже; • листы с анкерными болтами для установки и крепления подкрановых балок; Рис. 21.94. Железобетонные колонны типа КК для зданий высо- той 8,4-14,4 м, оборудованных опорными кранами: а - крайнего ряда; б - среднего ряда
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 407 Рис. 21.95 Железобетонные колонны типа ККП для зданий вы- сотой 10.В-14,4 м, оборудованных опорными кранами, с прохо- дами вдоль крановых путей: а - крайнего ряда; б - среднего ряда • закладные детали для крепления (развязки) верхнего пог|са подкрановых балок. Количество закладных деталей для опирания и креп- ления наружных стен и их расположение по высоте ко- лонн определяется в зависимости от конструкции наруж- ных стен. Колонны крайних и средних рядов, устанавливаемые в местах расположения вертикальных связей, должны иметь закладные детали для крепления этих связей, а расположенные у торцевых стен - закладные детали для крепления приколонных стоек фахверка. Колонны всех типов армируют сварными каркасами (рис. 21.98), продольные стержни которых из стали клас- са А-Ш диаметром не менее 16 мм, а поперечные - из стали классов А-t и Вр-1. При применении высокопрочных бетонов классов В45-В60 целесообразно колонны арми- ровать ненапрягаемой арматурой классов А-IV и A-V, что позволяет снизить расход металла и бетона. Колонны могут быть изготовлены с арматурой, под- вергнутой предварительному сжатию, а не натяжению. После изготовления колонны бетон получает предвари- тельные растягивающие напряжения, что ведет к повы- шению несущей способности при сжатии. Стальные вертикальные связи в пределах высоты колонн предусматриваются по всем продольным рядам в середине каждого температурного блока. При шаге ко- лонн 6 м по верху всех колонн продольных рядов устанав- ливают стальные распорки, при шаге колонн 12 м- под- Рис. 21.96. Железобетонные двухветвевые колонны типа КД для зданий высотой 15,6-18,0 м, оборудованных опорными кранами: а - крайнего ряда; б - среднего ряда Рис. 21.97. Железобетонные двухветвевые колонны типа КДП для зданий высотой 15,6-18 м, оборудованных опорными крана- ми, с проходами вдоль крановых путей: а - крайнего ряда; б - среднего ряда
408 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ стропильные конструкции. Примеры конструкций сталь- ных связей по колоннам в зданиях с мостовыми кранами приведены на рис. 21.99. Железобетонные подкрановые балки предназна- чаются для применения в одноэтажных производствен- ных зданиях пролетами 18: 24 и 30 м, оборудованных опорными мостовыми кранами легкого и среднего режи- мов работы грузоподъемностью до 32 т (на основном крюке) с шагом колонн 6 и 12 м (рис. 21.100). Балки пролетом 6 м спроектированы таврового сече- ния высотой 800 мм, балки пролетом 12 м- двутаврового сечения высотой 1200 мм. Высота балок принята с уче- том взаимозаменяемости их стальными балками соответ- ствующей несущей способности (рис. 21.102). При монтаже подкрановые балки крепятся к колон- нам болтами с последующей приваркой закладных дета- лей балки к закладным деталям в колоннах (рис. 21.101). Для крепления рельсов в полке балки предусмотре- ны отверстия с шагом 750 мм. В отверстия заложены стальные трубки для защиты бетона от разрушения при передаче горизонтальных крановых нагрузок. По месту установки в здании балки различаются на рядовые и тор- цевые, которые располагаются в крайних шагах колонн температурного отсека. Торцевые балки отличаются от рядовых наличием и расположением закладных деталей, а также отверстиями для крепления кранового упора. Подкрановые балки изготавливают с предваритель- ным напряжением арматуры из бетона классов В30-В45. Напрягаемая арматура в трех вариантах: арматурная сталь классов А-IV, A-V и канаты К-7. Рельсы для движения кранов устанавливают на упру- гую прокладку из прорезиненной ткани и закрепляют пар- ными лапками на зашплинтованных болтах. Рис. 21.98. Схемы армирования колонн: а - сплошного сечения; б - двухветвевой Рис. 21.100. Железобетонные подкрановые балки: а - рядовая пролетом 6 м; б - рядовая пролетом 12 м; 1 - отвер- стия для крепления рельса; 2 - отверстия для крепления трол- лей; 3 - опорный лист; 4 - ось крепления рельса
- лздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 409 Основные конструкции покрытий - стропильные фермы и балки, подстропильные фермы и балки - имеют различные формы, габариты и применение. Стропильные фермы подразделяют на типы: ФС - раскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей; ФБС - безраскосные сегментные для покрытий со скатной кровлей; ФБМ - то же, для покрытий с малоуклонной кровлей; ФТ - безраскосные треугольные для покрытий со скатной кровлей. Подстропильные фермы подразделяют на типы: ФПС - для покрытий со скатной кровлей; ФПМ - для покрытий с малоуклонной кровлей; ФПН - то же, с предварительно напряженными стойками ферм; ФП - для покрытий из плит длиной на пролет. Балки подразделяют на типы: БСП - стропильные с параллельными поясами; БСО - то же, односкатные: БСД - стропильные двухскатные; БП - подстропильные. Фермы железобетонные стропильные безрас- косные (рис. 21.103) разработаны для проектирования покрытий зданий со скатной и малоуклонной кровлями с шагом ферм би 12 м и пролетами 18 и 24 м. К фер- мам предусмотрена подвеска кранов грузоподъемно- стью 1 -5 т. Рис. 21.99. Стальные связи по колоннам в зданиях с опорными кранами (примеры): а - по крайним и средним рядам при шаге колонн 6 м; б - то же, 12 м
410 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Для каждого пролета ферм всех марок приняты оди- наковые размеры внешнего контура, что позволяет изго- тавливать фермы в единой опалубочной форме со смен- ными вкладышами. Фермы имеют круговое очертание верхнего пояса. Сечение всех элементов фермы - прямо- угольное одинаковой ширины. Предварительно напря- женная арматура в нижних поясах ферм принята стерж- невой, проволочной и прядевой (рис. 21.104). Класс бе- тона по прочности на сжатие - В22.5-В40. Рис. 21.101. Опирание подкрановых балок на колонны: а - при шаге колонн 6 м; б - при шаге колонн 12 м; в конструк- ция концевого упора; 1 - анкерные болты М20; 2 - гибкая план- ка, 3 - деревянный брус; 4 - болты МЗО 5 - крепление рельса на лапках через 750 мм; 6 - опорный лист Фермы для малоуклонных кровель имеют дополни- тельные стойки над верхним поясом, которые служат опо- рами для плит покрытия. Уклоны покрытий приняты 3 3% для пролета 18 м и 5% - для пролета 24 м. Фермы имеют закладные детали для опирания на ко- лонны или подстропильные фермы (посредством сварки), для крепления плит покрытия, для опирания стоек фона- рей (при необходимости), крепления конструкций стен и путей подвесного транспорта. Фермы могут применяться в зданиях с агрессивной средой. Безраскосные фермы по сравнению с раскосными позволяют в большей мере ис- пользовать межферменное пространство для прокладки коммуникаций и других целей. Балки с параллельными поясами пролетом 12 м (рис. 21.105 а, б) применяются для покрытия зданий со скатной (1:20) и плоской кровлями, с фонарями шириной 6 м и без фонарей. Шаг балок и колонн 6 м. Конструкцию опорных частей балок выполняют по-разному в зависи- мости от их расположения - горизонтально или с укло- ном. В последнем случае колонны, на которые опираются балки, должны иметь разную высоту, обеспечивающую требуемый уклон покрытия. Рис. 21 102. Опирание стальной подкрановой балки на железо бетонную колонну (шаг колонн 12 м) 1 - гибкая планка; 2 - опорная фасонка; 3 - элемент тормозной фермы; 4 - компенсирующая подставка Рис 21.104. Армирование безраскосной фермы (варианты)
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 411 Рис. 21.103. Фермы железобетонные стропильные безраскосые: а - пролетом 18 м для покрытий со скатной кровлей; б - то же, с малоук- лонной кровлей; в - пролетом 24 м для покрытий со скатной кровлей; г - то же, с малоуклонной кровлей; 1 - стальная стойка; 2 - закладные дета- ли для крепления плит покрытий Рис. 21.105. Железобетонные стропильные балки: □ - с параллельными поясами; б - то же, односкат- ная: в, г - двухскатные двутаврового сечения; д, е - двухскатные решетчатые
412 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Балки стропильные двутаврового сечения {рис. 21.105b, г) разработаны предварительно напряженными номинальной длиной 18 и 24 м. Балки можно устанавли- вать через 6 и 12 м. В последнем случае они применяют- ся совместно с подстропильными балками и укладывают- ся на их горизонтальный верхний пояс. Конструкция ба- лок допускает крепление к ним подвесного транспорта грузоподъемностью до 5 т. Закладные детали предусматриваются на опорных участках балок, для крепления плит покрытий, стеновых панелей, путей подвесного транспорта, фонарей. По технико-экономическим показателям балки с дву- тавровым сечением - одни из самых эффективных конст- рукций. Однако по сравнению с железобетонными фер- мами возможность пропуска коммуникаций выше уровня верха колонн значительно ограничена. Двухскатные решетчатые балки {рис. 21.105 д, е) разработаны для покрытий зданий пролетами 12 и 18 м. Конструкция балок допускает крепление к ним подвесно- го транспорта грузоподъемностью до 5 т. Фонари в зда- ниях могут применяться шириной 6 м. Балки имеют пря- моугольное сечение переменной высоты с двухскатным уклоном верхнего пояса 1:12, высота балок на опоре 900 мм. Для снижения веса в балках устроены проемы, которые могут быть использованы для прокладки инже- нерных коммуникаций. Закладные детали устанавливают те же, что и в балках с двутавровым сечением. Толщину стенки 60-100 мм балки двутаврового сече- ния назначают главным образом из условий удобства размещения арматурных каркасов (рис. 21.106), укладки и уплотнения бетона. Балки выполняют из бетона классов В30-В45. В качестве продольной напрягаемой арматуры применяют канаты класса К-7, стержневую арматуру классов A-V и A-1V, а также высокопрочную проволоку класса Вр-ll. Поперечные стержни стенки и хомуты ниж- ней полки, а также продольные стержни верхней полки (пояса), выполняют из арматуры класса A-III. Подстропильные фермы для скатной кровли (рис. 21.107 а) предназначены для использования в скатных покрытиях зданий при шаге колонн 12 м и стропильных конструкциях в виде раскосных или безраскосных ферм, устанавливаемых с шагом 6 м. Плиты покрытия в плоско- сти подстропильной фермы опираются на ее верхний пояс и дополнительные стойки, которые относятся к кон- струкции подстропильной фермы. Подстропильные фер- мы проектируют предварительно напряженными, исполь- зуя примерно такие же классы бетона и арматуры, как и в стропильных фермах. Подстропильные фермы для малоуклонной кров- ли (рис. 21.107 б) предназначены для применения в по- крытиях зданий с малоуклонной кровлей при шаге колонн 12 м и стропильных фермах с шагом 6 м. Плиты покрытия в плоскости подстропильной фермы опираются на ее верхний пояс и дополнительные стальные стойки стро- пильных ферм (рис. 21.109). Подстропильные фермы с горизонтальным верх- ним поясом (рис. 21.107 в) предназначены для покры- тий зданий с шагом колонн 12 м и плит «на пролет» (рис. 21.118; 21.119). Подстропильные балки (рис. 21.108 а) для скатной и плоской кровли разработаны применительно к стро- пильным балкам пролетами 12 и 18 м. Подстропильные балки с горизонтальным верх- ним поясом (рис. 21.1086) применяются для покрытий со стропильными балками двутаврового сечения пролетами 18 и 24 м (рис. 21.105 в, г), а также на них могут опираться плиты «на пролет» в зданиях с шагом колонн 12 м. Рис. 21.106. Варианты армирования стропильной балки двутав- рового сечения с напрягаемой продольной арматурой: 1 - канаты; 2 - проволоки g to Ir [ ..п. ' 2980 3000 у 3000 j, 2960 11960 Рис. 21.107. Подстропильные фермы пролетом 12 м: а - для покрытий со скатной кровлей; б - для покрытий с малоук- лонной кровлей; в - для покрытий из плит длиной на пролет
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 413 Установка стропильных железобетонных конструкций и стальных распорок на колонну, а также крепление их монтажной сваркой показаны на рис. 21.110. Стальные фермы устанавливают с помощью болтовых соединений, а затем обваривают. Для этого в закладной детали ого- ловка колонны предусматривают выпуски арматуры с резьбой (рис. 21.111). Детали подвески путей кранов к стропильным балкам и беэраскосным фермам приведены на рис. 21.112. В железобетонных каркасных зданиях для торцевых и продольных фахверков применяют как железобетонные, так и стальные колонны. Железобетонные колонны фахверков предназначены для зданий, оборудованных мостовыми опорными крана- ми, и бескрановых. Колонны разработаны сплошного пря- моугольного сечения (рис. 21.113), а также двухветвевые Рис. 21.110. Узлы крепления к колоннам железобетонных балок и ферм: а - по крайнему ряду; б - по среднему ряду; 1 - стропильная кон- струкция; 2 - колонна железобетонная; 3 - стальная распорка; 4 - соединительный элемент для крепления распорок к колон- нам; 5 - отверстия для приварки соединительного элемента к закладной детали колонны Рис. 21.108. Подстропильные железобетонные балки пролетом 12 м: а - со скатным верхним поясом: б - с горизонтальным верхним поясом Рис. 21.109. Фрагмент каркаса здания с подстропильными фер- мами и связями: 1 - крайняя колонна (шаг 6 м); 2 - стропильная ферма (пролет 18; 24 м); 3 - плиты покрытия; 4 - стальная стойка; 5 - подстро- пильная ферма; 6 - средняя колонна (шаг 12 м); 7 - вертикаль- ная стальная связь; 8 - связи по крайним рядам колонн (кресто- вые); 9 ~ распорки Рис. 21.111 Узлы крепления к колоннам стальных стропильных и подстропильных ферм: а - по крайнему ряду колонн; б, в - по среднему ряду; 1 - над- опорная стойка колонны крайнего ряда; 2 - стропильная ферма; 3 - железобетонная колонна; 4 - надопорная стойка колонны среднего ряда; 5 - подстропильная ферма
414 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а 6 10,8; 12,0; 13,2; 14,4 u ,400; 500; 600 Рис. 21113 Железобетонные фахверковые колонны типа КФ для зданий высотой 10,8-14,4 м: а - постоянного сечения; б - переменного сечения по высоте 15,6; 16,8; 18,0 Рис. 21.114. Железобетонные фахверковые колонны типа КДФ для зданий высотой 15,6-18,0 м Рис. 21.112. Детали подвески кранов а - к стропильным балкам; б, в - к стропильным фермам
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 415 (рис. 21.114). Сопряжение колонн с фундаментами, как и основных колонн каркаса, применяется стаканного типа. Верхнюю часть колонн фахверков крепят к конструк- циям каркаса шарнирно. В решениях торцевого фахверка верхние части колонн фахверка располагают между сте- ной и крайней стропильной конструкцией, привязка кото- рой к координационной оси составляет 500 мм. Колонны продольного фахверка крепят к плитам покрытия (рис. 21.115). Элементы наружных торцевых стен по продоль- ным осям основных колонн крепят к стальным пристав- ным стойкам, которые устанавливают в зазоре между гранями колонн и наружной стены. Плиты покрытий. Железобетонные ребристые плиты покрытий (рис. 21.116:21.117) одноэтажных промышлен- ных зданий относятся как к элементам каркаса, так и эле- ментам покрытий. При монтаже каркаса раскладку плит покрытий обычно выполняют совместно с другими элемен- тами, поэтому плиты включены в общую номенклатуру сборных железобетонных элементов одноэтажных зданий. Ширина основных плит 3 м, доборных - 1,5 м. Плиты имеют продольные ребра высотой 0,3 м при длине 6 м и 0,45 м при длине 12 м. Поперечные ребра расположены через 1 м или 1,5 м в зависимости от несущей способно- сти плиты, ее длины и ширины. Торцевые поперечные ребра плит снабжены вутами, обеспечивающими жест- кость контура. Типовые плиты предназначены для использования в качестве настила в покрытиях с рулонной кровлей. Их можно укладывать как по железобетонным, так и по стальным несущим конструкциям - балкам или фермам. Для пропуска вентиляционных каналов, при установ- ке зенитных фонарей и т.п. в плитах устраивают проемы диаметром 0,4-1,45 м или прямоугольные проемы на ширину плиты между ребрами. По концам продольных ребер имеются закладные детали, необходимые для при- варки плит к поясам стальных ферм или закладным дета- лям железобетонных несущих конструкций покрытий. Плиты армируют предварительно напряженной арма- турой (стержневой, проволочной или прядевой), а также каркасами и сетками, устанавливаемыми в ребрах и пол- ке. Класс бетона плит В20-В40. При установке на стро- пильные конструкции плиты приваривают не менее чем в трех точках; швы между ними заполняют бетоном на мел- ких фракциях. Это обеспечивает совместную работу плит и, следовательно, жесткость диска покрытия. Здания с плитами «на пролет». Для уменьшения тру- дозатрат при монтаже применяются конструкции покры- тий, выполняющие одновременно функции несущих и ог- раждающих элементов здания - плиты-оболочки типов КЖС и П. Для их опирания предусматривают подстропиль- ные балки или фермы с горизонтальными верхними пояса- ми, длина которых соответствует шагу основных колонн. Плиты типа КЖС размером 3 х 18 м представляют собой железобетонную сводчатую очерченную по квад- ратной параболе пологую тонкостенную оболочку с дву- мя продольными ребрами-диафрагмами переменной вы- соты (рис. 21.118). Оболочка гладкая, ребра-диафрагмы имеют вертикальные ребра жесткости. Плиты разработа- ны без проемов в полке (сплошными), с проемами для пропуска вентиляционного блока или воздуховода крыш- ного вентилятора, а также для установки водосточной во- ронки; с центральным проемом 6 х 2,5 м под светоаэра- ционные фонари. На рис. 21.118 показана плита КЖС без проемов в полке. Плиты типа П (рис. 21.119) имеют более простые формы, чем плиты КЖС. Они разработаны пролетами 18 и 24 м, весят до 18 т, поэтому монтаж производится кра- ном большой грузоподъемности. Плиты типа П могут иметь те же проемы в полке, что и плиты КЖС. Плиты типов КЖС и П проектируют только с высоко- прочной предварительно напряженной арматурой. Основные колонны в зданиях с плитами «на пролет» принимают по действующим типовым сериям. Шаг край- них колонн -6 м, средних - 6 или 12 м. В обоснованных случаях может быть применен шаг крайних колонн 12м Плиты типа КЖС крепят к подстропильным балкам или фермам с обязательной установкой плит на стальные листовые шарниры, исключающие защемление на опо- рах. Плиты типа П крепят сваркой соответствующих за- кладных деталей. Подвеска крановых путей осуществляется в зданиях с плитами-оболочками через 3 м с помощью опорных сто- ликов, привариваемых к закладным деталям, располо- женным в продольных ребрах плит. Рис. 21.115. Схемы фахверков: а - торцевой здания с односкатной кровлей; б - торцевой зда- ния со скатной кровлей; в - продольный: 1 - плита покрытая; 2 - стальная стойка фахверка; 3 - стропильная ферма (балка); 4 - железобетонная колонна: 5 - стальная насадка
416 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 21.116. Железобетон- ные ребристые плиты по- крытий длиной 6 м: а - основная рядовая ши- риной 3 м; б - доборная шириной 1,5 м; в - для уст- ройства легкосбрасывае- мых кровель; г, д - с про- емами а в 11960 Рис 21.117. Железобетонные ребристые плиты покрытий длиной 12 м: а - шириной 1,5 м; б - шириной 3 м; в - с отверстиями диаметром 0,4; 0,7 или 1 м
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ д-|7 Рис. 21.118. Плита типа КЖС (без проема в полке) Рис. 21.119. Плита железобетонная типа П (без проемов в полке)
418 В.А. Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Глава 22 ПЛОСКОСТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ В некоторых случаях функциональные (технологичес- кие) или др. специальные требования диктуют разработ- ку зданий с крупными пролетами. К сооружениям подоб- ного типа, имеющим пролеты 40-200 м, относятся кры- тые стадионы, спортивные залы, выставочные павильоны, ангары, сборочные цехи самолетостроения и некоторых машиностроительных заводов и т.п. Большие пролеты обуславливаются соображениями удобного размещения и эвакуации больших масс людей, крупногабаритного оборудования и машин, громоздких изделий выпускае- мой продукции. Крупнопролетные конструкции работают, в основном, на нагрузки от собственного веса, поэтому важнейшей задачей при их проектировании является радикальное снижение собственного веса несущих и ограждающих конструкций покрытия. Это простое соображение стиму- лирует использование высокопрочных сталей, алюмини евых сплавов, клееной древесины, широкое применение Рис. 22.1. Приемы расположения балок или ферм в структуре по- крытия: а - параллельное; б - взаимно перпендикулярное; в - радиаль- ное; г - контурное для кровель легких эффективных утеплителей, профили- рованного металлического настила и других новейших материалов и изделий. Значительное скопление людей под большепролет- ными покрытиями сооружений общественного назначе- ния или дорогостоящей техники в зданиях для размеще- ния производств предопределяет повышенную степень ответственности проектировщика, обязанного обеспе- чить требуемую надежность уникального здания. Большепролетные покрытия с плоскостными кон- струкциями подразделяют на балочные, рамные и ароч- ные, соответственно с основными несущими конструкци- ями в виде балок или ферм, рам. арок. 22.1. Балочные конструкции покрытий Понятие «балочные конструкции» охватывает как бал- ки, так и фермы - конструкции, которые не передают рас- порных усилий на опоры. Применение балочных конст- рукций в большепролетных покрытиях объясняется их от- носительной простотой в изготовлении и монтаже, хотя они и уступают рамным и арочным по материалоемкости. Основные преимущества балочных покрытий; отсут- ствие распора от вертикальных нагрузок (чем достигают- ся наименьшие размеры колонн и фундаментов); просто- та статической схемы (упрощающей изготовление и мон- таж основных несущих элементов); нечувствительность при разрезных схемах к осадкам опор. Недостатками являются сравнительно большой рас- ход конструкционного материала и значительная высота главных ферм, назначаемая из условий оптимального веса и допустимых прогибов. Основными элементами балочных систем в зданиях с пролетами 30 м и более, как правило, являются фермы, так как сплошностенчатые балки существенно уступают им по затрате материала и по нагрузке от собственного веса. Балочные конструкции, несмотря на кажущуюся про- стоту, при соответствующем подходе к формообразова- нию позволяют создавать достаточно оригинальные кон- структи вно-композиционные решения. Основными факторами, влияющими на образование балочных покрытий, являются: геометрия несущих эле- ментов, величина основных и вспомогательных конструк- ций, характер взаимосвязи между ними, приемы распо- ложения в структуре покрытия (рис 77 1) 22.1.1. Стальные фермы По характеру работы схемы ферм могут быть разрез- ными и неразрезными, с консолями и без консолей (см. п. 6.2.2). Очертание ферм, определяемое конфигурацией верхнего и нижнего поясов, может быть самым разнооб- разным (рис. 22.2). Выбор конфигурации ферм опреде- ляется назначением и архитектурной формой здания, ти- пом кровли, схемой промежуточных конструкций, наличи- ем подвесного потолка, нагрузками. Фермы с параллельными поясами (рис. 22.2 а, 6) применяются при плоских и малоуклонных кровлях, в ше- довых покрытиях при расположении освещения в габари- тах ферм, в неразрезных схемах. Двухскатные трапецие- видные фермы (рис. 22.2 в) используются для покрытий с малым уклоном кровли (1/12-1/15) в однопролетных
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 41g зданиях. Односкатные трапециевидные фермы (рис. 22.2 г) целесообразны при необходимости одностороннего водоотвода и горизонтальном нижнем поясе (потолке). Полигональные фермы (рис. 22.2д} при ломаном очерта- нии верхнего пояса образуют переменный уклон кровли. Эти фермы применяются достаточно редко для зданий пролетом 60-90 м. Треугольные фермы (рис. 22.2 е) при- меняются при крутых уклонах кровли (1/5-1/7); распрос- траненное решение таких ферм - в виде двух полуферм, соединенных в уровне нижнего пояса затяжкой. Треуголь- ные фермы имеют большую высоту в середине пролета, соответственно увеличивая объем здания; исходя из это- го имеют ограниченное применение для зданий сравни- тельно небольших пролетов (до 60 м). Двухскатные фер- мы с параллельными поясами и затяжкой {рис. 22.2 ж) могут применяться при легкой нагрузке пролетами до 90 м. Применение сегментных ферм (рис. 22.2 з) подхо- дит для покрытий с пролетами 60-100 м с преобладани- ем постоянной равномерно распределенной нагрузки. При параболическом очертании верхнего пояса уси- лия в поясах от постоянной нагрузки получаются постоян- ными, а усилия в решетке - незначительными. Замена па- раболы дугой круга упрощает изготовление ферм при не- значительном увеличении усилий в элементах решетки. Такие фермы часто называют «рыбовидными» (рис. 22.2 и). Схема решетки ферм зависит от характера приложе- ния нагрузок, конфигурации и высоты ферм, примыкания поперечных конструкций. По возможности количество Рис. 22.2. Формы стальных большепролетных ферм: а - с параллельными поясами, треугольной решеткой с дополни- тельными стойками; б - с параллельными поясами, решетка с нис- ходящими раскосами; в - трапециевидная; г - односкатная трапе- циевидная со шпренгельной решеткой; д - полигональная; е - тре- угольная; ж - двухскатная с параллельными поясами и затяжкой: з - сегментная; и - рыбовцдная (с криволинейными поясами) стержней решетки должно быть наименьшим для сниже- ния веса и трудоемкости изготовления. Наиболее выгод- ные углы наклона раскосов к поясам ферм - 35-45*. В фер- мах больших пролетов при их значительной высоте для уменьшения гибкости раскосов часто выполняются шпрен- гели (рис. 22.2 г, д), которые хотя и увеличивают трудоем- кость изготовления, но в целом снижают вес фермы. По форме поперечного сечения главные фермы в различных схемах могут быть плоскими (преимуществен- ное применение), блочными прямоугольными, образо- ванными двумя плоскими фермами и соединенными свя- зями, и трехгранными (рис. 22.3). Трехгранные фермы целесообразны из труб и с треугольной решеткой. Высоту разрезных ферм в середине пролета реко- мендуется назначать для трапециевидных и полигональ- ных 1/8-1/12 пролета, с параллельными поясами - 1/8- 1/14 пролета, треугольных - 1/6-1/9 пролета, ферм с за- тяжкой - 1/8-1/10 пролета (полуферм 1/12-1/20). Чем больше пролет фермы и ниже нагрузка, тем меньше дол- жно быть отношение высоты к величине пролета. Высота ферм во всех случаях должна быть не ниже наименьшей высоты, определяемой из условий допустимого прогиба. Для большепролетных ферм рекомендуется исполь- зование сталей повышенной и высокой прочности С345- С590. Фермы желательно проектировать сварными с монтажными соединениями на высокопрочных болтах. Сечения элементов ферм необходимо назначать из мини- мального количества составных профилей, удобных для соединений, стыкования и окраски, с минимальным чис- лом соединительных сварных швов. Характерные типы сечений поясов сварных ферм приведены на рис. 22.4. Наиболее предпочтительны Н- образные симметричные широкополочные прокатные и сварные профили (рис. 22.4 6, в) - они удобны в сборке, Рис. 22.3. Формы поперечных сечении стальных ферм: а - плоская; б - блочная прямоугольная; е - трехгранная Рис. 22.4. Типы сечений поясов ферм
420 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ легко центрируются и соединяются, в элементах таких сечений легко менять их размеры. Целесообразны сечения поясов из двух швеллеров (рис. 22.4 к). Трубчатые и замкнутые квадратные и пря- моугольные сварные сечения (рис. 22.4 и, м, н) имеют рациональную форму, но вызывают затруднение при ре- шении конструкции узлов. Для сравнительно легких ферм с меньшими пролета- ми используются одностенчатые тавровые и крестовые сечения поясов. Опорные раскосы обычно проектируют по типу сечений поясов ферм. Для двухстенчатых элемен- тов решетки наиболее характерны сечения, показанные на рис. 22.4 в, к, о, п. Сечения из ветвей прокатных про- Рис. 22.5. Стык пояса фермы на болтах е ж Рис. 22.6. Предварительно напряженные фермы с затяжками в пределах их габаритов филей соединяются планками и листами. Сечения эле- ментов второстепенных ферм и связи покрытий рацио- нально проектировать из высокопрочных электросварных труб или замкнутых гнутосварных профилей. Стыки поясов ферм следует делать преимуществен- но универсальными с расположением их в узлах ферм (реже в панели) по типу, показанному на рис. 22.5. Фермы, предварительно напряженные затяжка- ми. Чаще всего применяют предварительное напряжение с помощью высокопрочных звтяжек из канатов и пучков проволоки. Эффект предварительного напряжения зави- сит оттого, насколько рационально выбрана конструктив- ная схема фермы и затяжек, а также от последовательно- сти предварительного напряжения и загружения фермы. По размещению затяжек и их влиянию на работу фер- мы выделяют три типа ферм; фермы, у которых прямоли- нейные затяжки размещаются в пределах наиболее на- груженных стержней {рис. 22.6 а-д); фермы, затяжки ко- торых располагаются в пределах габаритов и вызывают предварительное напряжение в большом количестве стержней фермы {рис. 22.6 е, ж); фермы с затяжками, вынесенными за их габариты (рис. 22.7). Использование предварительного сжатия в отдель- ных растянутых стержнях возможно и целесообразно, хотя наряду с достоинствами (возможность создания на- пряжения на заводе) имеет и свои недостатки - необхо- димость устройства большого количества анкеров. Наиболее просто решаются технологические вопро- сы в фермах с затяжками вдоль нижнего (растянутого) пояса (рис. 22.6 б-д). В фермах больших пролетов при значительной разнице усилий в панелях нижнего пояса целесообразно устанавливать две затяжки внахлестку (рис. 22.6 в), чтобы в панелях с наибольшими усилиями Рис. 22.7. Фермы с затяжками, вынесенными за пределы их га- баритов; а-в - очертания затяжек; г, д - объединение ферм в простран- ственные блоки; 1 - ферма; 2 - затяжка: 3 - связи простран- ственного блока
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 421 (средних) получить больший разгружающий эффект от предварительного напряжения. Наибольший экономический эффект удается полу- чить в фермах с затяжками, вынесенными за пределы их габарита (см. рис. 22.7]. В таких фермах не только ниж- ний, но и верхний пояс подвержены влиянию предвари- тельного напряжения. Применение подобных конструк- ций особенно целесообразно, если это не связано с ог- раничениями строительной высоты покрытия. Затяжка в таких фермах не связана с нижним поясом фермы и не укрепляет его от потери устойчивости, поэтому необхо- димо предусмотреть соответствующие меры по обеспе- чению устойчивости конструкции в целом и ее предвари- тельно сжатого пояса. Это достигается объединением ферм в блоки (рис. 22.7 г) или выбором пространственно жесткого трехпоясного сечения фермы (рис. 22.7д]. Пример решения анкерного узла предварительно на- пряженной фермы дан на рис. 22.8, где показаны ребра жесткости, поставленные по расчету на полное усилие в затяжке. Натяжение затяжек целесообразно производить на заводе или при укрупнительной сборке. Чтобы обеспечить устойчивость пояса в процессе натяжения, затяжки по их длине соединяют с поясом диафрагмами через 40-50 наи- меньших радиусов инерции сечения пояса. Количество ветвей в затяжке определяется формой сечения пояса и способом предварительного напряжения (рис. 22.9}. Удобнее иметь одну ветвь затяжки (рис. 22.9 г, е, к), что уменьшает количество анкерных креплений. При не- обходимости иметь две ветви и больше (рис. 22.9 а-в) они должны размещаться симметрично по отношению к центру тяжести сечения пояса. На рис. 22.10 показан пример применения больше- пролетных ферм а здании спортивного назначения. 22.1.2. Деревянные балки и фермы В строительстве большепролетных зданий получили применение деревянные балки и фермы из элементов, образованных склеиванием досок плашмя. Клеедеревянные балки из досок, склеенных синте- тическим водостойким клеем, являются основным видом составных балок заводского изготовления. Жесткие и стойкие против увлажнения, клеевые соединения обеспе- чивают монолитность балок. Кроме того сплошные балки больших сечений имеют повышенный по сравнению с Рис. 22.8. Узел крепления затяжки предварительно напряженной фермы: 1 - анкерное крепление затяжки; 2 - ребра жесткости; 3 - фа- сонка; 4 - затяжка; 5 - опорный фланец цельнодеревянными (неклееными) элементами предел огнестойкости. Форма клееных балок по длине (рис. 22.11) может быть прямоугольной, односкатной (трапециевидной), двухскатной, сегментной, криволинейного и ломаного очертаний понизу. Гнутоклееные балки имеют постоян- ную или переменную высоту сечения и могут быть криво- линейными по всей длине или на отдельном участке. По архитектурным требованиям возможно изготовле- ние балок ломаного очертания с соединением из отдель- ных элементов с помощью стальных деталей (рис. 22.12}. В отечественном строительстве применяют клееде- ревянные балки пролетами до 24 м, в практике зарубеж- ного строительства имеются примеры большепролетных покрытий до 35-40 м. Наиболее широкое применение получили дощатокле- еные балки Сплошного прямоугольного сечения (рис. 22.13 а) как наиболее технологичные. С целью экономии древесины и уменьшения собственного веса изготавли- ваются дощатоклееные балки двутаврового сечения (рис. 22.13 б), балки двутаврового сечения со стенкой из пли- ты, изготовленной склеиванием толстого шпонв с парал- лельным расположением волокон (рис. 22.13 в), а также прямоугольного полого сечения с боковыми стенками из этих плит (рис. 22.13 г). Применение балок двутаврового и полого сечений ограничивается тем, что технология их изготовления существенно сложнее, что часто не оправ- дывается некоторой экономией материалов. Ширина сечения дощатоклееных балок принимает- ся преимущественно не более 180 мм, что позволяет из- готавливать их из пакета цельных по ширине досок. При необходимости балки большей ширины выполняются из досок, склеенных между собой кромками, с расположе- нием этих стыков вразбежку по высоте, что повышает тру- доемкость их изготовления. Рис. 22.9. Типы сечений стержней ферм с размещением затяжек Рис. 22.10. Схема разреза универсального спортивного зала ЦСКА
422 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Высота сечения балок определяется расчетом и на- ходится в пределах от 1/30 до 1/15 пролета. Размер вы- соты увязывается с толщиной досок после фрезерования. Отношение ширины сечения балки к ее высоте может быть в пределах от 1 /3 до 1/10. Высокие балки (с соотно- шением более 1:5) нуждаются в обеспечении специаль- ными конструктивными мерами их устойчивости из плос- кости изгиба [рис. 22.14). Балки склеивают из досок толщиной не более 44 мм (50 мм до фрезерования). Применение более тонких до- сок несколько увеличивает несущую способность балок за счет меньшего влияния коробления и случайных поро- ков досок, но приводит к повышению трудоемкости изго- товления, расхода клея и древесины. Расчет клеедеревянных балок покрытий производит- ся в большинстве случаев на изгиб как однопролетных шарнирно опертых балок на равномерно распределенную нагрузку от собственного веса всех элементов покрытия и снеговой нагрузки (см. п. 8.3.2). Клееные деревянные конструкции, в том числе бал- ки, при ряде очевидных преимуществ перед железобе- тонными и металлическими (см. п. 5.1) имеют и суще- ственные недостатки (значительный расход древесины и клеев, излишняя массивность), которые ограничивают область их применения. Одним из путей устранения этих недостатков являет- ся армирование элементов деревянных конструкций стальной или стеклопластиковой арматурой (рис. 22.15). Армирование позволяет существенно (до 40%) сократить расход качественной древесины, снизить массу конструк- ций, повысить несущую способность и надежность дере- вянных конструкций. Армирование осуществляется двумя способами: с предварительным напряжением арматуры и без напряже- Рис. 22.11. Основное варианты очертаний балок из клееных па- кетов досок (дощатоклееных балок). Клееные' а - прямолинейная постоянного сечения; б - односкат- ная переменного сечения; в - двухскатная переменного сечения; г - сегментная переменного сечения, д - двухскатная криволи- нейного очертания понизу; е - двухскатная ломаного очертания понизу. Гнутоклееные: ж - сегментная постоянного сечения; з - криволинейная изогнутая в средней части; и - криволинейная многократно изогнутая Рис. 22.12. Пример изготовления балки ломаного очертания с помощью стальнь1Х врезных листов и высокопрочных болтов Рис. 22.13. Основные формы поперечных сечений клеедеревян- ных балок: а - прямоугольная; б - двутавровая; в - двутавровая со стенкой из плиты клееного шпона; г - полого прямоугольного сечения с боковыми стенками из плиты клееного шпона
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 423 Рис. 22.14. Варианты опирания второстепенной балки (прогона) на главную с приданием ей устойчивости против опрокидывания: а - стальной рамкой, б - стальными тяжами; в - двухсторонними подкосами; г - деревянными косынками; 1 - болт; 2 - уголок: 3 - шурупы; 4 - стальной лист; 5 - гайка с шайбой ния. Соединение арматуры с древесиной производится либо механическим путем (за счет вдавливания в древе- сину выступающих зубьев, шипов и т.п.), либо склеивани- ем, Последний способ наиболее эффективен, так как по- зволяет получить монолитные соединения арматуры с древесиной и наиболее полно использовать прочностные и упругие свойства арматуры и древесины. Армирование сечений деревянных балок бывает двух видов: симметричным (с равномерным распределением арматуры по наиболее напряженным зонам сечения), не- симметричным (с размещением арматуры только в рас- тянутой зоне). Размещение арматуры - одиночное, спа- ренное, групповое (три и более стержней). Опирание деревянных балок на отдельные стойки по- казано на рис. 22.16', на общую стойку при радиальном расположении балок - на рис. 22.17. Опирание второстепенных балок на главную осуще- ствляется с помощью специальных металлических изде- лий {рис. 22.18 а. б). Шпренгельными называются стержневые системы, состоящие из способных самостоятельно работать кон- струкций (в данном случае деревянных балок), которые, кроме того, содержат дополнительные элементы, пред- назначенные для уменьшения изгибающих моментов ос- новных элементов, загруженных внеузловой нагрузкой. Схемы простейших шпренгельных деревянных балок даны на рис. 22.19. Верхний пояс шпренгельных балок является сжато- изгибаемым стержнем и выполняется из цельных брусь- Рис. 22.15. Армирование клеедеревянных балок: 1 - круглый арматурный стержень (стальной, стеклопластико- вый); 2 - прямоугольный стержень; 3 - обшивка из толстошпон- ной клееной плиты Рис. 22.16. Способы опирания клеедеревянных балок: а - на деревянную стойку с вилкообразным оголовком с закреп- лением болтами: б - на стальную или железобетонную стойку с закреплением балки болтами через лист стального башмака, вве- денного в прорезь балки; в - на железобетонную стойку с закреп- лением болтами с помощью стальных закладных (или накладных) пластин
424 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ев или клееным. Высота сечения верхнего пояса прини- мается не менее 1/24 перекрываемого пролета. Нижний пояс - подпружинная цепь, - изготовленный из круглой стали или стальных профилей, крепится к вертикальным деревянным стойкам снизу, обычно шарнирно (рис. Рис. 22.17. Способы опирания балок на центральную стойку: а - с помощью опорных башмаков, приваренных к стальной стой- ке; б - через вертикальные листы, приваренные к стойке (балки спаренные); в - с помощью стальных элементов на опорный ве- нец деревянной, стальной или железобетонной стойки Рис. 22.18. Узлы балочных покрытий: а, б - опирания второстепенных балок на главные; в - шарнир- ное опирание балок на стальную стойку (при многопролетных балках); г - соединение элементов балки в пролете в месте ну- левого изгибающего момента 22.20}. Сжатые стойки шпренгеля присоединяются к верхнему поясу и передают усилия на него непосред- ственным упором с постановкой накладок или врезкой спаренного сечения стойки в полдерева. Узлы нижнего пояса шпренгельных балок располага- ются ниже отметки основных узлов (рис. 22.21}. Вслед- ствие этого нижние промежуточные узлы являются неус- тойчивыми, и для устранения возможного выхода их из Рис. 22.19. Схемы шпренгельных балок: 1 - верхний пояс - клеедеревянная балка: 2 - нижний пояс ( под- пружная цепь); 3 - стойки Рис. 22.20. Крепление нижней тяги к сжатым стойкам: а - с помощью врезной пластины с упорной планкой (тяга прива- рена); б - шарнирное болтовое; в, г - с помощью врезной плас- тины (шарнирное крепление)
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 425 вертикальной плоскости осуществляют попарное закреп- ление стоек поперечными вертикальными связями. Примеры применения клееных деревянных балок в покрытиях зданий общественного назначения показаны на рис. 22.22. Деревянные фермы. Благодаря совершенствованию способов выполнения узловых соединений элементов зна- чительное применение, особенно в зарубежной практике, находят фермы из цельной и клееной древесины. Их пре- имущество - экономия материалов, большепролетность, малый собственный вес, многообразие форм. Основной недостаток деревянных ферм - значитель- ное количество элементов и узлов - связано с затрудне- ниями изготовления ферм по сравнению с рамами и ар- ками. Кроме того, фермы имеют значительную высоту, которая существенно уменьшает полезные габариты пе- рекрываемых помещений. По этим причинам заводское изготовление ферм в России развито слабо. Все деревянные фермы разделяют на два класса: цельнодеревянные фермы с элементами из брусьев и досок; клеедеревянные фермы со стержнями из клееной древесины. Цельнодеревянные фермы изготавливают из пило- материалов средней сухости в условиях любого деревооб- рабатывающего предприятия, в том числе не имеющего оборудования для склеивания древесины. Недостатки та- ких ферм: ограничение размеров сечений и длин пилома- териалов; ограничение пролетов, несущей способности, конфигурации поясов. Их применение ограничивается пролетами 15 м и целесообразно в условиях отсутствия базы по изготовлению клеедеревянных конструкций. Клеедеревянные фермы заводского изготовления имеют пролеты от 20 до 60 м, разнообразное очертание поясов и типы решеток (рис. 22.23}. В современном строительстве наиболее широко при- меняют сегментные фермы с криволинейным гнутоклее- Рис. 22.21. Крепление тяг нижнего пояса шпренгельной балки с помощью: а - стальных пластин, прибитых гвоздями, и шарнирного болта; б - Т-образного стального врезного элемента; в - врезной сталь- ной пластины, закрепленной стальными штырями; г - стальной коробки, закрепленной между спаренными балками ным верхним поясом (рис. 22.23 з), треугольные двух- скатные (рис. 22.23д) и многоугольные - полигональные (рис. 22.23 в). Верхний пояс сегментных ферм очерчен по дуге и разбит на панели крупных размеров. Его рекомендуется изготавливать неразрезным на весь пролет; однако в не- которых случаях это сделать невозможно (по условиям заводской технологии или транспортировки). Тогда верх- ний пояс может быть изготовлен разрезным и состоять из двух-трех блоков, соединяемых в узлах непосредствен- ным упором торцов. Соединения элементов ферм в узлах выполняются в самых разных вариантах (рис. 22.24}: с накладками из фанеры и стали; с помощью металлических гвоздевых плит; с помощью шпонок, болтов и стальных пластин и других элементов. Нижние и верхние пояса деревянных ферм могут быть выполнены в виде двух или трех ветвей. Такие ре- шения позволяют легче решать узловые соединения, од- нако более тонкие элементы поясов ферм снижают огне- стойкость конструкции в целом. Большепролетное покрытие спортивного сооружения (ледовый стадион в Дортмунде, Германия) представлен на рис. 22.25. Пролет ферм составляет 49 м. Фермы со- Рис. 22.22. Примеры применения в покрытиях клеедеревянных балок: а, б - расположенных параллельно; в - радиально
В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 22.23. Фермы из клеедеревянных элементов: а - треугольные двухскатные: б - двухскатные; в - полигональные; г - с параллельными поясами; д - треугольные двухскатные; е, ж - треугольные с приподнятым нижним поясом; з - сегментные; и - серповидные; к - рыбовидная
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 427 Рис. 22.24. Узлы деревянных ферм: а - боковые накладки из фанеры или листовой стали, прикреплен- ные шурупами; б - способ «Грейм» (соединительные металличес- кие листы вставлены в шлицы раскосов и поясов и пробиты гвоздя- ми): в - боковые соединительные гвоздевые плиты впрессованы в древесину элементов; г - раскосы и стойки прибиты к поясу гвоз- дями; д - крепление раскосов и стоек с помощью шпонок, болтов и стальных листов; е - одинарные раскосы соединены с поясом при помощи шпонок, парные сжатые стойки на уголках; ж - соединение на шпонках с узловым болтом, стойки (или раскосы) со стальными листами, прикрепленными шурупами; з - соединение с помощью шпонок и болта, сжатая стойка прикреплена к накладке, прибитой к раскосу; и - способ «Тригонит» (раскосы соединены между собой в шип, склеены и прибиты гвоздями к поясам); к - тройной пояс, пар- ные стойки и раскосы на шпонках с узловым болтом Рис. 22.25. Пример покрытия ледового стадиона: а - схема продольного разреза здания; б - схема поперечного разреза единены в узлах второстепенными несущими элемента- ми Х-образного очертания пролетами 10,5 м, что придает покрытию складчатую форму и одновременно обеспечи- вает устойчивость главных ферм высотой 4 м. 22.1.3. Металлодеревянные фермы Применение металлодеревянных ферм вызвано тем, что использование древесины в качестве материала для растянутых элементов ограничено рядом объективных факторов. Основным препятствием является низкая на- дежность их работы на растяжение из-за наличия в дре- весине пороков в виде сучков, косослоя и др. Кроме того в элементах конструкций пороки могут совпадать с кон- структивными ослаблениями, что еще больше снижает прочность растянутого элемента. Металлодеревянные плоские сквозные конструкции покрытий зданий являются в настоящее время наиболее доступными и надежными из всех плоских сквозных кон- струкций, создаваемых с применением древесины. Выбор рационального очертания и схемы решетки металлодеревянных ферм ограничен рядом условий, ос- новными из которых являются: экономия материала; рас- пределение усилий в конструкции; минимальная трудо- емкость изготовления, монтажа и эксплуатации покры- тия; минимальные строительный объем здания и площадь покрытия; размещение технологического оборудования; соответствие конструкции покрытия требованиям проти- вопожарных, сейсмических и др. норм. Исходя из вышеизложенных требований оптималь- ным типом металлодерееянной фермы, предназначенной для массового производства и применения в покрытиях зданий, является треугольная ферма (рис. 22.26а-г}, что подтверждает опыт проектирования и строительства. Важным фактором, влияющим на экономичность кон- струкции треугольных ферм, является уклон верхнего по- яса; причем, чем он больше, тем меньше усилия в стерж- нях ферм и тем больше расход материала на кровлю (этот расход значительно превосходит расход материала на не- сущую конструкцию). В связи с этим уклон верхнего пояса, исходя из соображений жесткости конструкции, должен приниматься минимальным и составлять 1/4-1/8 пролета. Стержни решетки металлодеревянных ферм, в кото- рых действуют большие сжимающие или малые растяги- вающие силы, делаются клеедеревянными прямоугольно- го сечения такой же ширины, как и сечение верхнего по- яса, с целью упрощения их крепления в узлах. Стержни решетки, в которых действуют большие растягивающие силы, выполняют, как правило, стальными, с сечениями из двойных уголков, швеллера или из арматурных стержней
428 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 30...100 м Различные конструкции узлов металлодеревянных ферм являются важнейшими их деталями, от которых во многом зависят их прочность, надежность и долговеч- ность. Типы узловых соединений непосредственно связа- ны со схемами решетки фермы. Наиболее надежными соединениями деревянных элементов являются лобовые упоры. Однако они не могут воспринимать растягиваю- щие усилия, поэтому наиболее просто и надежно реша- ются конструкции узлов, где соединяемые стержни пере- дают только сжимающие усилия торцами стержней или шайбами растянутых тяжей. Болтовые соединения могут воспринимать и сжимающие, и растягивающие усилия. Они применяются для крепления в узлах стержней решет- ки, в которых действуют небольшие, но знакопеременные продольные силы. Некоторые решения узлов металлодеревянных ферм показаны на рис. 22.27; 22.28. 22.1.4. Вантовые фермы Вантовыми фермами называют плоскостные систе- мы, состоящие из вант, соединенных между собой рас- порками, стяжками или их комбинацией (рис. 22.29). В вантовых фермах пояса, а в некоторых случаях рас- косная решетка, выполняются из гибких элементов, рабо- тающих на растяжение. Для придания вантовым фермам необходимой жесткости их подвергают предварительно- му натяжению. Рис. 22.26. Металлодеревянные фермы: а-в - треугольные; г - двухскатная с ломаным нижним поясом; д - двухскатная; е - с параллельными поясами; и - сегментная; з - рыбовидная; и - с криволинейным вогнутым верхним поясом Рис. 22.27. Узлы верхних поясов металлодеревянных ферм: а - сегментной фермы; б - коньковый треугольной фермы; в - про- межуточный: 1 - деревянная накладка; 2 - стальная диафрагма; 3 - болт; 4 - стальная накладка; 5 - стальная деталь крепления Рис. 22.28. Узлы нижних поясов металлодеревянных ферм: а - треугольной; б - сегментной; 1 - стальная деталь крепления; 2 - болт; 3 - стальная накладка Iе 3
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИИ 429 По типу взаимного расположения поясов вантовые фермы встречаются трех типов: • двояковогнутые; • двояковыпуклые; • с перехлестом поясов в пролете. В двояковогнутых фермах пояса соединяются эле- ментами, работающими на растяжение (могут быть гиб- кими). В двояковыпуклых фермах стойки, соединяющие пояса, работают на сжатие. Вантовые фермы относятся к конструкциям, создаю- щим распор, поэтому для восприятия этого распора не- обходимо использование специальных конструктивных элементов: оттяжек, замкнутых опорных контуров и др. К преимуществам вантовых ферм относится их повы- шенная жесткость, при которой возможно использование легких кровельных плит; к недостаткам - увеличенная тру- доемкость, связанная с необходимостью предварительного натяжения большого количества элементов. Поэтому ванто- вые фермы целесообразно использовать в большепролет- ных (60-120 м) покрытиях, в которых проблема снижения собственного веса является приоритетной. Оптимальным вариантом является схема покрытия в виде параллельно расположенных ферм (для прямоугольного плана). Изделия, применяемые в качестве вант, должны об- ладать: прочностью; большой д линой в состоянии постав- ки, при которой отпадает необходимость выполнения монтажных стыков; гибкостью, обеспечивающей необхо- димый провис по заданной кривой под действием соб- ственного веса. Наиболее полно этим требованиям соответствуют стальные канаты, изготовленные из высокопрочной про- волоки. Достоинства канатов - существенно большая прочность по сравнению с другими стальными профиля- ми, практически неограниченная длина, а также гибкость, присущая канатам даже большого диаметра. Для соединения раскосной решетки с вантовыми по- ясами применяются специальные сжимные муфты (рис. 22.29 уз. А}, препятствующие сдвигу посредством сил трения и обеспечивающие шарнирное крепление сходя- щихся в узле элементов. Для стоек, соединяющих пояса ферм, используются трубчатые профили, для стяжек - круглая арматурная сталь. Стрелки провиса несущих вант принимают в отноше- нии 1/15-1/25 от пролета, стабилизирующие ванты при- нимают более пологими - 1/30-1/40 от пролета. Площадь сечения стабилизирующих вант составляет обычно 1/3- 1 /5 от площади сечения несущих вант. 22.2. Рамные конструкции покрытий 22.2.1. Общие положения Рамами называют стержневые конструкции, состоя- щие из вертикальных (стоек) и горизонтальных элементов (ригелей), жестко соединенных между собой в узлах. Бла- годаря жесткому сопряжению ригеля и стоек в раме по сравнению с рамой в виде фермы, шарнирно опертой на колонны, достигается более эффективное использование материала и значительно повышается жесткость ригеля. Рамы бывают однопролетными (портальными), а так- же многопролетными. Рамы - распорные конструкции. Их делят на трех- шарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные (рис. Рис. 22.29. Схемы предварительно напряженных вантовых ферм: а, б - двояковогнутые с разными типами решетки; в - двояковы- пуклая; г - с перехлестом поясов в пролете; 1 - несущая ванта; 2 - стабилизирующая ванта; 3 - оттяжка; 4 - колонна; 5 - жест- кая распорка; 6 - гибкая стяжка; 7 - плита покрытия; 8 - прогон
430 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 22.30}. Трехшарнирные рамы наиболее материалоемки, и их использование ограничено сравнительно небольшими пролетами и высотами. Применяют их в том случае, когда величины пролета и высоты позволяют изготовить полу- раму в заводских условиях полностью и транспортиро- вать ее на строительную площадку. Двухшарнирные рамы имеют наиболее широкое применение и большие проле- ты. Самые экономичные по расходу материала - бесшар- нирные рамы, поэтому их используют при самых больших пролетах, характерных для рам. Внешние нагрузки вызывают в рамах изгибающие и сжимающие напряжения в ригелях и стойках. Через жест- кие карнизные узлы рам изгибающие моменты ригелей передаются стойкам, и в результате действия вертикаль- ных нагрузок возникают наклонные опорные реакции. Го- ризонтальные составляющие опорных реакций - рас- пор - зависят от соотношения высоты рамы в коньке и ве- личины пролета. Чем больше высота по отношению к про- лету, тем меньше распор. Поперечное сечение элементов рам может быть сплошностенчатым или сквозным (решетчатым). Очертание (конфигурация) рам может быть самой разнообразной. Основные геометрические схемы показа- ны на рис. 22.31. Каждая из показанных здесь схем мо- жет отличаться вариантами опирания стоек, очертанием ригеля, наличием или отсутствием шарниров и затяжек. Затяжки в рамах устанавливают с целью восприятия распора. Они могут иметь место на уровне опор или выше - соединять карнизные узлы. Помимо уменьшения (погашения) распора установка затяжек способствует сни- жению величины изгибающих моментов в карнизных узлах. Основными факторами, влияющими на формирова- ние покрытий из рам (полурам), являются: приемы рас- положения основных несущих элементов в плане [рис. 22.32}, использование разных по конфигурации и величи- не пролета рам и второстепенных элементов (прогонов, подкосов, консолей). Чаще всего применяется параллельное расположе- ние рам с постоянным шагом на прямоугольном плане (рис. 22.32 а}. При этом плоскости покрытий с поверхно- стью гиперболического параболоида получаются при со- четании рам с разной конфигурацией их ригелей, напри- Рис. 22.30. Статические схемы рам: а - трехшарнирная; б - двухшарнирная; в - двухшарнирная с за- тяжкой в уровне опор; г - двухшарнирная с затяжкой в уровне карнизных узлов; д - бесшарнирная мер, горизонтального и двухскатного, двухскатных с раз- ными наклонами. Наиболее просто это достигается одно- типными рамами с односкатным ригелем, расположенны- ми скатами в разные стороны. Попарно-перекрестное расположение рам в струк- туре характеризуется попарным опиранием на один фун- дамент и попарным сопряжением рам в коньковом узле (рис. 22.32 б). Этот прием обеспечивает хорошую про- странственную жесткость каркаса. Применяя разные по высоте и конфигурации рамы, можно получить различные складчатые и криволинейные поверхности покрытий. В зданиях (помещениях) с центричным планом целе- сообразно радиальное расположение рам (рис. 22.32в}, дающее весьма разнообразные формы покрытий: конус- ную, пирамидальную, складчатую, многогранную. Радиально-ячейковое расположение рам может ис- пользоваться в зданиях ячеистой планировочной структу- ры, образованной на основе треугольника, квадрата, ше- сти- или восьмиугольника (рис. 22.32 е). Несущими явля- ются Г-образные элементы - полурамы. В каждой ячейке они опираются в центре и расходятся ригелями в углы многоугольника (возможно и к середине его сторон), со- единяясь с такими же полурамами другой ячейки. Формы планов зданий определяются исходной ячейкой. По пери- метру возможно устройство консольных участков покры- тия. Характер направления прогонов или панелей обус- лавливает форму покрытия - с плоскими гранями или криволинейную, в том числе гиперболическую при усло- вии расположения прогонов параллельно ригелям рам. Безусловное достоинство радиально-ячейковой структу- ры - пространственная устойчивость, возможность уст- ройства в покрытии световых фонарей, своеобразная организация внутреннего пространства. Основной недо- статок - сложность решения водоотвода. Рис. 22.31. Классификация рам по геометрическим признакам
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 431 При звездчатом расположении конструкций (рис. 22.32 д) структуру покрытия образуют рамы, соединяю- щие середины сторон многоугольного плана или его углы через один, и полурамы, примыкающие в коньковом узле к рамам. Между собой коньковые и карнизные узлы рас- крепляются несущими стержнями. Звездчатая структура применяется в небольших зданиях с правильным много- угольным планом. Рис. 22.32. Приемы расположения рам е структуре покрытия: а - параллельное; б - попарно-перекрестное; е - радиальное; г - попарно-перекрестное с параллельным; д - звездчатое; е - ра- диально-ячейковое 22.2.2. Металлические рамы Стальные рамные покрытия применяют при пролетах зданий 50-150 м. Основные преимущества рамных кон- струкции по сравнению с балочными - меньший вес, большая жесткость и меньшая высота ригеля. Недостат- ки - большая ширина колонн (стоек рам), чувствитель- ность системы к неравномерным осадкам опор и измене- ниям температуры. Рамы сплошного сечения (рис. 22.33) имеют, как правило, двутавровые переменные сечения ригеля и сто- ек, соответствующие эпюре сил. Чаще всего применяют сварное сечение из трех листов как наименее трудоем- кое в изготовлении (рис. 22.34). Высоту сечения сплошных рам принимают 1/30-1/40 пролета, но не более 2 м. Соотношения толщины стенок и полок, а также высо- ты сечения к его ширине, подчиняются принципам проек- тирования двутавровых балок. Наиболее распространенные формы сплошных рам - двухшарнирная с горизонтальным ригелем или трехшар- нирная с наклонным ригелем (рис. 22.33а, б). При увеличе- нии пролета до 60 м становятся более выгодными рамы с ломаным ригелем, но это требует установки затяжки между узлами сопряжения ригеля со стойками (рис. 22.33 в). При необходимости (по архитектурным соображени- ям) стойки рамы могут быть наклонными (рис. 22.33 г). Рис. 22.33. Сплошные стальные рамы: а - с горизонтальным ригелем; б - с двухскатным ригелем; е - с ломаным ригелем и затяжкой; г - с наклонными стойками
432 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 22.34. Поперечные сечения сплошных рам При пролетах более 60 м применяют решетчатые (сквозные) рамы, в которых сечения ригеля и стоек про- ектируют аналогично фермам (рис. 22.35; 22.36}. Двух- шарнирные сквозные рамы проектируют с шарнирами в уровне обреза фундаментов. В сквозных рамах высота ригеля увеличивается по сравнению со сплошными до 1/8-1/15 пролета в шарнир- ных и до 1/12-1/20 пролета - в бесшарнирных рамах. Эффективность сквозных рам повышается при соиз- меримости жесткостей ригеля и стойки. С этой целью ширину сквозных стоек рамы принимают равной панели ригеля - 3-6 м. В некоторых случаях, например, в двухпролетных зданиях, возможно применение комбинированных рам, состоящих из сплошных боковых полурам и средней час- ти - сквозной стойки со сквозными примыкающими час- тями ригеля (рис. 22.37}. В рамных конструкциях можно применить предвари* тельное напряжение натяжением затяжек, смещением опор, а также одновременно обоими способами. На рис. 22.38 показаны различные схемы однопролетных предва- рительно напряженных рам. При установке затяжки в уровне опор рам можно по- лучить разгрузку ригеля рамы (рис. 22.38 а}. Затяжку ча- сто ставят при слабых грунтах, чтобы облегчить работу фундаментов. На рис. 22.38 б показана возможность разгрузки ри- геля в пролете и стоек натяжением вертикальных тяг, при- крепленных к внешним узлам рамы. Обычно в этой плос- кости размещается стена; подвешивая ее к тягам, можно не устраивать под стеной фундамент, создав натяжение тяги весом стены. Рис. 22.36. Типы сечений сквозных рам Рис. 22.37. Двухпролетная комбинированная рама из сплошных и сквозных (в середине) элементов Рис. 22.35. Сквозные (решетчатые) стальные рамы: а-г - бесшарнирные; д, е - двухшарнирные; ж - трехшарнирная
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 433 Наиболее ответственным узлом в рамных конструк- циях является узел сопряжения ригеля со стойкой (кар- низный). Карнизные узлы сплошностенчатых рам конструи- руют так, чтобы внутренний угол, во избежание концент- Рис. 22.38. Способы предварительного напряжения однолро- летных рам: а - стягивание концов стоек; б - вертикальные оттяжки (или сте- ны, навешиваемые к углам рам); в - криволинейная затяжка в ри- геле; г - стягивание углов рам; д - затяжка в ригеле и стойках; е - затяжка, образующая подпругу для ригеля Рис. 22.39. Узлы сопряжения ригеля со стойкой в сплошных рамах: 1 - листовая накладка; 2 - ребра жесткости: 3 - стык на высоко- прочных болтах и сварке рации напряжений, был смягчен скосами-вутами (рис. 22.39 а-г) или переходной кривой (рис. 22.39 д, е). На- ружный угол для восприятия растягивающих напряжений усиливают листовой накладкой, привариваемой к поясу ригеля и стойки. Для устойчивости стенки двутаврового сечения в карнизном узле вводят ребра жесткости. В сквозных рамах карнизный узел иногда усиливают сплошной листовой вставкой (рис. 22.40 б). Членение легких сквозных рам на отправочные эле- менты (марки) предусматривают в пределах ригеля вбли- зи сечения с нулевым изгибающим моментом или в пре- делах стойки рамы (рис. 22.40 в). Для опор двух- и трехшарнирных рам пролетами до 60 м при опорных реакциях до 2500 кН (250 тс) использу- ют плитные (пятниковые) шарниры (рис. 22.41 а; 22.42 а), имеющие простую конструкцию. При больших проле- тах и опорных реакциях применяют балансирные шар- ниры (рис. 22.41 б; 22.42 б), состоящие из верхнего и нижнего (прикрепленного к фундаменту) балансиров, а также цилиндрической стальной цапфы между ними. При- менение плитных и балансирных шарниров обеспечивает необходимый поворот элементов рам в опорных (и клю- Рис. 22.40. Карнизные узлы сквозных рам: а - из уголков; б - то же, со сплошной листовой вставкой; в - из труб; г - из двутавров (тяжелая рама большого пролета)
434 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 22.41. Узлы опирания сплошных рам на фундамент: а - плитный шарнир; б - балансирный шарнир чевых) узлах, а также необходимую прочность для пере- дачи продольных и поперечных сил. Опоры бесшарнирныхсплошностенчатых и сквозных рам конструируют аналогично опорам защемленных ко- лонн (см. Главу 21]. Конструирование ключевых шарниров (рис. 22 43} предполагает постановку при монтаже стяжных болтов, ко- торые способны воспринимать растягивающие усилия, воз- никающие в рамах при сильном действии ветрового отсоса При пролетах до 60 м рамы проектируют плоскими и устанавливают с шагом 6-12 м. При больших пролетах и отсутствии крановых нагрузок целесообразно увеличи- вать шаг до 18 36 м (рис. 22.44 а, б), а при применении спаренных или пространственных рам - и до 60 м (рис. 22.44 в). Между рамами устанавливают фермы с парал- лельными поясами, совмещая в одном уровне с верхни- ми или нижними поясами рам. В зоне рамы, выступаю- щей из основной плоскости кровли, возможно устройство световых (светоаэрационных) фонарей. Пример уникальной конструкции крупнопролетного производственного здания представлен на рис. 22.45 Здание пролетом 120 м оборудовано поперечными крана- ми грузоподъемностью 15 т. Ригели рам, установленные с шагом 36 м, решены в виде подкраново-подстропильных плоских ферм высотой 10 м (1 /12 пролета). Верхние пояса ферм и раскосы сварные Н-образного сечения из высоко- прочной стали. Нижние пояса коробчатого сечения - ши- риной 3 м и высотой 2 м. Стойки рам сплошного сварного сечения шириной в плоскости рамы - 3,6 м. Монтажные соединения основных элементов - на высокопрочных бол Рис. 22.42. Узлы опирания сквозных рам на фундамент: а - плитный шарнир; б - балансирный шарнир Рис. 22.43. Ключевые шарниры: а, б - в сплошных рамах.; в-в сквозных; 1 - стяжной болт
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИИ 435 тах. На верхние узлы рамных ферм опираются промежу- точные стропильные фермы пролетом 36 м, запроектиро- ванные из высокопрочных стальных труб. 22.2.3. Деревянные рамы Рамы являются одним из основных классов несущих деревянных конструкций. Их формы соответствуют мно- гим общественным и производственным зальным здани- ям. Вертикальные стойки и наклонные ригели рам служат, соответственно, основами для крепления стен и устрой- ства настилов покрытий. Рис. 22.44. Варианты компоновки покрытий с рамами и фермами: 1 - рама: 2 - ферма; 3 - кровля Рис. 22.45. Поперечная рама здания пролетом 120 м: а - узел верхнего пояса; б - узел нижнего пояса: в - стык листов верхнего пояса рамы По статическим признакам деревянные рамы делят- ся на двухшарнирные и трехшарнирные. По конструкции: цельнодеревянные; клеедеревянные из прямолинейных элементов; клеедеревянные гнутые; сплошного сечения и сквозные (решетчатые) (рис. 22.46; 22.47). Дощатоклееные гнутые рамы (рис. 22.46 б) выпол- няют преимущественно трехшарнирными, что облегчает их изготовление, транспортирование и монтаж. Криволи- нейность карнизных узлов достигается выгибом пакета досок при склеивании с запрессовкой. Радиус кривизны составляет 2-4 м. Так как по условиям гнутья отношение радиуса кривизны к толщине слоя (доски) не может быть меньше 150, то для изготовления гнутоклееных рам при- меняют доски после фрезерования толщиной 16-25 мм. Рис. 22.46. Дощатоклееные рамы с ригелями сплошного сечения: а - двухшарнирная с гнутоклееным ригелем; б - трехшарнирная гнутоклееная переменной высоты сечения; в - трехшарнирная переменного сечения с карнизным узлом, соединенным зубча- тым шипом; г - трехшарнирная с переменным сечением ригеля, опирающегося на стойки и внутренние (или наружные) подкосы; д - трехшарнирная с консолями и ригелем, опирающимся на подкосные двухветвевые стойки
436 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Ввиду использования тонкого пиломатериала гнутые рамы более трудоемки в изготовлении, чем балки и арки, и требуют большего расхода древесины и клея. Дощатоклееные рамы из прямолинейных эле- ментов (рис. 22.46 в) более технологичны, чем гнутые, так как собирают и склеивают из прямолинейных досок отдельно стойку и ригель каждой полурамы. Более надеж- ны рамы из прямолинейных элементов с ригелем, имею- щим консоли и опирающимся шарнирно на двухветвевые стойки (рис. 22.46 д). Рис. 22.47. Основные типы сквозных деревянных рам: а - двухшарнирная; б - трехшарнирная с восходящими раскоса- ми в ригеле; в - трехшарнирная с наклонными двухветвевыми стойками; г - трехшарнирная с нисходящими раскосами; д - трехшарнирная с переменной высотой сечения ригеля; е - трех- шарнирная с консолями Решетчатые рамы (рис. 22.47) применяют в здани- ях с большими пролетами, однако они более трудоемки в изготовлении и менее огнестойки. Узлы решетчатых рам (соединения элементов решетки) выполняются аналогич- но узлам ферм. Сечения сплошных рам делают прямоугольными, а высоту сечения трехшарнирных рам - переменной по длине (в соответствии с величиной изгибающих момен- тов), что достигается уменьшением количества досок в пакете с внутренней стороны рамы. Постепенное измене- ние высоты сечения (рис. 22.46 б-д) предпочтительно с архитектурной точки зрения («эпюрность» формы), но технологически менее выгодно. Наиболее сложным у рам П-образного очертания яв- ляется карнизный узел (соединение стойки и ригеля), где от нагрузок возникает максимальный изгибающий момент. Карнизный узел может иметь следующие варианты решения: • клеевое соединение на зубчатый шип (рис. 22.48 6); • клеевое соединение на зубчатый шип со встав- кой (рис. 22.48 а); • с помощью концентрических стержней и болтов (рис. 22.48 г); • клеевое соединение со вставкой и болтовыми стяжками (рис. 22.49 в, г); • клеегвоздевое соединение с помощью боковых накладок (косынок) из фанеры, алюминия и других листо- вых материалов. Рис. 22.48. Рамы из дощатоклееных элементов с одинарными стойками: а - карнизный узел со вставкой, вклеенной зубчатым шилом; б - стойка и ригель соединены на клею зубчатым шипом; в - карниз- ный угол гнутоклееный (наугольник несущую функцию не выпол- няет); г - соединение стойки и ригеля с помощью концентриче- ских стальных стержней и болтов
Раздел !V. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 437 Опорные и коньковые узлы деревянных рам могут иметь конструктивные решения, аналогичные конструк- циям узлов арок. Опорные узлы рам (рис. 22.50—22.52} выполняются с применением стальных башмаков с опорными пласти- нами, заанкеренных стальных элементов в бетон фунда- Рис. 22.49. Карнизные узлы рам из клееных элементов (стрелки показывают расположение слоев досок): а, б - со вставками, вклеенными зубчатым шипом; в, г - со встав- ками на клею и болтами Рис. 22.50. Рамы с двухветвевыми стойками: а - сжатая ветвь с боковыми накладками, растянутая парная ветвь с деревянной прокладкой; б - сжатая ветвь соединена с ригелем врубкой, растянутая ветвь из стального профиля; в - сжатая и растянутая парные ветви стойки рамы закреплены в трехветвевом ригеле; г - парная сжатая ветвь с деревянной про- кладкой соединена врубкой с парным ригелем Рис. 22.51. Опорные шарнирные узлы рам: а - стальная опорная плита с врезкой в стойки и закреплением в бетоне фундамента; б, в - крепление с помощью боковых швел- леров, заанкеренных в бетон; г - стальной башмак с приварен- ными лапками и прикреплением к боковым швеллерам; д, е - стальной башмак, закрепленный анкерными болтами в фунда- менте; 1 - стойка; 2 - стальной башмак; 3 - болт; 4 - анкер; 5 - сварка Рис. 22.52. Коньковые узлы деревянных рам: а - врубка в полдерева со шпонкой и болтом; б - соединение в шип со шпонкой и болтом; в - сквозной болт с круглой шайбой; г - вертикальные болты с нижней стальной пластиной; д - верхняя и нижняя фасонки из стали, прикрепленные гвоздями, сердечник из твердого дерева; е - стальная труба с радиально приваренными листами, вставленными в прорези и закрепленными штырями
438 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ментов (болтов, жестких профилей) и других технических решений. Осуществленные решения покрытий с применением клеедеревянных рам представлены на рис. 22.53. а Рис. 22.53. Архитектурно-конструктивные формы рамных покры- тий: а - павильон в Эпинапе (Франция) пролетом 72 м; б - плава- тельный бассейн в Кретее (Франция); в - выставочный зал в Кортрейке (Бельгия); г - дворец спорта в Твери (Россия) про- летом 57 м Рис. 22.54. Статические схемы арок: а - двухшарнирная; б - трехшарнирная; в - бесшарнирная; I - пролет; f - стрела подъема, h - высота сечения арки 22.3. Арочные конструкции покрытий 22.3.1. Общие положения Арка представляет собой распорную конструкцию обычно криволинейного (дугообразного) очертания, пе- рекрывающую пролет между двумя опорами (колоннами, пилонами, фундаментами). х Кроме своей архитектурной выразительности арки имеют несомненное преимущество перед балочными и рамными конструкциями вследствие значительно мень- ших (в несколько раз) изгибающих моментов. Характер- ная особенность арки - работа главным образом на сжа- тие и в меньшей степени - на изгиб. Это обстоятельство определило давнее появление арок в строительстве заль- ных зданий. По статическим схемам арки могут быть: трехшар- нирные, двухшарнирные и бесшарнирные (рис. 22.54). Трехшарнирные арки статически определимы, не- чувствительны к неравномерным осадкам опор и колеба- ниям температуры. Наличие ключевого шарнира услож- няет и удорожает конструкцию, однако они удобны в мон- таже и перевозке в виде парных полуарок. Двухшарнирные арки один раз статически неопреде- лимы. Распор несколько меньше, чем у трехшарнирных арок, вследствие препятствия сопротивлению самой арки разгибанию. Отличаются более благоприятным распре- делением изгибающих моментов по своей длине. Доста- точно экономичны по расходу материала. Бесшарнирные арки с точки зрения статики более совершенны, чем шарнирные. Защемление арок в опорах способствует более равномерному распределению мо- ментов подлине. Однако наличие опорных моментов тре- бует обеспечения надежного защемления концов арок, поэтому они чувствительны к осадкам опор и температур- ным воздействиям. По техническим и экономическим причинам применяются редко. Генеральными размерами арки являются пролет (/), стрела подъема (0, а также высота сечения арки (h). В зависимости от соотношения стрелы подъема к пролету арки можно разделить (рис. 22.55) на пологие ((/(<1/4-1/10) и высокие, или подъемистые (f/t> 1/4-1). Наиболее выгодное очертание арки - максимально приближенное к ее кривой давления от основного соче- Рис. 22.55. Очертания осей арок и зависимость стрелы подъема от пролета: 1 - пологая (круговая, параболическая); 2 - прямолинейная (тре- угольная) 3 - полукруглая (полуциркульная); 4 - подъемистая (параболическая); 5 - стрельчатая
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 439 гания нагрузок. При равномерно распределенной нагруз- ке оптимальным является квадратная парабола, которую часто заменяют дугой круга, что а пологих арках не при- водит к существенному изменению усилий, хотя упроща- ет технологию изготовления. При высоких арках целесо- образна форма, очерченная по цепной линии (катеноиду). Обычные очертания арок - параболическое, круговое, треугольное, стрельчатое (рис. 22.55). Реже применяют арки эллипсоидные, трехцентровые, полигональные. Арки являются распорными системами. Величина распора, в зависимости от нагрузки, пролета и стрелы подъема, может изменяться в значительных пределах (рис. 22.56). Восприятие распора требует специальных конст- руктивных мер и приводит к существенным дополнитель- ным затратам, поэтому при проектировании арочных кон- струкций необходимо особое внимание уделять вопро- су - как и какими конструктивными решениями будет вос- приниматься распор? На рис. 22.57 приведены варианты восприятия рас- пора. На схеме а распор в арочной конструкции воспри- нимается затяжкой, устроенной в уровне опорных узлов. В этом случае стены или колонны воспринимают только вертикальные нагрузки. Однако затяжка уменьшает по- лезный объем здания. Чтобы увеличить полезную высоту помещения, затяжку располагают выше линии опорных шарниров. Вертикальные подвески под держивают затяж- ку от провисания. Во многих зданиях распор можно пере- давать на рамы, которые одновременно являются несу- щими конструкциями примыкающих частей здания {рис. -Illllllllllllllllllllll Рис. 22.56. Зависимость распора от конфигурации арки. С уве- личением стрелы подъема арки (f) распор (Н) уменьшается, а вертикальная составляющая опорной реакции (Fv) остается не- изменной 22.57 б). Распор можно передавать на специальные пи- лоны или контрфорсы {схема в), конструкцию трибун в спортивных зданиях, непосредственно на высокие фунда- менты. При слабых грунтах затяжка может устанавливать- ся подполом {рис. 22.57д). Отсутствие традиционного разделения здания на стены и покрытие является одной из значительных осо- бенностей арочных форм, которая определенным обра- зом влияет на решение фасадов, требуя от архитектора особого подхода к проектированию кровли высокого эс- тетического уровня. Конструктивное формообразование арочных струк- тур аналогично рамным. Им также свойственно парал- лельное, попарно-перекрестное, радиальное и радиаль- но-ячейковое расположение арок в планировочной струк- туре (см. рис. 22.32). При радиальном расположении арок образуется фор- ма, переходная к купольным пространственным систе- мам. Степень «пространственности» структуры определя- ется взаимосвязью радиальных арок с кольцевыми эле- ментами формы, возможностью их включения в работу. Поэтому покрытия с радиально расположенными арками рассматриваются в зависимости от конструктивно-стати- ческих особенностей или как плоскостные или простран- ственные конструкции. Кроме того, для арок свойственно образование структур на основе контурного и радиального их распо- Рис. 22.57. Варианты восприятия распора в арках: а - затяжкой в уровне опорных узлов: б - рамами; в - пилонами; г - конструкциями трибун; д - фундаментами
440 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ложения. Возможность варьирования формы обеспечи- вается конфигурацией арок и прогонов между ними, со- отношением высот радиальных и контурных арок. Этот прием используется для зданий с многоугольными цент- ричными планами. 22.3.2. Металлические арки По конструкции металлические арки подразделяют на сплошные и сквозные {рис. 22.58). Сплошные арки имеют высоту сечения 1/50-1/80 от пролета и применяются в зданиях с пролетами до 60 м. Они имеют постоянное по длине сечение и выполняются из составных широкополочных двутавров, из листов с замкнутым сечением, из двух швеллеров или двутавров, соединенных планками поверху и понизу (рис. 22.58 а). Составные сечения имеют большую жесткость из плоско- сти арки, поэтому их целесообразно применять при боль- ших пролетах. Сплошные сечения арок следует прини- мать при условии возможности вальцовки (придания кри- волинейности) прокатных профилей. При невозможности гнутья прокатных профилей в плоскости стенки арка со- ставляется из отдельных прямолинейных элементов, со- единенных стыковой сваркой. При пролетах более 60 м проектируют сквозные арки {рис. 22.59). Сечения сквозных (решетчатых) арок рекомендуется назначать постоянной высоты, т.е. с па- раллельными поясами, что наиболее полно отвечает ха- рактеру усилий по длине. Вместе с тем имеется немало случаев применения переменных по высоте сечений - например, в серповидных двух- и трехшарнирных арках. Сквозные арки имеют меньшую жесткость, поэтому высо- ту их сечения принимают больше, чем для сплошных арок - в пределах 1/30-1/60 от пролета. Пояса сквозных арок выполняют из уголков, швеллеров, труб, двутавров, коробчатых профилей (рис. 22.566). При больших проле- тах и усилиях сквозные арки проектируют пространствен- ными в виде четырехугольного или треугольного попереч- Рис. 22.58. Типы поперечных сечений арок: а - сплошные; б - сквозные плоские; в - сквозные блочные ных сечений (рис. 22.56 в). Решетка арок принимается треугольной, треугольной с дополнительными стойками или раскосной. Стойки решетки целесообразно разме- щать нормально к поясам, тогда стержни решетки полу- чаются одинаковыми по длине арки. При треугольной ре- шетке длина панели примерно равна удвоенной высоте сечения арки, при треугольной решетке с дополнительны- ми стойками длина панели равна высоте сечения арки. Монтажные стыки в стальных арках размещают исхо- дя из длины отправочных элементов (6-12 м) и чаще выпол- няют фланцевыми на обычных или высокопрочных болтах. Рис. 22.59. Решетчатые металлические арки: а-г - трехшарнирные; д - двухшарнирная; е, ж - бесшарнирные
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 441 Конструирование промежуточных узлов решетчатых арок ничем не отличается от конструирования узлов ферм и ригелей рам. Приопорные части сквозных арок перехо- дят в сплошные, поэтому опорные узлы сплошных и сквозных арок при шарнирном опирании имеют одинако- вую конструкцию. Опорные шарниры арок применяют трех типов: плиточные, пятниковые и балансирные (рис. 22.60). Для арок сравнительно небольших пролетов, преиму- щественно подъемистых, применяют наиболее простую конструкцию плиточного шарнира. Опорное давление с арки передается на фундамент через специальную плит- ку, имеющую цилиндрическую нижнюю поверхность. Опорная часть арки укрепляется продольными и попереч- ными ребрами и прикрепляется с помощью анкерных болтов к фундаменту (рис. 22.60 а). Пятниковый шарнир (рис. 22.606} имеет специаль- ное опорное гнездо - пятник, в которое вставляется зак- ругленная опорная часть арки. Пятник делают литым или сварным. Опорная часть арки укрепляется ребрами. Балансирные шарниры (рис. 22.60 в) применяются в тяжелых арках. Шарнирный узел состоит из верхнего и нижнего балансиров, в гнезда которых укладывается плотно пригнанная цилиндрическая цапфа. Верхний ба- лансир закрепляется к арке на болтах через опорную пли- ту. Нижний балансир имеет большую площадь опирания, чем верхний, из условия прочности бетона фундамента. Бесшарнирные опорные узлы арок конструируют по типу баз внецентренно сжатых колонн сплошного или сквозного сечений (см. рис. 21.14; 21.15}. Ключевые шарниры легких арок могут быть листо- выми или болтовыми (рис. 22,61 а, б), тяжелых арок - плиточными или балансирными (рис. 22.61 в, г}. Опорные и ключевой шарниры при проектировании арки принимают, как правило, однотипными. Рис. 22.60. Типы опорных шарниров арок: а - плитный; б - пятниковый; в - балансирный На рис. 22.62 а показан пример проектного решения ангара с двухшарнирными сквозными стальными арками пролетом 100 м. Шаг арок 12 м. Кровля запроектирована из утепленных алюминиевых листов. 22.3.3. Деревянные арки Наиболее распространенными среди клеедеревян- ных конструкций являются арки для покрытий зданий. Их формы, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных. Клеедеревянные арки бывают сплошностенчатыми и сквозными (решетчатыми); сегментного, стрельчатого, ломаного и треугольного очертаний (рис. 22.63). Сегментные арки без затяжек могут иметь как трехшарнирную, так и двухшарнирную схемы, достигая значительной высоты (до половины величины пролета). Опираются обычно на фундаменты, применяются в по- крытиях общественных однопролетных зданий (рис. 22.63 а-г}. Применение двухшарнирных арок целесообразно при средних пролетах, допускающих транспортирование арок в целом. При больших пролетах (до 100 м) необходимо иметь несколько монтажных жестких узлов по длине арки, что усложняет конструирование и монтаж, удорожает строительство. Исходя из этого, целесообразнее приме- нять трехшарнирные арки с ключевым (коньковым) шар- нирным соединением двух полуарок, имеющих высоту сечения до 2 м (1/40-1/50 пролета). Стрельчатые клеедеревянные арки (рис. 22.63д, е) всегда имеют трехшарнирную схему, как правило, без за- тяжек. Они состоят из двух полуарок кругового или изогну- того очертания и имеют пролеты 20-80 м. Высота стрель- чатых арок близка к половине величины их пролетов. Усилия в сечениях стрельчатых арок ео многом зави- сят от величины и характера нагрузок. Чем больше отно- сительная величина сосредоточенной в зоне конька арки, тем ближе форма оси арки должна приближаться к треу- гольной, при которой от этой нагрузки не возникает изги- бающих моментов. Чем больше относительная величина распределенных нагрузок, тем больше форма оси арки должна приближаться к круговой или параболической, при которой изгибающие моменты от этих нагрузок являются Рис. 22.61. Ключевые шарниры металлических трехшарнирных арок: а - листовой; б - болтовой; в - плиточный; г - балансирный
442 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ минимальными. При действии распределенных и сосредо- точенных нагрузок (в зоне конькового узла) оптимальной формой оси арки является стрельчатая - промежуточная. Треугольные клеедеревянные арки могут быть только трехшарнирными с затяжками или без них. Основной не- достаток треугольных арок - возникновение в их сечени- ях значительных моментов от распределенных нагрузок по сравнению со стрельчатыми. Треугольные арки без затяжек {рис. 22.63 з, и) проектируют с высотой, близкой к половине величины их пролета, который обычно не превышает 30 м; арки опи- рают непосредственно на фундаменты. Треугольные арки с затяжками {рис. 22.63 м} име- ют высоту порядка 1/6 пролета, достигающего 50 м; опи- рают их на колонны или стены. Затяжки арок преимуще- ственно изготавливают из прокатной стали или канатов, поддерживают от провисания стальными подвесками. Сквозные трехшарнирные арки {рис. 22.63 г, л) составляют из пары ферм (серповидных, с параллельны- ми поясами), соединенных в коньковом ключе. Пояса ферм и решетку делают деревянными. Металлодеревян- ные фермы в данном случае не подходят вследствие ма- лой устойчивости металлического нижнего пояса. Основными узловыми соединениями деревянных арок являются опорные и коньковые (ключевые) узлы (шарниры). Опорные узлы арок без затяжек {рис. 22.64 а-в) выполняют в виде болтового шарнира, пятникового шар- нира или лобового упора. Первые два варианта исполь- зуют для арок с большими пролетами. Опорные узлы ма- лопролетных арок выполняются упрощенно путем непос- редственного лобового упора торцов полуарок в наклон- ный обрез фундамента через слой гидроизоляции. Они крепятся болтами через уголковые детали, закрепленные анкерными болтами в бетоне фундамента. Рис. 22.63. Схемы деревянных клееных арок: а - сегментная двухшарнирная гнутоклееная сплошного сечения; б - сегментная деухшарнирная решетчатая; в - сегментная трех- шарнирная гнутоклееная с переменной высотой сечения; г - сег- ментная трехшарнирная решетчатая; д - стрельчатая (с круговы- ми полуарками); е - стрельчатая (с изогнутыми полуарками); ж - с ломаными полуарками; з - треугольная с прямыми элементами постоянного сечения; и - треугольная с элементами переменного Рис. 22.62. Примеры арочных покрытий зданий: сечения; к - круговая с затяжкой и подвесками; л - с ломаными а - ангар; б - склад концентрата металлургического завода решетчатыми полуарками и затяжкой; м - треугольная с затяжкой
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 443 Опорные узлы арок с затяжками (рис. 22.64 г, е) выполняются при помощи лобового упора с применени- ем стальных сварных башмаков. Опорный лист в этом случае располагается горизонтально, поскольку арка ус- танавливается на горизонтальную поверхность опор (ко- лонн или стен), на которые не действует распор. Опорные узлы могут выполняться без стальных башмаков (рис. 22.64 д) упором в стальную пластину, соединенную с ох- ватывающей полосой для крепления затяжки. Опорный лист закрепляется непосредственно на нижней горизон- тальной плоскости полуарки. Коньковые узлы клеедеревянных трехшарнирных арок (рис. 22.65) выполняются с применением стальных фасонных изделий, деревянных накладок и болтов. На рис. 22.66 показана конструкция деревянной кле- еной треугольной арки с затяжкой пролетом 18 м. При- меры применения деревянных арок в покрытиях зданий общественного назначения представлены на рис. 22.67. Рис 22.64. Опорные узлы клеедеревянных арок: а - болтовой шарнир; б - пятниковый шарнир; в - лобовой упор (шарнирное опирание); г-е - опорные узлы арок с затяжками Рис. 22.65. Ключевые узлы трехшарнирных арок: а-в - непосредственный упор с фиксацией накладками; г - пла- стинчатый шарнир; д - болтовой шарнир; е - плиточный шарнир Рис. 22.66. Конструкция деревянной клееной трехшарнирной арки с затяжкой- 1 - затяжка; 2 - муфта для натяжения затяжки; 3 - болты; 4 - ось арки
444 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Глава 23 ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ Рис. 22.67. Здания с применением деревянных арок в покры- тиях: а - дворец спорта е Архангельске (пролет 63 м); б - спортивный корпус (типовой проект); в - бассейн (типовой проект); г - ледо- вый стадион (Франция); д - павильон рынка в Архангельске 23.1. Общие положения С появлением в начале XX в. железобетона, способ- ного принимать любые формы и сопротивляться сжатию, растяжению и изгибу, стали создавать строительные кон- струкции, в которых использовались качества нового ма- териала, на свойства которого можно оказывать влияние. Такими конструкциями явились оболочки, в которых под действием нагрузки возникало сложное напряженно- деформированное состояние. В 1930-е гг. оболочки харак- теризовались как трехмерные несущие конструкции, отли- чающиеся пространственной работой и состоящие из по- верхностей одинарной или двоякой кривизны. В 1940-х гг в определении оболочек покрытий зданий уже учитывалось, как один из критериев, понятие толщины - «а толщина очень мала по сравнению с размерами самой поверхности». Интенсивное развитие железобетонных оболочек в 30-50-х гг. XX в. привело к тому, что сами понятия «про- странственная конструкция», «пространственная работа» связывались прежде всего с оболочками. Однако пространственные конструкции существовали и до появления тонкостенных железобетонных оболочек. Прежде всего это металлические стержневые купола и своды. Применение металла в качестве материала для стержневых систем позволило не только усовершенство- вать конструкции двухскатных ферм, но еще в XIX в. при- менить легкие стержневые структуры сводов и куполов. Развитию строительных конструкций соответствова- ло развитие графических и аналитических методов стро- ительной механики. Появились цилиндрические сетчатые своды, купола Шведлера, а в дальнейшем - различные варианты стальных радиально-кольцевых куполов. С изобретением в 1834 г. проволочного троса появил- ся ноеый конструктивный элемент с замечательными Свойствами: высокой прочностью при малой массе и гиб- костью. Работающие на растяжение такие конструкции как вантовые системы и оболочки-мембраны относятся к числу наиболее эффективных видов строительных конст- рукций. Впервые вантовые покрытия появились в конце XIX в. (работы В. Шухова). Одновременно интенсивно развивалось формообра- зование оболочек. Если вначале в оболочках использова- лись простые геометрические формы - цилиндр и сфера, то в дальнейшем было изобретено множество конструк- тивных форм из железобетона в соответствии с функцио- нальными и архитектурно-художественными требования- ми. Наконец, получили развитие оболочки из фибробето- на и армоцемента. В 60-70-х гг. XX в. получили дальнейшее развитие стальные стержневые пространственные конструкции - структуры, которые в некоторой степени аналогичны массивным (сплошным) конструкциям - плитам. С другой стороны, эти конструкции представляют собой развитие плоских стержневых (решетчатых) конструкций. Принцип стержневой пространственной конструкции известен с давних времен; он использован в постройках
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 445 Таблица 23.1. Материалы, используемые для пространственных конструкций покрытий Классы конструкций Строительные материалы ме- талл I железо ; бетон де- рево пласт- ткань массы Структуры + + + - Складки + + + - - Жесткие оболочки + + + + Вантовые покрытия + + + + Пневматические и тентовые покрытия - - + + 4- Примечание.«+» - используемый материал: «+» - возмож- ное использование. средневековья, а в наше время - в конструкциях подъем- ных кранов, самолетов и т.д. Стержневые пространствен- ные конструкции, узлы которых лежат на некоторой по- верхности одинарной или двоякой кривизны, образуют сетчатые оболочки. Развитие синтетических материалов позволило со- здать группу мягких оболочек (пневматические и тенто- вые конструкции), а также их комбинации с тросовыми сетками. Мягкие оболочки могут иметь любую форму. Их отличительная особенность - способность воспринимать только растягивающие усилия. Строительство монолитных железобетонных оболо- чек во многих случаях требует сложной по форме дере- вянной опалубки. Методы изготовления деревянных кон- струкций, а также развитие заводского производства кле- еных элементов из древесины способствовали строи- тельству деревянных оболочек покрытий. Интенсивное применение деревянных оболочек началось сравнитель- но недавно, в 1950-х гг, и было обусловлено их экономич- ностью. Свойства древесины наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к материалу для оболо- чек, - это малая собственная масса, необходимая проч- ность при сжатии и растяжении, хорошие теплоизолиру- ющие свойства, легкость обработки. В табл. 23.1 показаны возможности выполнения клас- сов пространственных конструкций из различных матери- алов. Из таблицы видно, что универсальными в отноше- нии использования строительных материалов являются оболочки и вантовые покрытия, так как они могут быть выполнены из всех видов материалов. В табл. 23.2 показаны возможности применения классов пространственных конструкций в объемно-пла- нировочных решениях различного типа; зданиях с прямо- угольной и квадратной сеткой колонн, зданиях зального типа с квадратным и круглым планами. Геометрия регулярных поверхностей. Выбор гео- метрии поверхности пространственных конструкций про- изводится с учетом функциональных и эстетических тре- бований, условий рациональной статической работы, ус- ловий членений поверхностей на унифицированные сбор- ные элементы, отвечающие индустриальности изготовле- ния и монтажа. При проектировании оболочек используются поверх- ности вращения (сфера, тор, параболоид и эллипсоид вращения) и поверхности переноса (гиперболический и эллиптический параболоид, круговая поверхность пере- носа). Наиболее часто применяемые поверхности показа- ны на рис. 23.1. Поверхностью вращения называют поверхность, образованную в результате вращения кривой (прямой) вокруг заданной оси. Поверхностью переноса называ- ют поверхность, образованную параллельным перемеще- нием (переносом) кривой одного направления (образую- щей), опирающейся некоторыми точками на другую кри- вую - направляющую. Для изучения свойств поверхности из бесчисленного множества кривых, проходящих через рассматриваемую точку, следует выбрать наипростейшую и наиболее харак- терную для данной поверхности. Такой кривой оказыва- Рис. 23.1. Наиболее часто применяемые поверхности вращения (а-г) и поверхности переноса (д-к): а - сферическая; б - параболоид вращения; в - тор (внешний участок); г - тор (внутренний участок); д, е - гиперболический па- раболоид; ж - эллиптический параболоид; з, и - круговая повер- хность переноса; к - цилиндрическая поверхность
446 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 23.2. Применение пространственных конструкций в покрытиях зданий Типы конструкций Типы объемно-планировочных решений и сетки колонн, м Материал ++М+++ +++++++4- +++++++ + + + + тЩ- + + + + +Чг + + + +-= + + + + +Л ; <- } * * + +& * + Л Структуры 18x12 24 х 12 30x12 От 12 х 12 До 24 х 24 От 36 х 12 до 36 х 36 г—* Металл Ра. циально-ко льцевоь купол 4— — — 50..120 Металл дерево Сетчатый купол — —— — 50...120 Металл, дерево Ск ладим 18x6 24x6 18х 12 24 х 12 — Железобетон Оболочки в виде гипербо- лоидов вращения 18x6 24x6 30x6 18х 12 24 х 12 30 х 12 — — Железобетон
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 447 Продолжение таблицы 23.2 Типы объемно-планировочных решений и сетки колонн, м Материал Типы конструкций 4- + + + + + + + г: i н т + + + + + + + 4- + + + + + + + :й¥-1 + + + + ю + + + + +-' + + + + + 4- + 4- + + д -4 * + * —’Т * * + +-О V * Оболочки положительной гауссовой кривизны — 18 х 18 24x24 24x36 36x36 36x36 42x42 — Железобетон Об чес елочки жих пар в виде гиперболи- аболоидое 6х 18 6x24 12x18 12x24 — 24x24 36x36 42x42 — Железобетон Ви сячие п DKpUTl чя мембраны — — До 100 (для висячих покрытий) Железобетон — — — До 150 (для мембран) Металл Висячее покрытие 30 х 6...78 х 6 или 30 х 12...78Х 12 — — — Железобетон Пневматические оболочки г — 36 x 24 . 78 x 48 Синтетические материалы Примечание: Ь - шаг колонн; L - пролет;---•“ - направление технологического потока
448 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ется плоская кривая, образуемая сечением поверхности плоскостью, проходящей через нормаль к поверхности (см. рис. 23.1). Такое сечение называется нормальным. В каждой точке исследуемой поверхности имеются два направления, нормальные сечения по которым об- разуют экстремальные кривизны, называемые главны- ми направлениями, а соответствующие им кривизны - главными кривизнами. Произведение главных кривизн 1/R, х 1/R2= К называется гауссовой кривизной, а по- лусумма главных кривизн Кср - средней кривизной по- верхности в данной точке. Гауссова кривизна К являет- ся одной из важнейших характеристик в теории поверхно- стей оболочек. Поверхности, в каждой точке которых К положитель- на, отрицательна или имеет нулевое значение, называют- ся, соответственно, поверхностями положительной, от- рицательной и нулевой гауссовой кривизны. Примерами поверхностей положительной гауссовой кривизны, применяемых для отдельных и составляющих оболочек, являются сфера, параболоид вращения, внешняя часть тора, эллиптический параболоид (рис. 23.1 a-в, ж). Отрицательную гауссову кривизну имеют внутренняя часть тора, гиперболический параболоид (рис. 23.1 г-е), гиперболоид вращения, геликоид. Цилиндр является при- мером поверхности нулевой гауссовой кривизны. Типы пространственных конструкций. Простран- ственные конструкции различают по статической работе, геометрическим очертаниям срединной поверхности*, форме перекрываемого плана здания, конструктивным особенностям, материалам и другим признакам. В основу классификации пространственных конструк- ций положены геометрическая форма и принципы стати- Рис. 23.2. Основные схемы покрытий из перекрестных балок и ферм ‘ Под срединной поверхностью понимают геометрическое место точек в пространственной конструкции, равноудаленных от ее верхней и нижней поверхностей. ческой работы. Особенности геометрической формы в значительной мере определяют тип конструкции и ее ста- тическую работу. Пространственные конструкции покрытий разделяют на четыре основные группы: структурные плиты (структу- ры); вспарушенные оболочки; висячие (вантовые и мемб- ранные) покрытия; мягкие (пневматические и тентовые) оболочки. В таком порядке они далее и рассматриваются. Пространственные конструкции покрытий прежде все- го следует разделить на две большие совокупности: кри- волинейные (или сочетания плоских элементов, вписыва- емые в криволинейную форму конструкции) и конструкции, образуемые прямолинейными элементами, не создающи- ми своими сочетаниями криволинейную форму. В первую совокупность конструкций входят группы вспарушенных пространственных конструкций, висячих покрытий, мягких оболочек; во вторую - структурные плиты. 23.2. Перекрестные балки и фермы Покрытия из перекрестных балок и ферм состоят из вертикальных, сплошных (балок) или решетчатых (ферм) элементов, пересекающихся в двух или трех направлени- ях и жестко связанных в узлах пересечений. По своей работе такая конструкция приближается к работе сплошной плиты, вот почему такие покрытия на- зывают перекрестно-ребристыми плитами (из балок) или перекрестно-стержневыми плитами (из ферм). Пространственный характер работы балок (ферм), соединенных жестко между собой в точках пересечений, заключается в том, что нагрузка, приложенная к любой из балок (ферм), вызывает деформирование - противодей- ствие этой нагрузке всей системы элементов в целом. Перекрестные конструкции выполняют из металла, дерева, железобетона. В зависимости от расположения балок (ферм) по от- ношению к сторонам перекрываемого плана различают ортогональные, диагональные и треугольные системы (рис. 23.2). Отношение сторон контура, на который опираются перекрестные балки (фермы), должно находиться в пре- делах от 1:1 до 1:1,25, так как при увеличении этого отно- шения короткие элементы начинают воспринимать основ- ную нагрузку, выключая из работы более длинные - кон- струкция теряет преимущества пространственной. Перекрестные балки и фермы допускают применение консолей с вылетом до 1/5—1/4 от пролета, что заметно снижает величины изгибающих моментов в пролете. Размеры ячеек между несущими элементами прини- мают от 1,5 до 6 м. Перекрестные конструкции покрытий, используя про- странственный характер работы, позволяют снизить Строительную высоту до 0,6-0,8 высоты простых балок, сократить расход материалов, возводить разнообразные по форме плана здания из однотипных сборных элемен- тов заводского изготовления (или бетонномонолитными). Металлические перекрестные балки. При пересе- чении балок балки одного направления пропускают на- сквозь, а другого проектируют в виде вкладышей, соеди- няя полки горизонтальными листовыми накладками при помощи монтажных болтов и рабочих сварных швов (рис. 23.3). Высоту сечения балок принимают в пределах 1/25- 1/35 пролета, который обычно назначается до 18 м.
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИИ 449 Металлические перекрестные фермы применяют для зданий с сеткой колонн 18 х 18 и 24 х 24 м. Каждый модуль опирается на колонны по углам. Несущие элемен- ты покрытия подразделяются на контурные фермы (более мощные), внутренние основные фермы и дополнитель- ные элементы в виде прогонов (рис. 23.4). Перекрестные фермы, предназначенные для пере- крытия большепролетных зданий общественного назна- чения, опираются на периметральные колонны, располо- женные с шагом 6-12 м. Такие покрытия могут иметь раз- гружающие консоли. В покрытиях с ортогональным расположением пере- крестных ферм в большинстве случаев монтажный стык располагается непосредственно в местах пересечения, при этом узел образуется в одном уровне, а отправочные марки внутренних ферм принимаются одной длины, рав- ной размеру ячейки (рис. 23.5). Для большепролетных перекрестных ферм применяют монтажный узел поясов, осуществляемый также в одном уровне, но только если ферма примыкает к середине фер- мы другого направления. В этом случае средние фермы имеют длину, в два раза превышающую размер ячейки. Деревянные перекрестные балки образуются клеедощатыми элементами прямоугольного сплошного сечения. Пролеты обычно не превышают 24 м при высоте балок 1/16-1/25 от величины пролета с ячейками 2-4 м. Способы соединения балок в узлах предусматривают использование металлических фасонок, вставляемых в прорези балок или между спаренными балками (рис. 23.6). Рис. 23.5. Узловые соединения поясов перекрестных ферм: а - из гнутосварных труб; б - из двутавров; 1 - гнутые фасонки; 2- ребра жесткости; 3 - листовые накладки; 4 - уголковые вставки Рис. 23.3. Узел стыка перекрестных балок: 1 - верхний пояс; 2 - накладка; 3 - отверстия под болты 1 2 6000 6000 18000(24000) Рис. 23.4. Схема ячейки перекрестных ферм: 1 - колонна; 2 - контурная ферма; 3 - прогон; 4 - внутренняя ферма; 5 - узел пересечения ферм; б - съемные транспортные элементы Рис. 23.6. Способы соединения деревянных перекрестных балок в узлах
450 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Деревянные перекрестные балки являются рацио- нальными не только с технической стороны, но и с эсте- тической - как выразительный элемент интерьера с глу- боко кессонированным потолком. Железобетонные перекрестные балки могут быть монолитными, сборными или сборно-монолитными (сборные плиты, монолитные балки). Перекрестные бал- ки высотой до 1,5 м делают сплошностенчатыми с толщи- ной 200-300 мм. Соединение элементов сборных перекрестных балок выполняют с помощью сварки закладных деталей с пос- ледующим замоноличиванием стыков. Арматура, прохо- дящая в каналах нижних полок балок, напрягается одно- временно в двух (трех) направлениях с заполнением ка- налов раствором после анкеровки арматурных стержней. Сборные покрытия могут выполняться из железобе- тонных плоских или армоцементных тонкостенных короб- чатых элементов - кессонов (рис. 23.7). Стенки и полки квадратных в плане коробов со сторонами 1-3 м армиру- ют сварными сетками. Рабочая арматура укладывается между коробами в замоноличиваемые пазы. Сборными кессонными покрытиями (перекрытиями) возможно пере- крывать пролеты до 50 м при высоте коробов 1/20-1/30 от пролета. 23.3. Перекрестно-стержневые конструкции В основу разработки систем металлических пере- крестно-стержневых пространственных конструкций (ПСПК) положены следующие основополагающие архи- тектурно-конструктивные предпосылки: единый унифици- рованный сортамент элементов с максимальными компо- зиционными возможностями: использование оптималь- ных по форме профилей проката; применение высоко- прочных материалов; полная индустриализация произ- водства; компактность элементов системы и возмож- ность транспортировки любым видом транспорта; высо- кая надежность и быстрота монтажа элементов; широкие возможности формообразования. Объектами типизации в системах ПСПК являются стержень и узловой элемент, оптимизированные по мас- се и несущей способности и типизированные по геомет- Рис. 23.7. Перекрестно-ребристая железобетонная конструкция: а - схема разреза; б - вариант из плоскостных элементов; в - из армоцементных кессонов; 1 - напрягаемая арматура; 2 - бетон замоноличивания рическим размерам исходных элементов (стержней, уз- ловых элементов, соединений). Перекрестно-стержневые пространственные конст- рукции обладают большими формообразующими возмож- ностями, позволяющими решать архитектурно-композици- онные задачи, в которых конструкция выполняет не только утилитарную функцию перекрытия пространства, но и яв- ляется формообразующей основой композиции. Из многообразия решетчатых пространственных кон- струкций перекрестно-стержневые, собираемые из от- дельных стержневых и узловых элементов, как правило, представляют собой регулярные структуры, составлен- ные из правильных и полуправильных многогранников, обладающих двумя важнейшими свойствами: возможно- стью плотного заполнения пространства и единой длиной модульного стержня в пределах одной конструкции. Этими свойствами обладают платоновы тела - тетра- эдр и октаэдр (рис. 23.8) и ряд архимедовых тел - полу- правильных многогранников, получаемых путем деления ребер платоновых тел на равное число отрезков: на два, три, четыре, шесть, восемь и двенадцать. Точки, делящие ребра, являются вершинами вновь полученных много- гранников, а их последовательное соединение линиями образует новые пространственные фигуры. В практике проектирования пространственных карка- сов наибольшее распространение, благодаря их геомет- рической неизменяемости и равнодлинности ребер, по- лучили конструкции на основе элементов тетра-кубо-ок- таэдрической группы. Основными многогранниками, вхо- дящими в эту группу, являются тетраэдр и октаэдр. Наименьшее количество плоскостей, вырезающих тело из исходной матрицы, - четыре. В частности, четы- ре плоскости вырезают тетраэдр - основной исходный многогранник системы (рис. 23.8 а). Рассекая тетраэдр плоскостями, проходящими через середины его ребер, получаем октаэдр - второй исходный многогранник сис- темы (рис. 23.8 б). Сечение октаэдра плоскостями, про- ходящими через середины его ребер, дает кубоокта- эдр - тело, грани которого образованы из 6 квадратов и 8 равносторонних треугольников. Пространство, без остатка заполненное тетраэдрами и октаэдрами, представляет собой исходную матрицу, в которой осуществляется формообразование всевозмож- ных в системе пространственных каркасов. Каркасы фор- мируются путем сечения решетки плоскостями, каждая из которых принадлежит какой-либо из граней тетраэд- ра, октаэдра или полуоктаэдра. Формообразующие возможности пространственных каркасов зданий можно проследить на каркасах, созданных на основе единого типоразмера стержневого элемента и единого по геометрии узлового элемента (рис. 23.9; 23.10). Рис. 23.8. Основные многогранники: а - тетраэдр; б - октаэдр; в - кубооктаэдр
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 451 Данные схемы пространственных каркасов в основ- ном представлены формами, которые могут функциони- ровать как единое целое или входить в качестве частей в более крупные пространственные каркасы, получаемые путем состыковки однотипных или разнообразных схем ПСПК отличаются определенными особенностями, к которым относятся: • пространственная жесткость и работоспособ- ность при внезапных частичных разрушениях; • малая строительная высота; • возможность применения в качестве покрытия и перекрытия для большепролетных зданий с произволь- ными планами; • однотипность сборных элементов и их унифи- кация; • применение беспрогонных решений кровли. Проблема подвесного транспорта при ПСПК решает- ся значительно проще, чем в обычных покрытиях. Частая сетка узлов допускает подвес путей кранов и конвейеров в любой зоне конструкции. Стержневые структурные конструкции доставляют на место строительства в виде отдельных элементов или МтТШШККШШШйП ЛйЛлтавлякадлаЯ ^PZZZZZaXWaWvW I^ZZZZATaWaXXXXvS ШИ'А'МНМ ИИ'ЛТ*’ММ И’ЛТЛЗД tv w Уч Рис. 23.9. Пространственные кар- касы на треугольной планировоч- ной сетке на основе тетраэдра (а), кубооктаэдра (б), октаэдра (в) вкладываемых одна в другую стержневых пирамид, обра- зующих при транспортировке плотный штабель. В практике строительства применяются следующие способы формирования конструктивной схемы: • из стержней размером на одну ячейку; • из короткоразмерных элементов решетки и длинномерных поясов; • из плоскостных ферм; • из стержневых пирамид и доборных линейных элементов На рис. 23.11 приводятся схемы перекрестно-стер- жневых плит, применяемые в отечественном и зарубеж- ном строительстве. Схема а - ортогональные сетки поясов сдвинуты на половину ячейки; поясные ячейки могут заполняться или не заполняться диагоналями. Схема б - то же, что и схема а, с разреженной ниж- ней поясной сеткой и частично разреженной раскосной решеткой. Схема в - ортогональные сетки поясов развернуты на 45’ относительно друг друга; разреженная раскосная ре- шетка. Схема г - складчатая система, пояса расположены преимущественно в одном направлении и сдвинуты на половину ячейки. Схема д - сетки поясов трех направлений сдвинуты на половину ячейки. Схема е - то же. что и схема д, с разреженной сеткой поясов и раскосной решеткой. Схема ж - сетки поясов трех направлений сдвинуты; нижняя сетка разрежена и образует шестиугольные ячей- ки; решетки разрежены. Рис. 23.10. Каркасы на квадратной сетке на основе тетраэдра (а) и октаэдра (б)
452 ВА. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис 23.11. Схемы перекрестно стержневых плит
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 453 Схема з - двухъярусные структурные плиты с ортого- нальными сетками поясов, лежащих друг против друга: раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются. Схема и - двухъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений, лежащих друг против друга; раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются. Схема к - двухъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений, сдвинутых наполовину ячейки; раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются, Схема л - трехъярусная структурная плита с ортого- нальными сетками поясов; между верхней и нижней по- ясными сетками располагается средняя (третья) поясная сетка; между средней и нижней поясными сетками рас- косы пересекаются. Схема м - трехъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений при наличии средней поясной сетки. Плиты регулярной структуры эффективны для покры- тий помещений с соотношением сторон до 1:1,5. При большем соотношении сторон применение плит менее рационально, так как плита начинает работать по балоч- ной схеме е направлении меньшего пролета (одноосно). Опирание ПСПК может быть (рис. 23. 12): • контурным (на опорные стойки стены или стро- пильные конструкции); • внутриконтурным с консолями, при котором опоры смещаются внутрь конструкции, образуя консольные свесы; • смешанным, при котором опоры расположены частично по контуру, а частично внутри контура; • свободным (произвольным) с дополнительными внутриконтурными опорами, при котором они ставятся в соответствии с функциональными особенностями проек- тируемого здания. Следует иметь в виду, что непосредственное опира- ние на стойки или др. поддерживающие конструкции в Рис. 23.12. Опирания перекрестно-стер- жневых плит: а - контурные; б - внутриконтурные; в - смешанные; г - произвольное небольшом количестве точек вызывает значительные усилия в примыкающих к опоре стержнях (рис. 23.13 а). Чтобы избежать значительных усилий в приопорных стер- жнях, используют разгружающие конструкции в виде пуч- ков стержней или балочных элементов {рис. 23.13 б, в). При ограниченном количестве колонн рациональное распределение усилий может быть обеспечено распреде- лительными опорными конструкциями в виде канатных подвесок, контурных ферм, рам, арок {рис. 23.14). Экономическая эффективность ПСПК в значительной степени определяется конструкцией узлового соедине- ния, обеспечивающего высокую несущую способность Рис. 23.13. Варианты решения опор: а - обычные колонны и колонны с решетчатыми капителями; б - колонны с жесткими капителями (разгрузочными балками) в - пространственно-стержневые опоры Рис. 23.14. Варианты комбинированных опор: а-г - применение вант; д - использование подстропильных ферм; е - опирание на контурные арки
454 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ узла, низкую трудоемкость сборки и универсальность со- здания многообразных форм. Учитывая особую значимость решения узлового со- единения в создании перекрестно-стержневых конструк- ций, название типа узлового соединения часто определя- ется названием фирмы, разработавшей данную конструк- тивную систему. Конструкция узлового соединения зависит от вида ПСПК, типа отправочных марок заводского изготовления и способа выполнения соединения. По способу выполнения узловые соединения подраз- деляются на три основные группы: • болтовые {I группа, рис. 23.15-23.20); ♦ комбинированные (II группа, рис. 23.21-23.25); • сварные (III группа, рис. 23.26; 23.27). I группа - болтовые соединения. К ним относятся уз- ловые соединения, исключающие сварку как в заводских, так и в монтажных условиях и позволяющие собирать кон- струкции только на болтах или других сборочных деталях: а) соединение типа «Юнмстрат» (рис. 23.15) являет- ся одноболтовым со срезным болтом. В качестве узлово- го элемента применяются штампованные листовые фа- сонки сложной формы, позволяющие присоединять к ним 8 стержневых элементов, из которых 4 выполняют функ- цию поясных стержней конструкции и 4 - функцию стер- жней раскосной решетки. Форма штампованной фасонки ограничивает возможности формообразования только конструкциями с ортогональной структурой поясов. В ка- честве стержневых элементов используются гнутые швеллерные профили с отогнутыми внутрь полками; б) соединение системы «Сокол» (рис. 23.16) состоит из шести тонкостенных пирамидальных деталей, изготов- ленных из листов с помощью штамповки. Детали между Рис. 23.15. Узловые соединения системы «Юнистрат» (США): а - основная штампованная узловая фасонка: б - соединение с одинарными стержневыми элементами; в - то же, с парными; 1 - узловая фасонка; 2 - стержневой элемент; 3 - болт; 4 - гайка; 5 - отверстие; 6 - упор-выштамповка собой и с элементами составного гнутого профиля со- единяются с помощью болтов. Для обеспечения необхо- димой жесткости детали узла имеют вокруг отверстия выштампованные выступы; в) соединение системы «Триодетмк» (рис. 23.17) имеет узловой элемент в виде цилиндра, вдоль образую- щих которого имеются пазы с рифлеными стенками. Кон- цы стержней опрессовываются по профилю пазов, встав- ляются в цилиндр и фиксируются в прорезях узла двумя крышками, соединенными болтом; г) узловое соединение системы «Нодус» (рис. 23.18} решается с узловой деталью, состоящей из двух частей, образующих четыре цилиндрические резьбовые патруб- ка, в которые закладываются поясные трубчатые стерж- невые элементы с резьбовыми наконечниками. Для со- пряжения трубчатых стержней раскосов на их концах име- ются наконечники с проушиной для охвата выступов на узловых фасонках. Сопряжение проушин с выступами осуществляется с помощью закладного штыря, фиксиру- емого шплинтом. Рабочее состояние узловое соединение приобретает после постановки стяжного болта; д) соединение типа «Кипсер» (рис. 23.19} предпо- лагает использование трех штампованных фасонок тол- щиной 2-4 мм, одна из которых представляет собой плоский лист, а две другие, входящие одна в другую, имеют пространственную пирамидальную форму. В ка- рие. 23.16. Узловое соединение системы «Сокол» (Россия): 1 - листовая штампованная деталь; 2 - стержневые швеллерные элементы; 3 - болт; 4 - гайка Рис. 23.17. Узловое соединение системы «Триодетик» (Канада): 1 - составной узловой элемент; 2 - стяжной болт; 3 - узловая крышка; 4 - трубчатый стержневой элемент; 5 - гайка
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 455 честве стержневых элементов используются холодно- гнутые стальные трубчатые профили квадратного сечения (50 х 50 мм) или круглые трубы диаметром 100-120 мм. Стержневые элементы с узловыми фасонками сопряга- ются в каждом элементе двумя срезными болтами диа- метром 16 мм. Для прикрепления трубчатых профилей концы необходимой длины сплющивают и заводят меж- ду двумя смежными фасонками: е) узловое соединение «МАрхИ» (рис. 23.20} имеет узловую штампованную листовую фасонку с треугольны- ми гранями, причем их количество соответствует числу присоединяемых к узлу стержней. В зависимости от тре- буемой геометрии конструкции грани узловой фасонки можно отгибать как для ортогональных, так и для треу- гольных сеток поясов, можно менять угол наклона граней и тем самым регулировать длину стержней поясов и рас- косов и строительную высоту конструкций. II группа - комбинированные соединения. К этой группе относятся соединения, в которых применяется за- Рис. 23.18. Узловое соединение системы «Нодус» (Великобри- тания): 1 - составной узловой элемент; 2 - трубчатый стержневой эле- мент; 3 - резьбовой наконечник: 4 - стяжной болт; 5 - проклад- ка; 6 - штырь; 7 - проушина; 8 - шплинт 1 Рис. 23.19. Узловое соединение системы «Кипсер» (Венгрия): 1 - верхний лист; 2 - средняя штампованная деталь; 3 - нижняя деталь; 4 - гнутосварной коробчатый стержень; 5 - болт; 6 - гайка водская сварка, а сборка узла осуществляется на болтах. Характерным для этой группы является расчленение уз- лового соединения на две группы деталей: детали первой группы привариваются в заводских условиях к концам соединяемых стержней (болтовые наконечники, листовые фасонки и тд.), а детали второй группы в виде шайб, бол- тов объединяют концы стержней в узел: а) соединение системы «Меро» (рис. 23.21} исполь- зует стандартный узловой элемент, позволяющий присо- единять к нему до 18 стандартных трубчатых стержневых элементов различного сечения, причем каждый стержень присоединяется одним осевым болтом. Наличие такого узлового элемента в виде сферического многогранника с резьбовыми отверстиями, направленными по осям куби- ческой симметрии, открыло неограниченные возможно- сти формообразования. Стержневые элементы системы «Меро» выполняются главным образом из круглых труб, снабженных по концам специальными наконечниками. Рабочее состояние узлового соединения достигается ввинчиванием болта, принадлежащего наконечнику труб- чатого стержня, в узловой элемент путем вращения спе- циальной поводковой втулки: Рис. 23.20 Узловое соединение системы «МАрхИ» (Россия): а - узловая фасонка; б - соединение с одинарной фасонкой; в - то же, с парной: 1 - Фасонка; 2 - уголковый элемент; 3 - болт; 4 - гайка Рис. 23.21. Узловое соединение системы «Меро» (Германия): 1 - узловой многогранник; 2 - трубчатый стержневой элемент; 3 - конический вкладыш; 4 - болт; 5 - поводковая втулка; 6 - повод- ковый палец; 7 - монтажное отверстие; 8 - сливное отверстие
456 В.А. Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ б) в системе «Веймар» (рис. 23.22), в отличие от си- стемы «Меро», узловой элемент имеет форму усеченного сферического многогранника, а вращательно-поступа- тельное движение болту передается от взаимодействия тела винта, ввинченного в резьбовое отверстие специ- альной поводковой втулки, с поверхностью скольжения (лыской) на теле болта. Преимущества данного решения; отсутствие сквозного отверстия в теле болта повышает его надежность в растянутых соединениях; в) узловое соединение системы «МАрхИ» (рис. 23.23) на концевых участках стержней вместо конического вкла- дыша предполагает использование цилиндрического вкладыша; вместо специальной втулки с глухим овальным отверстием - втулка с продольной прорезью, выходящей на торец; в растянутых элементах вместо болта с попе- речным отверстием под штифт (как в системе «Меро») или болта с односторонней плоской лыской (как в систе- ме «Веймар») - болт или шпилька с гайками без каких- либо ослаблений. В отличие от конструкций «Меро» в си- стеме «МАрхИ» трубчатый стержень не имеет технологи- ческих отверстий в стенках трубы, через которые встав- ляют болты наконечников труб. Благодаря этому несущая способность растянутых стержней повышается. Преиму- ществом системы «МАрхИ» является также использова- ние специальных узловых элементов полусферического вида применительно к ортогональным и треугольным сет- кам, а также несимметричных элементов под разные ди- аметры болтов. При необходимости создания каркасов сложной формы в системе «МАрхИ» используются узло- вые элементы в виде сферических многогранников с 18 резьбовыми отверстиями. Система разработана с уче- том применения в качестве стержневых элементов про- филей двутаврового сечения, деревянных брусьев и др.; г) система «Л/S» (рис. 23.24) использует узловой эле- мент, представляющий собой кованую пустотелую деталь в виде усеченной с двух сторон сферы с отверстиями, ори- ентированными в направлении стержней, образующих пространственную решетку правильной формы. В качестве стержневых элементов используются круглые трубы, снаб- женные по концам приваренными конусными наконечника- ми с резьбовыми отверстиями. Достоинством узлового соединения системы «Л/S» является универсальность ее узловой детали, позволяющая возводить пространствен- ные каркасы различной (правильной и неправильной) фор- мы в виде плоских или криволинейных поверхностей на основе одно-, двух- или многоярусных решеток; Рис. 23.22. Узловое соединение системы «Веймар» (Германия): 1 - узловой многогранник; 2 - трубчатый стержневой элемент; 3 - конический вкладыш, 4 - болт; 5 - шпилька; 6 - гайка; 7 - поводковая втулка; 8 - винт; 9 - фиксатор д) узловые соединения «ЦНИИСК» (рис. 23.25) ис- пользуются в конструктивной складчатой схеме (см. рис. 23.11 г) с поясами из двутавров и остальными элемента- ми из одиночных равнополочных уголков. Элементы про- странственной решетки крепят к поясам с помощью фа- сонок, приваренных к поясам. Ш группа - соединения с применением монтаж- ной сварки: а) узловое соединение «Октаплат» (рис. 23.26) обес- печивает абсолютную свободу формообразования про- странственных каркасов. В качестве узловой детали при- Рис. 23.23. Узловые соединения системы «МАрхИ» (Россия): а - с трубчатым стержнем и универсальным наконечником; б - то же, со шпилькой в наконечнике; 1 - узловой многогранник; 2 - трубчатый стержень; 3 - спецвтулка; 3' - неподвижная гайка: 3" - то же, подвижная; 4 - вкладыш; 5 - болт; 5' - шпилька; 6 - штифт Рис. 23.24. Узловое соединение системы «Ниппон Стил» (Япония): 1 - узловой элемент; 2 - стержень: 3 - крепежный болт; 4 - нако- нечник стержня; 5 - сферическая шайба; 6 - штифт
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 457 меняется пустотелый стальной шар, свариваемый из двух штампованных полушарий. Трубчатые стержни, обрезан- ные с двух концов перпендикулярно к их оси, приварива- ются угловым швом по периметру трубы. Несущая способ- ность соединения может быть очень высокой, поэтому кон- струкции системы используют в зданиях с пролетами бо- лее 36 м. Недостатками являются высокая точность соблю- дения длин труб, сложность контроля сварных швов; б) соединение системы «ЦНИИСК» (рис. 23.27) по- зволяет полностью освободиться от узловой детали. Суть его в том, что сопряжение труб осуществляется с помо- щью ванной сварки без каких-либо промежуточных дета- лей. Для изготовления данного соединения концы труб сминаются и обрезаются под заданным углом. В процес- се сборки пространственной конструкции на строитель- ной площадке концы труб сводятся в узле, удерживаются с помощью кондуктора и прихватываются друг к другу электродуговой сваркой. При этом между сплющенными торцами труб образуется пространство, в которое вво- дится электрод и производится ванная сварка. В России широко применяются перекрестно-стерж- невые плиты покрытий из трубчатых элементов системы «Кисловодск» с узлами типа «МАрхИ». Такие конструкции изготавливают из круглых бесшовных труб по сортамен- ту. Составные отправочные марки унифицированного сортамента включают трубчатые стержни длиной 1,5; 2 и Рис. 23.25. Узловые соединения системы «ЦНИИСК» (Россия): а - верхнего пояса; б - нижнего пояса Рис. 23.26. Узловое соединение системы «Октаплат» (Германия): 1 - трубчатый стержень; 2 - узловая деталь 3 м с различным диаметром и толщиной стенки и узло- вые элементы различных размеров, отличающиеся диа- метром резьбовых отверстий и назначением (рис. 23.28). Минимальный расход стали и наименьшие трудоза- траты при изготовлении и монтаже возможно получить при длине стержня 3 м. Меньшая высота структурной пли- ты при длине стержня 2 м и тем более 1,5 м приводит к большему расходу стали и трудозатрат. Вследствие этого рекомендуется уменьшенные длины стержней применять только в особых случаях, оправданных архитектурными требованиями или производственной необходимостью. При использовании унифицированного сортамента осуществляется серийное изготовление структурных плит типа «Кисловодск» высотой 2,12 м и размерами в плане 30 х 30 и 36 х 36 м при внутриконтурном опирании на че- тыре колонны (рис. 23.29). Конструкции рекомендуется применять в граждан- ских зданиях павильонного типа, однопролетных про- мышленных зданиях на одну секцию без светоаэрацион- ных фонарей (допускается применение зенитных фона- рей), бескрановых, с подвесными кран-балками грузо- подъемностью до 2 т в пролетах 18 м; с неагрессивной и слабоагрессивной степенью воздействия газовой среды. Сопряжение структурных плит в многопролетных зда- ниях осуществляется согласно схемам, изображенным на рис. 23.30. Перекрывать большие пролеты возможно при пониже- нии различными инженерными приемами усилий в поясах структуры путем применения двух- и трехъярусных струк- турных плит по схемам, изображенным на рис. 23.11 з-м. Рис. 23.27. Узловое соединение системы «ЦНИИСК» (Россия): а - со сплющенными трубчатыми стержнями; б - комбинирован- ное; 1 - трубчатый стержень; 2 - наплавленный металл; 3 - опор- ный лист; 4 - узловая фасонка; 5 - заглушка; 6 - ребро
458 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ или применяя плиты с вантовой системой, а также в мно- гопролетных покрытиях, осуществляя неразрезность плит. Устройство кровли. По структурным плитам, как правило, возводят облегченную кровлю. Несущим эле- ментом кровли обычно служит металлический профили- рованный настил по прогонам. Ввиду небольших разме- ров ячеек поясных сеток оказывается достаточным ис- пользовать легкие прогоны, опирающиеся на узлы плит непосредственно либо через специальные столики {рис. 23.31). В покрытиях со структурными плитами из прокат- ных профилей и замкнутых гнутых профилей профилиро- ванный настил опирают непосредственно на верхний пояс. Пояс в этом случае работает не только на продоль- ные усилия, но и на местный изгиб (рис. 23.31 г). В покрытиях зданий общественного назначения мож- но применять холодную кровлю с утепленным подвесным потолком. Иногда из эстетических соображений устраи- вают подвеску кровли к нижнему поясу плиты, оставляя структуру несущей конструкции снаружи и достигая тем самым необходимого эффекта во внешнем облике здания. В архитектурном проектировании применение про- странственных стержневых плит в качестве покрытий сле- дует рассматривать как средство с широкими возможно- стями формообразования для достижения высокой эсте- тической выразительности сооружений. Структурные плиты можно эффективно использовать как для решения интерьеров зальных зданий, так и фаса- дов, применяя различные варианты расположения и Рис. 23.28. Элементы унифицированного сортамента: а - модульная привязка; б - общий вид стержня; в - полусфери- ческий элемент для конструкций с квадратной ячейкой поясов; г - то же, сферический элемент; д - полусферический элемент для конструкций с треугольной ячейкой поясов; 1 - узловой эле- мент; 2 - трубчатый элемент; 3 - втулка; 4 - цилиндрический вкладыш; 5 - болт; 6 - штифт оформления опор, стенового ограждения, кровли, кон- сольных вылетов (рис. 23.32). На рис. 23.33 изображено построенное в Кьети (Ита- лия) здание Дворца спорта с покрытием в виде больше- пролетной стальной пространственной плиты размерами в плане 72 х 72 м. Плита покрытия имеет пояса с квадрат- ными ячейками 3,6 х 3,6 м. Конструктивная высота плиты 2,55 м. Основную нагрузку от покрытия воспринимают четыре стальные решетчатые опоры в форме обратной пирамиды с шарниром в основании. Опоры расположены так, что их оси проходят через геометрические центры каждой из четвертей плиты. Кроме этих опор плита под- держивается на четырех участках по периметру конструк- циями трибун на скользящих опорах. Структурной плитой размерами 30 х 51 м перекрыто здание спортивного зала в Софии (Болгария). Плита по- крытия (рис. 23.34) представляет собой двухпоясную стержневую структуру высотой 2,12 м, решетчатые пояса которой основаны на квадратной модульной ячейке со стороной 3 м. Стержневые элементы выполнены из стальных труб диаметром 60-127 мм. Плита подвешена на стальных подвесках к десяти стальным Г-образным наклонным пилонам, которые имеют сварное коробчатое сечение размерами 1 х 0,6 м, выполненное из листовой стали. На концах консолей пилонов закреплены стальные конструкции подвесок, каждая из которых включает крес- товину из двух пересекающихся элементов двутаврового сечения и четыре вертикальные стержня диаметром 32 мм. Отдельную группу перекрестно-стержневых про- странственных конструкций составляют решетчатые сис- темы, в которых с целью экономии металла часть злемен- 8000(24000)] 27000 (33000) 27000(33000) ЗООСО(36000) 30000(36000) Рис. 23.29. Схемы структурных плит системы «Кисловодск»- «МАрхИ»: а. в - регулярные системы; б - нерегулярная разреженная систе- ма; в - регулярная разреженная система; 1,2- верхние и нижние пояса; 3 - раскосы; 4 - прогоны; 5 - профнастил; 6 - колонны
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 459 тов изготавливается из неметаллических материалов и, е первую очередь, из дерева и легкого железобетона. Включение неметаллических материалов в ряде случаев позволяет расширить область применения структурных плит на здания со среднеагрессивной средой при усло- вии соответствующей защиты металлических элементов. Деревостальные структурные плиты. Простран- ственные конструкции этого типа представляют собой стержневые или пластинчато-стержневые (рис. 23.35) системы с шарнирными соединениями элементов между собой. Структуры опирают по углам или на опоры, распо- ложенные по контуру с шагом 3-6 м. Конструкция может быть оперта как на узлы нижнего (а), так и узлы верхнего (б) поясов. В зависимости от схемы опирания высоту плиты принимают в пределах 1/9-1/12 пролета. Возможные сечения поясов и раскосое структурных плит даны на рис. 23.36, конструкции узлов - на рис. 23.37. В структурных плитах системы «ЦНИИСК», при соот- ветствующем обосновании, рекомендуется вместо верх- них двутавровых поясов, работающих на сжатие и изгиб, применять клееные деревянные брусья {рис. 23.38 а), в конструкциях системы «МАрхИ» не только верхние пояса, но и сжатые раскосы, а в некоторых случаях и все стерж- невые элементы изготавливать из деревянных стержней, оставив узловые элементы по унифицированному сорта- менту, при этом геометрические размеры плит следует принимать такими же, как и при цельнометаллических конструкциях. Прикрепление стальных раскосов к верхним деревян- ным поясам в системе «ЦНИИСК» осуществляется по- Рис. 23.30. Варианты сопряжения структурных плит в многопро- летных зданиях: а - неразрезной; б - со стыковой пластиной; в - с промежуточ- ным стержнем; г - с фонарной надстройкой; 1,2- стержневой и узловой элементы; 3 - промежуточный элемент; 4 - стыковая пластина; 5 - опорный столик средством специальных листовых фасонок, болтов и шпонок (рис. 23.38 а), а прикрепление стальных узловых элементов к деревянным стержням в системе «МАрхИ» - при помощи торцевых шайб и специальных прутковых стержней из круглой стали (рис. 23.38 6. в). Рис. 23.31. Варианты утепленной кровли по структурным плитам: а - общая конструкция кровли; б, в - варианты прогонов; г - бес- прогонная кровля; д - вентилируемая кровля; 1 - прогон, 2 - профнастил; 3 - рулонная пароизоляция; 4 - плитный утепли- тель; 5 - рулонная кровля; 6 - оцинкованные болты; 7 - воздуш- ная прослойка; 8 - самонарезные винты; 9 - опорный столик; 10 - алюминиевый профнастил Рис. 23.32. Варианты расположения колонн, стенового и кро- вельного ограждений при структурных плитах покрытий: 1 - структурная плита; 2 - колонна; 3 - опорная капитель; 4 - встроенная опорная капитель; 5 - кровля; 6 - стена
460 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ При проектировании зданий со структурными плита- ми данного типа кровля может выполняться с примене- нием стального профилированного настила, а также ис- пользуются деревянные или асбестоцементные плиты с рулонной наплавляемой кровлей. Рис. 23.33. Разрез здания Дворца спорта в Кьети (Италия) и план структурной плиты покрытия: 1 - плита покрытия; 2 - пирамидальная решетчатая опора; 3 - шарнир опоры; 4 - скользящая опора Рис. 23.34. План (а) и поперечный разрез (б) конструкции покры- тия спортивного зала в Софии (Болгария): 1,2- нижний и верхний пояса плиты; 3 - пилон; 4 - подвеска; 5 - горизонтальная связь; 6 - контрфорс Конструкции с применением железобетонных плит. В структурных плитах при соответствующем обо- сновании профилированный настил и верхние стальные пояса возможно заменить на железобетонные плиты, включив их в статическую работу конструкции. В этом случае снижается металлоемкость конструкции, но наря- ду с этим увеличивается масса, что в определенной мере осложняет доставку изделий и монтаж конструкций. Учитывая, что при квадратных в плане структурах же- лезобетонные плиты воспринимают сжатие и изгиб в двух направлениях, их размеры целесообразно принимать на одну поясную ячейку, а стержневые и узловые элементы - по унифицированному сортаменту (рис. 23.39 а). Если структура в плане - прямоугольник, железобе- тонные плиты на сжатие и изгиб работают преимуще- ственно в одном направлении, и в этом случае рекомен- Рис. 23.35. Деревостальные структурные плиты: а - с опорными узлами в уровне нижнего пояса; б - то же, верх- него; 1 - ребристая клеефанерная плита; 2 - раскос; 3 - сталь- ной элемент нижнего пояса; 4 - опора; 5 - обрамляющий пояс стальной элемент Рис. 23.36. Схемы поперечных сечений элементов деревосталь- ных структур
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 461 дуется применять ребристые железобетонные плиты размером 3x9 или 3 х 12 м, а стержневые элементы ре- шетки и нижних поясов - в соответствии с системой «ЦНИИСК» (рис. 23.396). При квадратных в плане конструкциях и железобетон- ных плитах на одну ячейку могут применяться два конст- руктивных решения. В одном решении конструкция собирается из пира- мидальных элементов, включающих в себя железобетон- ную плиту и раскосы, присоединенные к ней в углах с по- мощью болтов и замоноличенных в вугы специальных вкладышей. В вершине пирамиды раскосы объединяются унифицированным узловым элементом. При сборке плиты крепятся между собой сваркой закладных деталей (рис. 23.40а). а в вершинах пирамид объединяются стержневы- ми элементами, образующими нижнюю поясную сетку. При втором решении вначале собирается металли- ческая часть системы, т.е. нижние пояса и раскосы. Верх- Рис. 23.37. Конструкции узлов дерево стальных плит в уровне нижних поясов: а - с соединениями на болтах и дюбелях; б - с соединениями на высокопрочных болтах и вклеенных штырях; 1 - узловой элемент; 2 - болт; 3 - полосовая сталь: 4 - элемент нижнего пояса; 5 - сварной узловой элемент; 6 - болт; 7 - штырь ние концы раскосов объединяются железобетонной капи- телью с помощью болтов (рис. 23.40 б), пропускаемых через замоноличенные трубки. На капитель укладывают- ся сборные плиты с усеченными углами, соединяются с ней сваркой и замоноличиваются. Рис. 23.36. Узловые сопряжения металлодеревянных структур- ных плит: а - в системе «ЦНИИСК»; б, в - в системе «МАрхИ»; 1 - брус; 2 - листовая фасонка; 3 - шпонка; 4 - болт; 5 - раскос; 6 - узловой элемент; 7 - стальной стержень; 8 - втулка; 9 - вкладыш; 10 - болт; 11 - штифт; 12 - шайба; 13 - шурупы; 14 - паз; 15 - пруток; 16 - скоба; 17 - продольные пазы Рис. 23.39. Схемы плитно-стержневых конструкций: а - с железобетонными плитами на одну ячейку; б - с длинно- размерными плитами; 1 - плита на ячейку; 2 - плита на три ячей- ки; 3 - нижний пояс; 4 - раскосы
462 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 23.40. Узлы сопряжения малоразмерных плит с элементами решетки: а - сборка структуры из пирамидальных элементов, снабженных плитами; б - при начальной сборке металлической части конст- рукции; 1 - ребристая железобетонная плита; 2 - закладные де- тали; 3 - вкладыш; 4 - раскосы; 5 - арматура; 6 - бетон замоно- личивания; 7 - железобетонная капитель 23.4. Пологие оболочки Конструкции этого типа предназначены для перекры- тия зданий с планами, близкими по форме к квадрату. Это оболочки положительной кривизны, по форме напомина- ющие купола, но с отсеченными сегментами и сравни- тельно малым подъемом над опорами (рис. 23.4/). Оболочки считаются пологими при условии отноше- ния стрелы подъема опорной дуги к соответствующему размеру стороны оболочки в пределах 1/15-1/10. Сучетом статических и архитектурных требований целесообразны пологие оболочки со стрелой подъема в центре не более 1/5 длины диагонали, соединяющей углы оболочки. Для сборных оболочек с прямоугольным планом ре- комендуется в качестве срединной принимать часть тор- роидальной поверхности, имеющей положительную кри- визну и горизонтальную ось вращения. Меридионально- кольцевая система разрезки оболочек на плиты осуще- ствляется системой радиальных секущих плоскостей, Рис. 23.41. Исходная поверхность оболочки положительной га- уссовой кривизны с прямоугольным планом проходящих через ось вращения, и системой вертикаль- ных плоскостей, перпендикулярных этой оси (рис. 23.42). Такая разрезка позволяет сократить до минимума типо- размеры сборных плит. Для оболочек с квадратным планом рекомендуется сферическая поверхность. По форме поверхности плиты могут быть плоскими, цилиндрическими или двоякой кривизны. Для оболочек рекомендуется применять цилиндрические плиты, так как плиты двоякой кривизны сложны в изготовлении, а плос- кие повышают расход материалов. Оболочки по контуру опираются на диафрагмы, кото- рые выполняются в виде балок, ферм или арок, а также криволинейных брусьев, уложенных на стены. Контурные балки (рис. 23.43 а, б) применяются в отдельно стоящих оболочках при часто расположенных по периметру зда- ния колоннах. В остальных случаях устанавливаются фер- мы (рис. 23.43 в, г) или арки. Применение ферм, как бо- лее жестких в вертикальной плоскости элементов, имеет предпочтение перед арками. В зависимости от количества и расположения ячеек здания оболочки могут проектироваться отдельно стоящи- ми (одноволновыми) и многоволновыми в одном или двух направлениях. Многоволновые оболочки проектируют «раз- резными» и «неразрезными». Сборные пологие оболочки рекомендуется проектировать разрезными, что обеспечи- вает их более благоприятную статическую работу. Бетонномонолитные пологие оболочки проектиру- ют гладкими. Толщина и армирование средней зоны глад- ких оболочек, где действуют только сжимающие усилия, назначаются конструктивно с проверкой расчетом на ус- тойчивость. В приконтурных и угловых зонах плиту обо- лочки утолщают с целью размещения дополнительной арматуры и восприятия действующих усилий, увеличен- ных по сравнению с центральной зоной. Арматуру для восприятия растягивающих напряжений рекомендуется выполнять в виде отдельных стержней или сеток. Для сборных оболочек введение нового типоразмера плит с утолщенной полкой и усиленным армированием Рис. 23.42. Принцип меридионально-кольцевой разрезки оболочек: 1 - элемент разрезки; 2, 3 - вертикальные и радиальные секу- щие плоскости; 4 - ось вращения секущих плоскостей
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 463 оказывается экономически нецелесообразным. В этом случае утолщение плиты оболочки выполняют с помощью набетонки монолитного бетона, укладываемого по верху сборных плит. В пределах набетонки располагается до- полнительная арматура, размещаемая под углом 45" к контуру и устанавливаемая по расчету на действие глав- ных растягивающих усилий. Сборные железобетонные оболочки можно разде- лить на следующие группы: типовые оболочки для про- мышленных зданий с укрупненной сеткой колонн (18; 24 м) из плит 3x6 (рис. 23.44 а); оболочки пролетом до 102 м из плит 3 х 12 м с контурными опорными балками (рис. 23.44 б, в); оболочки пролетом до 42 м из плит 3x6м, монтируемых навесным способом (рис. 23.44 г); оболочки пролетом до 60 м из унифицированных плит 3 х х 6 м, в том числе с шагом колонн 18и24м{рис. 23.44д). Для пологих оболочек применяются цилиндрические плиты размерами 3x6м (рис. 23.45) и 3 х 12 м. Плиты проектируют с контурными и поперечными промежуточ- ными ребрами. В плитах 3x6м принимают одно попе- речное ребро, в плитах 3 х 12 м - три поперечных ребра. Высоту ребер принимают 250-300 мм. толщину пол- ки - 30 50 мм. Применяемая система ребер должна обеспечивать прочность и жесткость плит в стадии транспортирования и монтажа, прочность и устойчивость оболочки при экс- плуатации. По внешним боковым граням ребер плит предусмат- риваются пазы для образования после замоноличивания швов шпонок, воспринимающих сдвигающие усилия. Плиты армируют сварными сетками и каркасами. Рис. 23.43. Контурные элементы диафрагм пологих оболочек: а - железобетонная балка; б - стальная балка; в - железобетон- ная ферма; г - стальная ферма В большепролетных оболочках для обеспечения прочности и устойчивости конструкции требуется введе- ние дополнительных ребер жесткости. Так, в оболочке 102 х 102 м (рис. 23.44 б) ее устойчивость обеспечивает- ся системой предварительно напряженных балок - ребер жесткости, образующих сетку 12 х 12 м, которая в период монтажа служит для опирания плит. Плиты связываются с балками сваркой закладных деталей с замоноличивани- ем швов. В плитах оболочек допускается устройство светоаэ- рационных проемов различной формы между ребрами; расположение проемов - не ближе 4-6 м от опорного контура. Крайние плиты оболочки опирают на контурные эле- менты сверху или в одном уровне (рис. 23.46). Для этого предусматривают закладные детали и столики. 23.5. Цилиндрические оболочки Цилиндрические оболочки имеют срединную поверх- ность. образованную параллельным скольжением прямой образующей по криволинейной направляющей - кругу, параболе, эллипсу или другой кривой. Как правило, вы- полняются они из железобетона. Для сборных оболочек Рис. 23.44. Конструктивные формы сборных железобетонных по- логих оболочек: а - с укрупненной сеткой колонн; б - с промежуточными балка- ми; в - без промежуточных балок; г - монтируемая навесным способом; д - типа криволинейного многогранника
464 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ наиболее простым является круговое очертание направ- ляющей; в этом случае поверхность оболочки очерчена по круговому цилиндру (рис. 23.47). Призматические складки ти па коротких цилиндриче- ских оболочек отличаются от цилиндрических оболочек тем, что в них криволинейная направляющая заменена ломаной линией (рис. 23.48). Расстояние междуопорами оболочки вдоль образующей называется пролетом (/,), а расстояние между продольными краями (12) - длиной вол- ны или шириной оболочки. Цилиндрические оболочки опираются на несущие ко- лонны через торцевые жесткие диафрагмы. По краям оболочки имеют бортовые элементы, снижающие дефор- мативность краев криволинейной плиты. Продольные края в пролете могут оставаться свободными или опи- раться на колонны или стены. Бортовые элементы для оболочек со свободными краями принимают в виде балок, расположенных ниже краев оболочки. Для сборных оболочек сечение балок принимают двутавровым с целью снижения массы. Бортовые элементы могут располагаться выше края оболочки, и тогда они выполняются L-образного сечения. Если края оболочки подперты в вертикальном и горизон- тальном направлениях, то бортовой элемент выполняют в виде плиты. Высоту сечения бортовых элементов при- нимают в пределах 1/20-1/30 пролета /г Оболочки могут быть однопролетными, многопролет- ными (неразрезными) и консольными. Различают оболоч- ки одно- и многоволновые, связанные между собой общи- ми бортовыми элементами. При этом различают крайние Рис. 23.45. Цилиндрическая железобетонная плита 3x6м Рис. 23.46. Узлы опирания плит на контурную балку: а - опирание сверху; б - опирание в одном уровне и средние (промежуточные) волны. Соответственно опор- ные диафрагмы могут быть одно- и многопролетными, а по конструкции - балочными, в виде ферм, арочными или рамными (рис. 23.49). В зависимости от отношения пролета оболочки к дли- не ее волны цилиндрические оболочки подразделяют на следующие виды: длинные, при ^/12 > 4; средней длины, при 1< /,/ f2 < 4; короткие, при lt/ f2 < 1. Первые два вида часто объединяют и называют длинными цилиндрически- ми оболочками. Рис. 23.47. Конструктивные формы длинных цилиндрических оболочек: а - с бортовыми элементами в виде сборных балок; б - с борто- выми элементами, являющимися частью плит; в - с продольной разрезкой на плиты; 1 - элементы диафрагм; 2 - плиты: 3 - бор- товые элементы Рис. 23.48. Призматические складки типа коротких цилиндриче- ских оболочек: а - с бортовыми элементами; б - без бортовых элементов; 1 - ферма-диафрагма; 2 - плита; 3 - бортовой элемент
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИИ 465 Монолитные железобетонные оболочки обычно вы- полняются гладкими толщиной 50-80 мм. При пролетах 18 м и более они подвергаются предварительному напря- жению. Сборные и сборно-монолитные оболочки монти- руют из плит толщиной 30-50 мм с ребрами по контуру, бортовых элементов и диафрагм {см. рис. 23.47). Длинные цилиндрические оболочки. Высоту обо- лочки Д, включая сечение бортовой балки, рекомендует- ся назначать равной 1/10-1/15 а стрелу подъема f - равной 1/6-1/8 12- Оболочки, показанные на рис. 23.47 а, собирают из цилиндрических плит двух типоразмеров номинальными размерами в плане 3 х 12 м (рис. 23.50). Средние плиты (П-1) имеют толщину 40 мм с некоторым утолщением к наружным краям. Высоту контурных ребер принимают переменной: у концов - 250 мм, посредине - 400 мм. Крайние плиты (П-2) имеют толщину 50 мм, а их торце- вой край снабжен более мощным ребром, являющимся элементом торцевой арочной диафрагмы оболочки. Бор- товые элементы, как ранее говорилось, выполняют в виде железобетонных двутавровых балок (БЭ-1). Балки имеют криволинейное очертание верхнего пояса с увеличением высоты к середине пролета. У опор высота балок состав- ляет 800 мм, а в середине пролета - 1200 мм, таким пу- тем достигается увеличение несущей способности балки и удается решать уклон для стока воды. На рис. 23.47 б длинные цилиндрические оболочки расчленены на плиты двух типов - средние и торцевые. Каждая плита представляет собой в сечении половину ци- линдрической оболочки с бортовым элементом вдоль на- ружного края. По трем остальным сторонам плита снабже- на контурными ребрами. В бортовых элементах всех плит предусматривают каналы, через которые пропускают пуч- ки высокопрочной проволоки. В верхних контурных ребрах также предусматривается по одному каналу для пропуска пучков проволоки, стягивающих плиты оболочки в верхней зоне для обеспечения их совместной работы. В средней части оболочек стыки решаются путем за- моноличивания швов бетоном с образованием бетонных шпонок; в этой зоне действуют сжимающие и небольшие сдвигающие усилия (рис. 23.51 а). При устройстве продольных стыков (рис. 23.51 б) со- единение плит выполняется с помощью приварки накла- док к закладным деталям плит. Арматура смежных плит в стыках, расположенных в угловых зонах оболочек, где действуют главные растягивающие усилия, соединяется. Эта арматура может быть соединена сваркой выпусков или накладками через закладные детали, а также через сварные каркасы в заранее предусмотренных углублени- ях в плитах (рис. 23.51 в, г). Короткие цилиндрические оболочки. Встречаю- щаяся в практике разновидность коротких оболочек имеет шаг диафрагм (/,) в пределах 6-12 м при отноше- нии /2//2 < 0,5; стрела подъема назначается не менее 1/8/2. Высота бортовых элементов без предварительного напря- жения принимается не менее 1/15/,, а ширина - 1/5-1/2 высоты. Для коротких цилиндрических оболочек часто приме- няются плоские ребристые плиты размерами 8 х 12 м, укладываемые по диафрагмам в виде ферм (см. рис. 23.49 в). Главные продольные ребра плит по сравнению с пли- тами плоскостных покрытий облегчены ввиду того, что они работают как однопролетные только при монтаже - от собственного веса плит. Торцевые и поперечные ребра плит выполняются ненапряженными (рис. 23.52). Высоту продольных ребер принимают в пределах 1 /30-1 /351,. Шаг поперечных ребер принимают 1 -2 м, а их высоту - в пределах 1/15-1/20 расчетного пролета, равного рассто- янию между внутренними гранями продольных ребер. На наружных гранях продольных и торцевых ребер устраива- ются пазы для образования после замоноличивания швов бетонных шпонок. Совместная работа элементов обеспечивается уст- ройством бетонных шпонок в пазах торцевых ребер плит, бетонных шипов на верхнем поясе ферм-диафрагм и ар- матурных каркасов в продольных швах между плитами над диафрагмами, обеспечивающих стыкование верхней стержневой арматуры плит после монтажа, благодаря чему и достигается их неразрезность (рис. 23.53). Конструирование деревянных цилиндрических обо- лочек отвечает требованиям монтажа без применения поддерживающих подмостей и максимального использо- вания стандартных элементов заводского изготовления (рис. 23.54). Диафрагмы оболочки устраиваются в виде клееных деревянных арок с металлическими затяжками. Высота сечения пояса диафрагмы принимается равной 1/60 дли- ны волны, а ширина сечения - 1/3-1/4 высоты. Бортовые элементы - из клееных деревянных балок длиной на про- лет оболочки. Высота сечения балки принимается равной 1/12-1/15 пролета между продольными колоннами. Поперечные криволинейные ребра из клееной древе- сины устанавливаются с шагом 1,5; 3,0; 6,0 м в зависи- мости от размеров оболочки. Высота сечения ребер при- нимается равной 1/60-1/70 их пролета. Продольные реб- ра при шаге поперечных ребер 3 м и более устанавлива- Рис. 23.49. Диафрагмы и бортовые элементы: а - в виде арки; б - в виде безраскосной фермы; в-в виде рас- косной фермы; г - бортовые элементы-балки
466 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ются из условия обеспечения жесткости дощатого насти- ла, укладываемого на них. Настил оболочки при шаге по- перечных ребер меньше 3 м может устраиваться одинар- ным, направленным вдоль прямолинейной образующей оболочки. При шаге больше 3 м желательно устраивать двойной настил - перекрестный, под углом 45" к борто- вым элементам (в проекции). П-3 П-1 3-3 п-1 П-4 П-2 12360 11880 Рис. 23.51 Узлы и детали длинных цилиндрических оболочек: а - стык плит в сжатой зоне оболочек; б - стык ребер плит; в - соединение плит с бортовыми элементами; г - стык плит в зоне действия главных растягивающих усилий Рис. 23.50. Длинные цилиндргнеские оболочки из плит 3 х 12 м Рис. 23.52. Плита короткой цилиндрической оболочки: 1,3- продольное ребро; 2 - поперечное ребро; 4 - арматура; 5 - полка плиты; 6 - торцевое ребро
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 467 Узлы крепления ребер к бортовым элементам могут выполняться посредством металлических «карманов», которые присоединяются к древесине с помощью гвоз- дей или болтов (см. рис. 23.54). Рис. 23.53. Узел соединения плит и диафрагмы короткой цилин- дрической оболочки: 1 - «шипы»; 2 - шпоночные гнезда; 3 - продольная арматура мо- нолитного шва между плитами; 4 - шпоночные гнезда продоль- ных ребер плит; 5 - каркас монолитного шва; 6 - ребра плит; 7 - ферма-диафрагма; 8 - торцевое ребро 23.6. Складки Складки представляют собой систему из наклонных к горизонтали (не менее 30") плоских плит с соединением нижних и верхних кромок, работающих совместно. По своей форме (рис. 23.55) складки разделяют на призматические и пирамидальные (встречные и радиаль- ные). Разнообразие архитектурно-конструктивных реше- ний складок неисчерпаемо. Плоские прямоугольные, тре- угольные и трапециевидные плиты в различных их комби- нациях способны образовывать самые разнообразные композиции и перекрывать прямоугольные, многоуголь- ные и круглые планы зданий. Железобетонные складки возводят из монолитно- го, сборного или сборно-монолитного железобетона или армоцемента. В их состав входят плиты, бортовые эле- менты и диафрагмы. Отличительной особенностью складок является их треугольная или трапециевидная форма поперечного се- чения, как правило, одинаковая по всей длине. Трапециевидные складки отличаются от цилиндри- ческих оболочек тем, что в них криволинейная направля- ющая срединной поверхности заменена ломаной прямой (рис. 23.56). Как и цилиндрические оболочки, складки бывают одно- и многопролетными, а также одно- и многоволновы- ми. Сборные складки состоят из плит, предварительно на- пряженных бортовых элементов и решетчатых или сплош- ных диафрагм. По верхним горизонтальным полкам скла- док могут укладываться сборные плиты для устройства плоской кровли, а также размещаться зенитные фонари. Расстояние между диафрагмами или пролет складча- той конструкции принимается 12-36 м, длина волны - до 12 м, высота складки - 1 /10-1/20 пролета. Толщина плит- граней из сборного железобетона назначается 50-60 мм, армоцементных - 20-30 мм. Рис. 23.54. Конструкции деревянных цилиндрических оболочек, а - длинной; б - короткой; 1 - плита (обшивка); 2 - поперечное ребро; 3 - продольное ребро; 4 - бортовой элемент: 5 - диаф- рагма; 6 - металлические элементы в угловых зонах; 7 - доща- тый настил; 8 - затяжка на период монтажа; 9 - полимерцемент- ный раствор; 10 - стальные стержни; 11 - черепной брусок Рис. 25.55. Виды складок
468 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Для покрытия залов общественного назначения целе- сообразно применять сборные крупноразмерные однопро- летные длинные складки, обеспечивающие архитектурную выразительность интерьеров (рис. 23.56 в, г}. Такие склад- ки могут иметь один или два консольных вылета. Для обеспечения устойчивости складок в стадиях из- готовления, транспортирования и монтажа, а также для восприятия усилий, возникающих в поперечном направ- лении при действии эксплуатационных нагрузок, кроме опорных диафрагм ставят промежуточные с расстояния- ми 3-6 м (рис. 23.56 г). Сборные складки изготавливают из тяжелого бетона класса не ниже ВЗО; для армоцементных складок - не ниже В20. Основную растянутую арматуру рекомендует- ся проектировать предварительно напряженной из высо- копрочных стержней классов A-IV, A-V или арматурных Рис. 23.56. Схемы покрытий с трапециевидными (а) и треуголь- ными (б) многоволновыми складками из сборных длинных эле- ментов, а также конструкция крупноразмерной железобетонной (в) и армоцементной (г) складки: 1 - плита; 2 - бортовой элемент; 3 - опорная диафрагма; 4 - про- межуточная диафрагма; 5 - рабочая арматура; 6 - конструктив- ная арматура Рис. 23 57. Варианты компоновок складчатых составных оболо- чек (шаг складки 6 и 12 м) пролетами 18 м (а), 21 м (б), 24 м (в) канатов классов К-7 и К-19. Сжатую арматуру в продоль- ном направлении назначают конструктивно из стержней диаметром 5-8 мм с шагом 20-25 см. Поперечное арми- рование складок выполняют сетками с их перегибом по линии примыкания граней. Составные железобетонные складки. Идея фор- мообразования составных оболочек как конструкций, об- разованных сочетанием фрагментов геометрических по- верхностей, может быть использована и для формообра- зования складок. Составные складки, скомпонованные с применением плоских плит, имеющих в плане форму прямоугольника, трапеции или треугольника, приведены на рис. 23.57. Разновидность составных складок (рис. 23.58) разра- ботана по принципу составных оболочек с центральными элементами жесткости. Покрытие образуют отдельные складки, которые соединены между собой. В средней зоне покрытия образуются проемы в виде вытянутых мно- гоугольников. Конструкцию снабжают центральными мно- гогранными элементами, которые ограничивают указан- ные проемы. Противоположные углы проемов соединяют стержневыми элементами (распорками, затяжками). При- меняют различные варианты центральных элементов - в виде многогранников или с поверхностью положительной гауссовой кривизны {рис. 23.58 б). Назначение центрального элемента - повысить про- странственную жесткость конструкции в целом и умень- шить растяжение в нижней части складки. Складчатые многоволновые покрытия, изображенные на рис. 23.59, состоят из цилиндрических (в некоторых случаях из плоских) плит, которые соединяют между со- Рис. 23.58. Варианты составных складок с центральными эле- ментами жесткости в виде многогранных и криволинейных плит
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 469 бой с образованием складчатого профиля. Каждая склад- ка выполнена с изломом поверхности по линиям, соеди- няющим один из углов конструкции с его продольной осью под углом а. При этом образуются элементы треу- гольной формы. В складки вводят затяжки. Изменяя угол а, можно сконструировать покрытие, в котором в зоне больших изгибающих моментов попереч- ное сечение складок будет иметь максимальные жест- костные характеристики. Этому способствуют изломы по- верхности в приопорной части, которые позволяют фор- мировать разнообразие фасадов. Металлические решетчатые складки представляют со- бой пространственные конструкции, состоящие из плоских решетчатых граней (в виде ферм), расположенных наклон- но так, что образуют в сечении треугольные или трапецие- видные формы, одинаковые по всей длине волны. Металлические решетчатые складки применяют при пролетах 18-40 м. Их опирают на стальные или желе- зобетонные колонны с затяжками по оголовкам, на под- стропильные металлические фермы или на стены здания. Подстропильные фермы увеличивают шаг колонн склад- чатого покрытия и позволяют получить более гибкое пла- нировочное решение. Высота складок принимается в пределах 1/10-1/15 пролета. Наибольшее применение имеют треугольные склад- ки как наиболее простые в изготовлении. Для граней та- ких складок применяют различные решетки (рис. 23.60) с геометрически неизменяемыми ячейками (как в фермах). Наибольший практический интерес представляет кресто- вая решетка (в), в которой элементы работают только на растяжение, что позволяет проектировать их из гибких высокопрочных стальных профилей. Преимущественно металлические складки проекти- руют в виде однопролетных систем: при необходимости их можно сделать многопролетными и консольными. Складки пролетами до 18 м возводят из плоских ре- шетчатых ферм полной заводской готовности. При боль- ших пролетах складки, подобно фермам, монтируют из двух полуферм по длине пролета. Из условия монтажа пояса складок принимают из спаренных уголков или труб, реже в виде одиночного трубчатого или двутаврового се- чения (рис. 23.61). Спаренные элементы по длине пояса сопрягают на болтах (рис. 23.61 а) или стальных клиньях (рис. 23.61 б), Рис. 23.59 Составные складчатые оболочки без центрального элемента обеспечивающих несмещаемость элементов по отноше- нию друг к другу. При одиночном сечении пояса элемен- тов складки скрепляют высокопрочными болтами при по- мощи наклонных косынок, приваренных к поясным эле- ментам (рис. 23.61 в-д). Деревянные складки получили развитие сравни- тельно недавно. По конструктивному исполнению они могут быть сплошностенчатыми и ребристыми. В первом случае сечение покрытия сплошное, так как плиты складок представляют склеенные между собой паке- ты досок (рис. 23.62 а). Наиболее перспективными для складок являются плиты, промышленное изготовление ко- торых налажено с 70-х гг. прошлого века в Финляндии, Шве- ции, Германии из толстого клееного шпона (см. л. 5.1.4). Применяются складки в виде плит, обшитых с обеих сторон фанерой или листовым пластиком (рис. 23.62 б- е). Каркас плиты состоит из продольных, поперечных и диагональных ребер. Пустоты между ними заполняют утеплителем. Рис. 23.60. Схемы металлических сеток для складчатых покрытий: а - с треугольными ячейками; б - с раскосами; в - с двойными раскосами (крестовая); г - с неполным заполнением раскосами квадратных ячеек; д - со встроенными арками; 1 - растянутые арки; 2 - сжатые арки Рис. 23.61. Узловые соединения решетчатых складок; а - с поясами из спаренных уголков; б - из труб; в - с совмещен- ным трубчатым поясом; г - с двутавровым поясом; д - с одиноч- ным уголком; 1 - поясной уголок: 2 - труба; 3 - двутавр; 4 - уголок решетки; 5 - замковое устройство; 6 - клин; 7 - болт; 8 - фасонка
470 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а Рис. 23.62. Деревянные складчатые покрытия: а - из дощатоклееных граней-плит; б - трехслойные с фанерной обшивкой на клеештыревых соединениях; в, г - варианты жестких соединении ребер на болтах, д, е - шарнирное соединение ребер Наиболее сложными в конструктивном исполнении складок являются коньковые ребра и ендовы. Эти узлы решают в двух вариантах; жесткий узел (рис. 23.62 а-г) и шарнирный (рис. 23.61 д, е) с последующим ужесточени- ем и гидроизоляционным уплотнением. Иногда использу- ют шарнирно-петлевое соединение, что дает возмож- ность складывать конструкции цельного покрытия при транспортировке и развертывать его при монтаже. Пролет деревянных складок, обычно треугольного профиля, принимают до 24-30 м, высоту - 1/4-1/10 про- лета, угол наклона плит к горизонтали 20-45°. Толщина плит составляет 100-150 мм. 23.7. Своды Сводами называются распорные оболочки одинар- ной и двоякой кривизны, в которых пролет в четыре раза или более превышает их ширину (длину волны). При та- ких соотношениях оболочка работает главным образом в направлении своего пролета; поперечные усилия относи тельно малы. Работа оболочки по своему характеру близ- ка к работе арки с криволинейным верхним поясом. В зависимости от условий опирания и формы своды разделяют на группы (рис. 23.63}: • своды с опиранием по двум противоположным сторонам (цилиндрические, стрельчатые, полигональные); • своды с опиранием по контуру (сомкнутые); • своды с точечным опиранием по углам (кресто- вые, парусные). Цилиндрический свод представляет собой поверх- ность переноса прямой по дуге окружности или другой кривой. Стрельчатый свод образуется из двух цилиндричес- ких поверхностей с пересечением и образованием конь- кового ребра вверху. Полигональный свод имеет поперечное сечение в виде ломаной линии, вписанной в окружность или другую кривую. Сомкнутый свод образуется пересекающимися ци- линдрическими поверхностями с образованием вершины. Крестовый свод образуется пересечением двух или трех цилиндров, открытых наружу. Парусный свод - поверхность двоякой кривизны (переходная форма к куполам), имеющая отсеченные сег- ментные участки по форме плана. Сочетая различные формы сводов (как части покры- тия), возможно получение составных сводчатых оболочек на различных формах плана здания (рис. 23 64). В продольном направлении очертание сводов реко- мендуется принимать по одной из следующих кривых - дуге окружности, параболе, цепной линии или другим, близким к ним кривым или ломаным линиям, вписанным в кривые (рис. 23.65) Для сводов из сборных железобетонных элементов с целью сокращения количества их типоразмеров очерта- ние сводов целесообразно принимать по дуге окружнос- ти или ломаной, вписанной в нее (полигональные своды). Наиболее характерными поперечными сечениями от- крытого профиля считаются (рис. 23.66): • волнистые, имеющие плавное соединение двух равнозначных кривых (положительной и отрицательной кривизны), сечения, описанные по синусоиде, и др.; • складчатые сечения, образованные пересече- нием ряда прямоугольных плоскостей и представляющие в поперечном сечении покрытия ломаную линию; • сечения, имеющие однозначную кривизну - положительную или отрицательную (бочарные своды). Рис. 23.63. Формы сводов; а - форма плана; б - цилиндрические; в - стрельчатые; г - поли- гональные (призматические), д - сомкнутые; е - крестовые; ж - парусные
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 471 Применяются также сечения, имеющие замкнутый поперечный профиль. Размеры поперечного сечения сводчатых элементов существенно влияют на жесткость конструкции. Отноше- ние высоты сечения к ширине обычно принимают в пре- делах 1/4-1/5. Сводчатые покрытия проектируют одно- и многопро- летными. По торцам своды могут опираться на колонны, рамы, диафрагмы, контрфорсы или непосредственно на фундаменты. При опирании на колонны возникающий в сводах распор воспринимается затяжками, в остальных случаях - указанными несущими конструкциями. Опирание сводов осуществляется шарнирно. При специальных обоснованиях возможно жесткое защемле- ние сводов в опорные системы - рамы, диафрагмы, контрфорсы. Своды проектируют железобетонными, армоцемент- ными, сталежелезобетонными и деревянными. Железобетонные своды рекомендуется выполнять в сборном варианте из отдельных унифицированных тон- костенных элементов заводского изготовления. Возмож- но применение сводов из монолитного железобетона. Затяжки сводов выполняются железобетонными (с обыч- ным армированием и предварительно напряженными) Рис. 23.65. Виды очертаний сводчатых конструкций в продоль- ном направлении: а - криволинейное; б - призматическое или стальными. Иногда эффективно применение сталь- ных контурных арок, устанавливаемых вдоль перекрыва- емого пролета с включением верхнего пояса арки в несу- щую систему верхнего пояса свода. Применяются две основные разрезки сводов на сборные плиты - продольную и поперечную. На рис. 23.67 показан вариант бочарного свода с продольной разрезкой на плиты. Конструкция с поперечной разрез- кой приведена на рис. 23.68. Стрелу подъема продольной оси свода в ключе реко- мендуется принимать в пределах от 1/2 до 1/12 пролета. Большие значения принимаются для сводов, опирающих- ся на фундаменты, меньшие - для сводов с затяжками, опирающихся на колонны. На рис. 23.69 показано устройство верхнего и нижне- го шарниров для трехшарнирного свода. Утепление свод- чатого покрытия выполняется либо монолитным (напри- мер, из пенополистирола), либо мягким утеплителем не- посредственно по поверхности всего покрытия. Рис. 23.66. Сечения сводчатых конструкций: а - волнистое; б - складчатое; в - бочарное; г - закрытого про- филя Рис. 23.67. Схема бочарного свода: а - продольный разрез; б - план раскладки плит; в - поперечный разрез по средней зоне; г - то же, по опорной зоне; 1 - опорный блок; 2 - бортовой элемент; 3 - стальная подвеска; 4 - средняя ппита с отверстиями; 5 - блок затяжки; 6 - плита опорной зоны; 7 - балка диафрагмы
472 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Затяжки сводов могут выполняться предварительно напряженными и без напряжения. Предварительно на- пряженные затяжки проектируют железобетонными или стальными. В качестве напрягаемых элементов применя- ют стержневую арматуру и высокопрочную арматуру в виде прядей и канатов {рис. 23.70}. Затяжки, восприни- мающие распор свода, крепятся непосредственно к опор- ным балкам, воспринимающим вертикальные и горизон- тальные нагрузки. Расчетные схемы тонкостенных сводчатых конструк- ций определяются наличием шарнирного опирания эле- ментов или их защемлением в опорных конструкциях. Поэтому сводчатые покрытия подразделяются на защем- ленные (бесшарнирные), двух- или трехшарнирные. Уп- рощенный расчет таких конструкций сводится к расчету плоских арок, имеющих криволинейное или ломаное очертание поперечного сечения. Складчатые и волнистые своды. Конструкция складчатого свода, способного перекрывать пролеты от 24 до 60 м, состоит из примыкающих друг к другу склад- чатых арок шириной 12 м, монтируемых из плоских желе- зобетонных плит с размерами 3x6м (см. рис. 23.68}. Плиты для складчатых сводов проектируют аналогич- но плоским плитам покрытий. Толщину полки плиты при- нимают 30-40 мм, в опорных зонах - 50-60 мм. Высота продольных и торцевых ребер 150-200 мм, поперечных ребер - 120-150 мм, располагаемых с шагом 0,6-0,8 м. Рис. 23.68. Складчатый свод из плоских плит: а - однопролетный вариант; б - многопролетный вариант; 1 - за- тяжка; 2 - подвеска; 3 - опорная ферма; 4 - плита; 5 - зенитный фонарь По боковым поверхностям плит выполняются углубления для образования шпонок. Опорные плиты сводов проек- тируются сплошными утолщенными. Армирование сводчатых тонкостенных конструкций осуществляют в соответствии с эпюрами нормальных и поперечных усилий, а также изгибающих моментов. Обычно изгибающие моменты воспринимаются стержне- вой арматурой в виде плоских каркасов, укладываемых в продольные ребра по длине конструкции. Нормальные и поперечные усилия воспринимаются проволочной сеткой с квадратными ячейками 150 или 200 мм диаметром 3- 6 мм. Опорные части элементов, представляющие собой железобетонные плиты или балки, армируют стержневы- ми пространственными каркасами. В армировании армоцементных элементов применя- ются тканые сетки, укладываемые по всей поверхности конструкции. Рис. 23.69. Устройство верхнего и нижнего шарниров в сводча- том здании: а - верхний узел свода С бетонным шарниром; б - опирание сво- да на фундаментную балку; 1 - элемент покрытия; 2 - кумарока- учуковая мастика; 3 - фундаментная балка; 4 - оцинкованное же- лезо; 5 - нашельник Рис. 23.70. Деталь сопряжения бочарных сводов: 1 - блок затяжки; 2 - стальная подвеска; 3 - балка диафрагмы; 4 - бортовой элемент; 5 - арматура затяжки; 6 - средняя плита
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 473 Бочарные своды. Для бочарных сводов пролетами 48-100 м высоту стрелы подъема рекомендуется прини- мать в диапазоне 1/10-1/12 от пролета. Ширину волны сводов в поперечном направлении следует назначать 6- 12 м. Для пролетов 60-100 м наиболее рациональна ши- рина 12 м. Высота поперечного сечения волны свода ре- комендуется в пределах 1/4-1/10 ее ширины. Поверхность бочарного свода образуется перемеще- нием вдоль оси некоторой кривой (дуги окружности, па- раболы) или ломаной линии таким образом, что плос- кость образующей остается перпендикулярной оси сво- да. Торцевые или опорные зоны сводов следует выпол- нять одним из двух способов: 1) опорная зона тороидаль- ного очертания, т.е. свод имеет по всей длине постоян- ную форму сечения; 2) опорная зона имеет форму конои- да или близкую к ней, т.е. переменную высоту профиля, постепенно переходящую от профиля средней зоны к прямой на линии опор. Сборные плиты бочарного свода рекомендуется вы- полнять размерами Зх6иЗх12м. Минимальная толщина полки плиты 30-35 мм. Плиты окаймляют по периметру ребрами высотой 250-350 мм, при необходимости снаб- жают промежуточными ребрами высотой 150-250 мм. При схеме продольной разрезки (см. рис. 23.67) ре- комендуются плиты с цилиндрической формой поверхно- сти пролетом до 12 м (рис. 23.71). Могут применяться плиты с ломаной формой поверхности. Боковые поверхности ребер выполняют со шпонками, обеспечивающими передачу сдвигающих усилий. Соеди- нение плит между собой осуществляется сваркой заклад- ных деталей или выпусками арматуры. Рис. 23.71. Цилиндрические плиты бочарных сводов: а - средняя плита с отверстиями; б - опорный блок; в - плита опорной зоны; г - блок затяжки Железобетонные решетчатые своды выполняются в сборном варианте и монтируются из плоских решеток многоугольного или ромбического очертания (рис. 23.72). Пролеты принимаются в пределах 18-36 м. Металлические сетчатые своды могут быть одно- поясными (односетчатыми) и двухпоясными. Своды одно- сетчатой структуры пролетами до 30 м осуществляются с квадратными и треугольными ячейками (рис. 23.73 а-г; рис. 23.74 а-д). При больших пролетах применяются двухсетчатые структуры (рис. 23.73 д-к; рис. 23.74 е-к). Основными элементами односетчатых цилиндри- ческих сводов, опертых на стены или фундаменты, явля- ются сетчатая оболочка и торцевые решетчатые диафраг- мы (рис. 23.75). Пролетом односетчатого свода является расстояние поперек волны, которое принимают 24-80 м, а при вклю- чении настила в работу совместно с решеткой - до 100 м. Стрела подъема сетчатого свода назначается 1/6- 1 /8 пролета. Высоту сечения стержневых элементов сет- ки принимают 1/80-1/200 пролета. Металлические сетчатые своды могут собираться из специальных штампованных элементов (рис. 23.76), об- разующих вариабельную ромбическую сетку. Изменяя углы между осями элементов и форму ромба, можно ме- нять радиус кривизны профиля свода и его несущую спо- собность. Чем «плотнее» сетка, тем выше ее несущая спо- собность за счет повышения расхода материала. Ромби- Рис. 23.72. Сборные сетчатые своды из железобетонных эле- ментов: а - из стержней длиной 2 м; б - из шестиугольных модулей; в - из ромбических элементов
474 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ веская сетка геометрически изменяема, поэтому она нуж- дается в дополнительных связях, роль которых обычно выполняют кровельные прогоны. За рубежом используются и др. системы однослой- ных сетчатых металлических сводов с применением эле- ментов трубчатого (рис. 23.77 а) и шляпного сечений (б). Двухпоясные решетчатые своды по сравнению с однопоясными оболочками обладают большей жестко- стью и несущей способностью. Ими можно перекрывать пролеты до 500 м, имея отношение стрелы подъема к Рис. 23.73. Сетки однопоясных (а-г) и двухпоясных (д-к) метал- лических решетчатых сводов на основе четырехугольной ячейки. Условно показаны: толстой линией - стержни верхнего пояса, тонкой - стержни нижнего пояса, пунктирной - решетки пролету в пределах 1/6-1/10, а отношение высоты сече- ния к среднему радиусу кривизны 1/20-1/100. Двухсетчатые своды, представленные на рис. 23.78, образуются системой перекрестных ферм и арок двух или трех направлений. Основную рабочую функцию выполня- ют поперечные решетчатые арки, передающие на фунда- мент основные усилия, а продольные прямолинейные фермы способствуют перераспределению усилий между поперечными арками и существенно увеличивают жест- кость двухсетчатой оболочки. Для сетчатых цилиндрических оболочек применяют универсальные узловые соединения типа «Октаплатт», «Триодетик», ИФИ и др. (рис. 23.79). Такие двухпоясные Рис. 23.74. Сетки металлических решетчатых сводов на основе треугольной ячейки
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 475 оболочки отличаются от плоской структурной плиты тем, что стержни кольцевого направления в нижней сетке ко- роче, чем в верхней сетке. Этим самым плоской структур- ной плите придается цилиндрическая форма. Геометрия узловых элементов при этом изменяется вследствие из- менения углов встречных стержней в узлах. Тонколистовые складчатые своды. В практике строительства нашли применение складчатые своды про- летами 12-36 м, выполняемые в большинстве случаев из тонколистового алюминия. Складчатые полигональные своды, образуемые из холодногнутых тонкостенных унифицированных злемен- тов-складок полной заводской готовности (рис. 23.80) используются, в основном, в складских зданиях. Складки являются несущими элементами, способными восприни- мать усилия от всех видов силовых воздействий, а также выполнять ограждающие функции. Наиболее распространенные складчатые элементы (рис. 23.81 а) имеют размеры 1 м по ширине, 0,3 м по Рис. 23.75. Схемы торцевых диафрагм сетчатых сводов Рис. 23.76. Металлический сетчатый свод из штампованных эле- ментов высоте и длину порядка 4,3-5 м и изготавливаются из стандартного алюминиевого листа шириной 1,3-1,4 м. Из таких элементов, поставленных рядом, собираются зда- ния пролетом 12-18 м. При больших пролетах необходи- мо увеличение несущей способности складок, что дости- гается комбинированным расположением элементов, когда два из них устанавливаются ребрами книзу на не- котором расстоянии один от другого, а третий перекры- вает образовавшийся зазор и при этом обращен ребром кверху (рис. 23.81 6). Такое сечение характерно для зда- ний пролетами 24-36 м. Увеличение несущей способности складчатых сводов всех модификаций достигается выполнением элементов двухстенчатыми {двухслойными) (рис. 23.82). Совмест- Рис 23.77. Узловые соединения однопоясных металлических сетчатых сводов: а - с узловыми фасонками (Чехия); б - с литыми узлами «Вупер- ман» (Германия) Рис. 23.78. Формы двухсетчатых металлических сводов: а - складчатого; б - призматического
476 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ность работы сечений обеспечивается либо введением в образовавшуюся полость вспенивающихся пенопласто- вых композиций, либо устройством соединительных вста- вок, объединяющих обе грани складок. Соединение отдельных складок между собой в еди- ную складчатую систему и прикрепление к фундаментам рекомендуется выполнять на болтах. При этом отбортов- ка, фланцы и отгибы полностью участвуют в работе склад- чатых элементов, выполняя функции несущих ребер и поперечных диафрагм. Алюминиевые цилиндрические своды, собираемые из ромбических или прямоугольных тонколистовых панелей, перегнутых по диагонали, применяются для гражданских и промышленных зданий (рис. 23.83). Панели представляют собой трехслойную конструк- цию с утеплителем, располагаемым между внутренней и Рис. 23.79. Узлы сетчатых сводов; а - разработанных в Чехии; б - собираемых из плоских ферм; в, д - системы «МАрхИ-(Россия); г - опорный узел двухсетчатого свода; 1 - клиновидные шайбы; 2 - подбетонка; 3 - асбестоце- ментная панель Рис. 23.80. Поперечное сечение складчатого полигонального свода внешней складчатыми оболочками, построенными на ци- линдрических концентрических поверхностях. Внутренняя складчатая поверхность свода состоит из системы ром- бических складок, расположенных в шахматном порядке. Складки разбиты на унифицированные сборные листовые прямоугольные элементы, согнутые по диагонали (рис. 23.84). По контуру элементы имеют отбортовку с отвер- стиями для болтового соединения друг с другом. Внеш- няя складчатая оболочка свода состоит из системы пира- а б 1000 1000 1000 Рис. 23.81. Однослойные складчатые своды (неутепленные и утепленные): а - пролетами 12-18 м; б - пролетами 24-36 м; 1 - профилиро- ванные элементы; 2 - нащельник; 3 - наклеенный или напенен- ный эффективный утеплитель; 4 - стыковой уголок Рис. 23.82. Двухслойные складчатые своды повышенной несу- щей способности (продольные сечения): а - пролетами 12-18 м; б - пролетами 24-36 м; 1 - профилиро- ванные элементы; 2 - нащельник; 3 - напененный в полости утеплитель Рис. 23.83. Цилиндрические своды из ромбических складок: а - без вставок; б - с коньковой вставкой
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 477 мид, имеющих ромбическое основание, соответствую- щее сетке внутренней оболочки. Толщину листа из алюминиевого сплава рекоменду- ется принимать 1,5 мм. Для обеспечения водоотвода эле- менты внешнего свода следует нахлестывать один на другой сверху вниз. Внутренняя и внешняя оболочки сво- дов соединяются в углах ромбической сетки общими уз- ловыми элементами для совместной работы. Для исклю- чения мостиков холода узловые элементы снабжают тер- моизоляционными деревянными вставками. Цилиндрические своды пролетом до 1В м могут иметь фонарную светопрозрачную вставку, расположенную в коньке или на боковой поверхности. Для увеличения про- лета свода без увеличения высоты применяют складча- тые коньковые вставки, в том числе светопрозрачные. Деревянные своды по конструктивному признаку делятся на ребристые, сетчатые и складчато-панельные (рис. 23.85). Основными несущими элементами ребристых сводов являются криволинейные арки-ребра, как правило, Рис. 23.84. Тонколистовые складчатые элементы: а - для внутренних сводов; б - для внешних сводов (слоев) Рис. 23.85. Основные виды деревянных сводов: а - цилиндрический ребристый; б - крестовый ребристый; в - ци- линдрический сетчатый; г - складчато-панельный сплошного прямоугольного сечения. Расположенные по- перек здания с определенным шагом, они образуют ос- нову цилиндрических сводчатых форм. Расположение основных несущих элементов конст- рукции радиально и параллельно контуру плана с формой правильного многоугольника позволяет моделировать различные формы сомкнутых, крестовых и парусных сво- дов. Характер общей формы сомкнутых и крестовых сво- дов определяют гурты-ребра, опирающиеся в углах пла- на и смыкающиеся в центре (радиальные), а в крестовых сводах - еще и контурные ребра. Детальная моделиров- ка формы обеспечивается конфигурацией и расположе- нием остальных элементов структуры. Сетчатые своды пролетами до 50 м в современном решении являются индустриальными, транспортабельны- ми, сборными конструкциями, основанными на заводском изготовлении стандартных элементов - косяков, из кото- рых на строительной площадке собирается структура сво- да. Эти элементы при сопряжении образуют прямоуголь- ные или ромбические ячейки с углом 45-90°. Косяки изго- тавливаются длиной, равной двум сторонам такой ячейки (в пределах 6 м), дощатоклееными или клееными из тол- стого шпона. С целью обеспечения жесткости свода высо- ту косяков в середине принимают не менее 1/100 пролета свода, а у торцов - не менее половины высоты в середине Между собой элементы соединяются болтами или сталь- ными накладками и врезными пластинами. Перспективными являются деревянные своды, обра- зуемые из объемных унифицированных элементов в фор- ме ромба (рис. 23.85 г} или шестиугольника (с дополни- тельной вставкой между треугольными гранями ромби- ческого элемента). Располагая такие элементы вогнуто- стью в одну сторону, можно получить цилиндрический свод складчатого профиля. Для увеличения пролета и из- менения конфигурации свода достаточно ввести участки с двухсторонним расположением элементов. Объемные элементы длиной 3-6 м изготавливают из водостойкой фанеры с каркасом из деревянных брусьев и утеплителем или без него. Высота элементов опреде- ляется из условий обеспечения достаточной жесткости конструкции и составляет 1/5-1/7 длины панели. Своды из объемных элементов объединяют в себе несущие и ограждающие функции, имеют повышенную жесткость за счет складчатой формы. Любой элемент свода можно заменить аналогичным по форме элементом из светопрозрачного пластика для обеспечения естест- венной освещенности. 23.8. Купола Купола представляют собой пространственную конст- рукцию с криволинейным (чаще круглым) или многоуголь- ным планом и имеют криволинейное или многоугольное очертание в вертикальной плоскости. По конструктивным схемам они подразделяются на купола-оболочки (гладкие или ребристые), ребристые, ребристо-кольцевые и сет- чатые (рис. 23.86). Купола-оболочки (рис. 23.86 а) имеют поверхность, образованную вращением кривой (дуга круга, эллипса, параболы, циклоиды) вокруг вертикальной оси. Элемента- ми купола являются тонкостенная оболочка и растянутое опорное кольцо. Возможно устройство верхнего сжатого фонарного кольца. Оболочка купола может бытьобразова-
478 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ на также волнистыми и складчатыми элементами. Купола- оболочки возводятся преимущественно из железобетона. Ребристые купола (рис. 23.86 6} состоят из отдель- ных плоских ребер в радиальном направлении. Ребра со- единяются между собой в вершине, внизу опираются на опоры. С прямолинейными ребрами образуются кониче- ские и пирамидальные купола. Элементами купола явля- ются нижнее опорное кольцо, собственно ребра и верх- нее кольцо. Ребристые купола являются распорной си- стемой, в которой распор может восприниматься как спе- циальным опорным кольцом, так и фундаментами. Ребристые купола выполняются железобетонными, металлическими и деревянными. Если по каркасу из ре- бер могут быть уложены тонкостенные плиты, ребристый купол превращается в купол-оболочку при условии обес- печения совместной работы плит с ребрами. Рис. 23.86. Схемы (a-и) и формы (к) куполов: а - гладкий купол-оболочка; б - ребристый; в - ребристо-коль- цевой; г - ребристо-кольцевой со связями; д - сетчатый купол Шеедлера; е - то же, Фелпля; ж - го же, Чивитта; з - то же, Чебы- шева; и - составная оболочка-купол; 1,4,7 - сферические; 2,9 - стрельчатые; 6 - конусный; 3, 8 - параболоидные; 5 - эллипсо- идный; 10 - шатровый; 11 - сомкнутый; 12 - складчатый; 13 - многогранный; 14 - зонтичный; 15 - парусный Ребристо-кольцевые купола (рис. 23.86 в) состоят из плоских радиальных плит, которые соединяются в кольцевом направлении прогонами, совместно образую- щими жесткую пространственную систему. Прогоны мо- гут использоваться как затяжки купола. Ребристо-кольцевые купола с решетчатыми свя- зями (рис. 23.86 г) состоят из радиальных и кольцевых ребер, между которыми имеются раскосы. Наличие раско- сов уменьшает усилия в ребрах. Радиальные ребра вверху соединяются с кольцом, служащим одновременно для уст- ройства светового фонаря. Такие ребристо-кольцевые ку- пола выполняются металлическими и деревянными. Сетчатые купола (рис. 23.86 д-з) представляют собой многогранники, вписанные в сферическую или дру- гую поверхность вращения, состоящие из одного слоя конструктивных элементов. Сетчатые купола проектиру- ются, в основном, металлическими и деревянными. Купола могут быть скомпонованы из оболочек двоя- кой кривизны или цилиндрических оболочек (нулевой кривизны), пересекающихся в меридиональных плоско- стях, образуя углы перелома поверхности. Такие конст- рукции называют составными купольно-складчатыми оболочками (рис. 23.86 и). Железобетонные купола проектируют преимуще- ственно в виде монолитных или сборно-монолитных оболо- чек. Монолитные купола обычно гладкие, а сборно-монолит- ные - из ребристых цилиндрических или плоских плит. 1. Монолитные купола (рис. 23.87) пролетами до 120 м выполняются в большинстве случаев с гладкими стенками (оболочкой); возможны волнистые или складча- тые формы, описываемые в целом поверхностью враще- ния, со стрелой подъема не менее 1/10 диаметра опорно- го контура. Толщину плиты монолитных куполов принима- ют в пределах 1/600-1/800 радиуса кривизны в вершине. Криволинейную гладкую плиту монолитного купола армируют конструктивно; при толщине до 70 мм - сеткой диаметром стержней 4-6 мм с ячейкой 20 х 20 см; при большей толщине применяют двойную сетку. В местах примыкания оболочки к нижнему опорному кольцу делается плавный переход с обязательным двой- ным армированием оболочки и запуском арматуры в опорное кольцо (рис. 23.88). Кольцо рассчитывают на растягивающие усилия от распора; его рекомендуется проектировать предварительно напряженным. Существенный недостаток монолитнобетонных купо- лов - сложность устройства и дороговизна опалубки, сто- имость которой соизмерима со стоимостью купола. Для куполов сравнительно небольших пролетов (до 30 м) воз- можно использование пневматической опалубки. Рис. 23.87. Монолитный купол (разрез и план): 1 - криволинейная плита; 2 - нижнее опорное кольцо
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 479 2. Купола из крупноразмерных плит цилиндричес- кой формы (рис. 23.89) рекомендуется проектировать с подъемом не менее 1/10 от пролета оболочки. Все плиты получаются меридиональными и поэтому для куполов на круглом плане являются однотипными. Трапециевидная в плане плита имеет цилиндрическую поверхность, длина плит равна, примерно, радиусу купола (до 20 м). Ширина Рис. 23.88. Армирование зоны сопряжения монолитных куполь- ных оболочек с опорными кольцами: а - кольцо с обычным армированием; б - с предварительным на- тяжением арматуры; в - образование опорного кольца утолще- нием оболочки; 1 - дополнительные стержни; 2 - конструктив- ная арматурная сетка; 3 - кольцевая арматура; 4 - ненапрягае- мая арматура опорного кольца; 5 - напрягаемая арматура; 6 - бетон замоноличивания; 7 - опорные катки Рис. 23.89. Купол из крупноразмерных цилиндрических плит- 1 - плита; 2 - верхнее кольцо; 3 - нижнее опорное кольцо плит у нижнего кольца может доходить до 3,7 м. Продоль- ные ребра плит направляются по меридианам. Через 2-3 м в плитах устраиваются поперечные ребра. Узлы соединений элементов друг с другом и с коль- цами приведены на рис. 23.90. Верхнее кольцо обычно выполняют железобетонным Г-образного сечения или металлическим со специальным столиком для опирания верхней части плит. Опорное кольцо может быть выпол- нено из отдельных железобетонных элементов, которые устанавливают на опоры; выпуски арматуры стыкуют и швы между ними замоноличивают. После затвердевания бетона стыков кольцо обжимают напрягаемой арматурой, которую закрепляют и защищают торкрет-бетоном. Стыки между ребрами плит замоноличивают, армату- ру в местах сопряжения ребер сваривают. В местах сопряжения плит оболочки с опорным коль- цом арматурные стержни ребер сваривают с закладными деталями или арматурными выпусками, выполненными в опорном кольце. 3. Купол из плоских плит (рис. 23.91) получают раз- резкой оболочки меридиональными и кольцевыми сече- ниями. В этом случае каждый ярус монтируется из плит одного типоразмера. Поскольку плиты возможно полу- чить сравнительно небольших размеров, их поверхность можно принять плоской, а конструктивная форма купола в целом принимает вид многогранника, вписанного в сферу, конус или др. поверхности вращения. Разновидностью являются плиты, имеющие в нижнем ярусе небольшие переломы посередине. План плит мо- Рис. 23.90. Узлы сопряжения плит с опорным (а) и верхним (б) кольцом: 1 - продольное ребро; 2 - сварной каркас; 3 - закладная деталь; 4 - закладная деталь в кольце; 5 - нижнее опорное кольцо: 6 - верхнее опорное кольцо; 7 - стальная соединительная накладка
480 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ жет быть прямоугольным или трапециевидным. По конту- ру плиты окаймляются ребрами высотой 240-270 мм; промежуточные ребра делят плиту на несколько кессо- нов. Наружные и промежуточные ребра плит, соединен- ные сваркой, образуют меридиональные и кольцевые ребра купола. Эти ребра, как правило, располагаются снизу плиты (внизу купола), однако иногда ребра распо- лагают сверху по конструктивным соображениям. 4. Купола, монтируемые навесной сборкой (рис. 23.92), расчленяются на кольцевые и меридиональные ярусы. Плита представляет собой двухъярусную конст- рукцию (расположена в двух ярусах купола). Сборные ребристые плиты имеют трапециевидный план и устанав- ливаются методом навесной сборки между консольными участками плит нижнего яруса. Рис. 23.91. Купол из плоских плит: а - общий вид и план; б - плоская ребристая плита для нижних ярусов; в - то же, для верхнего яруса; 1 - плита; 2 - верхнее коль- цо; 3 - нижнее опорное кольцо Рис. 23.92. Купол, монтируемый навесной сборкой: а - разрез; б - план; 1 - плита; 2 - верхнее кольцо; 3 - кольцо 5. Ребристо-кольцевые купола (рис. 23.93), в том числе с решетчатыми связями, образуются ребрами-по- луарками, опирающимися на нижнее кольцо. Ребра по высоте связываются горизонтальными кольцевыми бал- ками (ребрами). По несущим ребрам могут быть уложены криволинейные утепленные плиты или стальной настил. В ребристо-кольцевых куполах с целью обеспечения устойчивости поперечное сечение меридиональных ре- бер целесообразно выполнять двутавровым. Все кольце- вые ребра рекомендуется назначать прямоугольного или квадратного поперечного сечения. Форму опорного коль- ца купола устраивают многоугольной в плане и прямоу- гольной в поперечном сечении со срезанным углом для опирания ребер. Сопряжение ребер с кольцами (опорным и верхним) рекомендуется выполнять со сваркой закладных деталей и с замоноличиванием. Опоры купола выполняют в виде цилиндрических катков, чтобы обеспечить свободные ра- диальные перемещения. 6. Составные купольно-складчатые оболочки (рис. 23.94) отличаются тем, что в местах пересечения составляющих оболочек образуется перелет. При этом возникают утолщения, называемые разжелобком, или гуртом, которые подобны некоторой криволинейной же- сткой складке, придающей пространственную жесткость всему покрытию аналогично ребру жесткости. Эти эле- менты выполняются в виде металлических арок (рис. 23.94 ж) или железобетонных ребер. Для организации радиальных сввтовых проемов устраивают сдвоенные стальные радиальные арки двутаврового сечения, ветви которых соединяются связями. Контурные элементы выполняют в виде стальных арок с затяжками или сборных железобетонных ригелей, шарнирно опертых на колонны. Затяжки могут быть как стальными, так и железобетонными. В центре покрытия выполняется внутреннее кольцо, на которое опираются радиальные элементы. Централь- но-радиальный «каркас» покрытия улучшает статическую работу оболочки в целом, повышает технологичность воз- ведения сооружения. Рис. 23.93. Ребристо-кольцевой купол: 1 - ребра-полуарки; 2 - горизонтальные кольцевые балки; 3 - криволинейные плиты; 4 - опорное кольцо
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 481 В составных оболочках высоту сечения радиальных арок принимают в пределах 1/60-1/80 от пролета оболоч- ки, а контурных - не менее 1/100 от пролета арки. Состав- ляющие оболочки меридионально-кольцевой разрезкой членятся на однотипные основные плиты (в основном прямоугольного плана) и доборные с треугольным или трапециевидным планами. Соединение плит между собой выполняется с помощью стальных листовых накладок, которые привариваются к зак- ладным деталям плит, установленным в местах ребер. Все стыки и швы между плитами заполняются бетоном. Металлические купола. Конструктивные схемы ме- таллических куполов разделяют на типы (рис. 23.95): реб- ристые, ребристо-кольцевые и сетчатые. Ребристый купол представляет собой систему ра- диальных ребер-полуарок, которые объединяются между собой в вершине с помощью верхнего кольца. Внизу они опираются обычно на нижнее кольцо, которое восприни- мает распорные усилия полуарок (рис. 23.95 а). Нижнее кольцо выполняется в виде многоугольника, количество сторон которого соответствует числу ребер. Верхнее кольцо, диаметр которого определяется раз- мещением узлов крепления полуарок-ребер, воспринимает сжимающие усилия. Эти узлы конструируются жесткими. Ребра могут иметь сплошное (из прокатных профи- лей) и сквозное сечения. Сплошные ребра тяжелее, но проще в изготовлении. Нагрузка на ребра от кровли пе- редается через прогоны, которые опираются на верхний пояс ребер. Для обеспечения пространственной жесткости карка- са по меньшей мере в двух секторах устанавливаются свя- зи по наружным поясам ребер. Связи совместно с прого- нами обеспечивают устойчивость ребер в их плоскости. Очертание ребер купола принимают круговыми (для сферической формы купола), эллиптическими или близ- кими к ним. Пролеты ребристых металлических куполов достига- ют 125 м (раздвижной купол общественного центра в Питсбурге, США). Отношение высоты купола к его диа- метру принимают от 1/4 до 1/7. При проектировании большепролетных купольных покрытий используются сквозные конструкции - каждый несущий элемент представляет собой ферму с парал- лельными поясами, соединенными решеткой. Прогоны ребристых куполов работают только на из- гиб как вспомогательные балки, воспринимающие на- грузку от кровли и передающие ее на ребра. Если прого- ны объединить в кольца и включить в пространственную схему каркаса, заставив воспринимать не только изгиба- ющие, но и продольные усилия, то получится схема реб- ристо-кольцевого купола. Ребристо-кольцевые купола являются более рацио- нальной конструктивной схемой. Кольца существенно уменьшают изгибающие моменты в меридиональных реб- рах, обеспечивают большую пространственную жесткость. Ребристые и ребристо-кольцевые купола по существу являются пространственными рамами. Наряду с продоль- ными усилиями в их элементах возникают значительные изгибающие моменты. Для того, чтобы добиться суще- ственного уменьшения изгибающих моментов 8 несущих Рис. 23.94. Составные купольно-складчатые оболочки Рис. 23.95. Типы металлических стержневых куполов: а - ребристый: б - ребристо-кольцевой; в-д - сетчатые (Швед- лера, Фепппя, Чивитта)
482 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ элементах каркаса, необходимо запроектировать его в виде пространственной фермы. Этого можно достичь ус- тановкой в каждой трапециевидной ячейке ребристо- кольцевого купола одного или двух диагональных стерж- ней. Такая схема каркаса называется куполом Шведлера (рис. 23.95 в). Узлы ребристых и ребристо-кольцевых металличе- ских куполов преимущественно построечного изготовле- ния отличаются массивностью, устраиваются, в основ- ном, на болтах, сварке или комбинированными. На рис. 23.96 представлены узлы ребристо-кольцевого купола со связями (купол Шведлера), с ребрами в виде сплошно- стенчатой трехшарнирной арки двутаврового сечения. Сетчатые купола состоят из одного или двух слоев конструктивных элементов, образующих треугольную, ромбовидную, трапециевидную, пяти- и шестиугольную сетку. Сетчатые купола имеют обычно только нижнее опорное кольцо. Они являются наиболее экономичными по расходу материала вследствие пространственной ра- боты каркаса и равномерности распределения материа- ла по поверхности оболочки. Формообразование сетчатых куполов является более сложным, чем формирование других видов, и строится, в основном, с поверхностью сферы. Основными схемами построения являются: • ребристо-кольцевая со связями в каждой ячейке (купол Шведлера, рис. 23.95 в); • звездчатая (купол Феппля, рис. 23.95 г); • схема Чивитта (рис. 23.95 д); • схема «ромб» (рис. 23.97). Сетчатые купола образуются, если в ребристо-коль- цевом куполе увеличить связность системы с образова- нием диагональных или крестовых связей в каждой ячей- ке купола; именно такую конструкцию представляет купол Шведлера - один из первых сетчатых куполов, имеющих примерно одинаковые сечения элементов в радиальном, диагональном и кольцевом направлениях. Звездчатая система (купол Феппля) получается сле- дующим образом. На сферический сегмент наносят сеть Рис. 23.96. Узлы ребристо-кольцевого купола: а - опорный; б - соединение ребра и кольца меридианов. Каждый участок делят четырехугольными ячейками таким образом, чтобы два противоположных узла ячейки располагались на одном меридиане, а два других - на одной параллели. Обычно в звездчатой схеме длину всех некольцевых стержней принимают одинако- вой. Образующаяся сеть пространственных ромбических ячеек представляет собой правильную сеть Чебышева. Недостатком схем Шведлера и Феппля является зна- чительное сгущение элементов в центральной части. Углы между стержнями становятся очень острыми, что услож- няет конструирование узлов и приводит к необходимости устройства центрального кольца достаточно большого диаметра. В схеме Чивитта этого недостатка нет. Она состоит из нескольких секторов, каждый из которых равномерно разбит на треугольные ячейки. Количество секторов мо- жет приниматься от 6 до 12 (рис. 23.95д). В этой схеме, так же как в звездчатой, все узлы яруса лежат в одной горизонтальной плоскости, однако их количество увели- чивается от центра к периферии в арифметической про- грессии. Количество различных стержней и узлов в этой схеме превышает аналогичные показатели звездчатой схемы; архитектурно она менее выразительна, но позво- ляет обойтись без центрального кольца, упростить и уни- фицировать узловые соединения. Ромбическая сеть (рис. 23.97) - схема построения сетчатого купола на основе правильной сети Чебышева. Количество циклически повторяющихся граней-секторов может быть различным. Отличительной особенностью яв- ляется равенство длин стержней, расположенных в на- правлении меридиана. Стержни в кольцевом направле- нии имеют разные длины. Ромбическая схема построения образует наиболее равномерную сеть. Все линии стержней плавно перехо- дят друг в друга, следуя кривизне конструкции, что позво- ляет рекомендовать ее для покрытий общественных зда- ний, требующих выразительного тектонического решения интерьера. Для сферических куполов большой высоты рацио- нально использование симметрии правильных много- гранников - икосаэдра и додекаэдра. Имеется много ва- риантов построения сферических сетей. В практике про- ектирования наибольшее распространение получили два способа: геодезическая сеть на основе додекаэдра (рис. 23.98 а); построение 720-гранника на основе усеченного икосаэдра (рис. 23.98 б). Наиболее ответственным и сложным узлом конструк- ции куполов всех типов является узел соединения ребер с нижним кольцом и опирания кольца на нижележащие конструкции. На рис. 23.99 приведены примеры решения этих узлов для ребристо-кольцевого купола (а) и днухсет- чатого купола (б). Узлы сетчатых куполов существенно отличаются от уз- лов ребристых куполов, что связано с особенностями фор- мообразования и условиями работы под нагрузкой. В од- Рис. 23.97. Купол сетчатый системы «Ромб-1» диаметром 65 м
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 483 носетчатых куполах следует применять узлы, обеспечива- ющие повышенную жесткость соединения элементов, ина- че возможно «прощелкивание» узлов под нагрузкой. При проектировании сетчатых куполов нередко ис- пользуются узловые соединения, которые первоначально были разработаны для плоских перекрестно-стержневых конструкций (см. п. 23.3). Целесообразно применение таких решений узловых соединений, которые обеспечивают возможность их ис- пользования не только при конкретных геометрических размерах, но и при отклонении этих размеров на опреде- ленную величину. Этим требованиям удовлетворяет узел типа «Октаплатт» с полым шаром, к которому приварива- ют торцы круглых труб. Однако соединение требует вы- сокой точности изготовления и большого объема свароч- ных работ. В этом отношении предпочтительнее сварное узловое соединение типа «SDC» (рис. 23.100 а), допуска- ющее регулирование поясных элементов по длине. Для сетчатых сферических куполов приемлемым реше- нием узла является соединение типа «Цейс» (рис. 23.100б). Оно обеспечивает соединение различного количества стер- жней независимо от их взаимного расположения. Для куполов с пролетами 20-60 м рекомендуется конструктивное решение сетчатого купола из алюминие- вых прессованных профилей. Несущий каркас состоит из стержней и узловых деталей, соединяемых на высоко- прочных болтах. Образуется сетчатая поверхность с тре- угольными ячейками. Стержни изготавливаются из прес- Рис. 23.98. Схемы построения сферической сети на основе: а - додекаэдра; б - икосаэдра Рис. 23.99. Опорные узлы металлических куполов сованного профиля с П-образным поперечным сечением. Узловая деталь - также из прессованного профиля - име- ет поперечное сечение в виде звезды с шестью лучами (рис. 23.100 в). Одной из разновидностей сетчатых куполов являются пластинчато-стержневые купола (рис. 23.101). Они соби- раются из отдельных панелей, полученных изгибом алюми- ниевых листов толщиной от 2 до 5 мм. Панели соединяют между собой на болтах с помощью специальных узловых деталей. Несущий каркас образует ребра изогнутых пане- лей и дополнительные стержневые элементы, а грани па- нелей выполняют функции ограждающих конструкций. Составные сетчатые купола применяют в виде сопря- женных алюминиевых или стальных сетчатых оболочек из унифицированных элементов для покрытий зданий разно- образных архитектурно-конструктивных форм (рис. 23.102). На рис. 23.103 показана сетчатая алюминиевая со- ставная оболочка покрытия из унифицированных элемен- тов, предназначенная для применения в зданиях различ- ного назначения пролетом до 60 м. Каркас купольной оболочки собирается из отдельных стержней и узловых Рис. 23.100. Узлы сетчатых металлических куполов: а - узловое соединение стержней из труб типа «SDC»; б - узел системы «Цейс»; в - соединение стержней алюминиевых одно- сетчатых оболочек
484 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ деталей на высокопрочных болтах. Основные несущие элементы каркаса изготавливаются из двух типов прес- сованных алюминиевых профилей: П-образного сече- ния - для стержневых элементов, звездчатого очерта- ния - для узловых деталей (см. рис. 23.100 в). Монтаж ребристых и ребристо-кольцевых куполов осуществляется, как правило, с использованием стацио- нарных или передвижных опор в виде башен и мачт. Спо- собы монтажа сетчатых куполов более разнообразны. Они могут монтироваться на сплошных лесах поэлемент- но или блоками, а также с использованием отдельных опор, на которые опираются предварительно укрупнен- ные части конструкции. Статический расчет металлических куполов всех ти- пов на стадии рабочего проектирования выполняют по пространственным расчетным схемам с проверкой степе- ни геометрической нелинейности несущей конструкции. Расчет выполняют для всех типов нагрузок - постоянной, технологической, снеговой, ветровой, сейсмической. Обязательным является расчет на температурные воз- действия. Деревянные купола. Современному уровню строи- тельной технологии отвечают пространственные конструк- ции в виде куполов из несущих клеедеревянных элементов Рис. 23.101. Пластинчато-стержневой купол Очертания сторон контура в плане Форма плана Вогнутые с ограждениями из досок или панелей на деревянном кар- касе. Купола - наиболее распространенный вид простран- ственных деревянных конструкций. Ими перекрывают про- леты, превышающие 100 м. Например, в г. Такома (США) построен купол диаметром 161 м и высотой 47 м. По конструктивным особенностям деревянные купо- ла бывают ребристыми, ребристо-кольцевыми, ребрис- то-сетчатыми и сетчатыми (рис. 23.104). Ребристый купол (рис. 23.104 а) образуется клееде- ревянными ребрами, изогнутыми по дуге окружности, рас- полагаемыми в меридиональном направлении на равных расстояниях друг от друга, - максимальных на опорах (4- 6 м) и минимальных в коньке. Коньковое верхнее кольцо, служащее для соединения верхних концов ребер, может быть клеедеревянным {составным) или стальным. Нижнее опорное кольцо имеет круговую или многоугольную фор- му, выполняется железобетонным или клеедеревянным. Иногда (при небольших величинах распора) купола опирают на фундаменты (рис. 23.105). При этом они мо- гут быть соединены между собой по контуру с помощью железобетонных или стальных затяжек. По ребрам купола укладываются прогоны и настилы из досок или клеефанерных плит. В двух-четырех местах смежные арочные ребра соединяются связями (деревян- ными или металлическими элементами). Узловые соеди- нения ребер с кольцами решаются в большинстве случа- ев с применением лобовых упоров, стальных опорных башмаков, болтов (рис. 23.106), поскольку в ребрах дей- ствуют продольные сжимающие силы. Ребристый купол работает и рассчитывается как про- странственная стержневая конструкция, в основном, на нагрузки от собственного веса и снега, условно равно- мерно распределенные по его горизонтальной проекции. Арочные ребра рассматриваются как полуарки условных трехшарнирных арок, состоящих из двух ребер в одной плоскости. Действующие на них нагрузки имеют треу- гольные эпюры с максимумом у опор и минимумом в коньке в соответствии с их грузовыми площадями. После выполнения статического расчета такой арки сечения ре- бер подбирают и проверяют с помощью формул расчета деревянных элементов на сжатие с изгибом. Опорное кольцо купола работает и рассчитывается на растяжение или на растяжение с изгибом. Коньковое кольцо рассчи- тывается на сжатие. Ребристо-кольцевой купол [рис. 23.104 б) состоит из таких же основных элементов как и ребристый, кроме того конструкция включает еще промежуточные горизон- Прямые Выпуклые Смешанной кривизны Рис. 23.102. Схемы металлических составных сетчатых оболочек Рис. 23.103. Сетчатый алюминиевый составной купол
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 485 тальные кольцевые элементы (кольца). Они соединяют все ребра купола в единую пространственную конструк- цию, имеющую большую несущую способность, чем реб- ристый купол без этих колец. Ребристо-кольцевой купол работает и рассчитывает- ся как пространственная стержневая статически неопре- делимая конструкция на те же нагрузки, что и ребристый купол. При расчете ребра могут рассматриваться как по- луарки условных трехшарнирных арок, имеющих допол- нительные горизонтальные опоры в местах крепления к ним промежуточных колец. При этом в ребрах возникают изгибающие моменты (отрицательные и положительные), значительно меньшие, чем в ребрах ребристого купола, продольные и поперечные силы. Сечения ребер подбира- ют и проверяют при сжатии с изгибом. Сечения стержней промежуточных колец работают и рассчитываются на сжатие с учетом устойчивости. Если на них опираются настилы покрытия, они работают и рассчитываются на сжатие с изгибом. Рис. 23.104. Типы конструкций деревянных куполов: а - ребристый; б - ребристо-кольцевой; в - ребристо-сетчатый; г-е - сетчатые При одинаковых с ребристыми куполами пролетах ребристо-кольцевые купола имеют меньшее сечение арок-ребер и колец - до 1/120-1/150 пролета или диа- метра купола. Сопряжение ребер и колец может быть шарнирным или жестким (см. рис. 6.51}. Разработанный автором ребристо-кольцевой купол (рис. 23.107) имеет меридиональные ребра с арочно-про- странственными деревянными опорами по контуру с опи- ранием на столбчатые фундаменты. Данное конструктив- ное решение позволяет выполнить купол полностью из де- ревянных элементов, карнизную часть покрытия решить с консольными складчато-ромбовидными участками при организованном водоотводе, тектонично вписать арочно- стрельчатые светопрозрачные проемы по контуру купола. Рис. 23.105. Ребристый шаровидный купол из клееной древеси- ны (авторская разработка): 1 - опорное ребро; 2 - промежуточное ребро; 3 - арочная опора; 4 - кольцевая обвязка; 5 - сидения; 6 - бетонный фундамент; 7 - опорный башмак; 8 - прокладка из бакелизированной фанеры; 9 - упорный диск; 10 - вставка из стальной трубы; 11 - бетон; 12 - штырь стальной
486 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Сетчатые купола из клееной древесины (рис. 23.104 г-е) получили распространение при возведении покры- тий зданий с большими пролетами (до 200 м). Несущая конструкция куполов выполняется в виде треугольной, ромбической, пяти- и шестиугольной и другой формы се- ток, формируемой однотипными отдельными элементами длиной 5-18 метров. Высота сечения элементов состав- ляет 1/200-1/250 часть пролета. К схемам сетчатых деревянных куполов (как и метал- лических) относятся: ребристо-кольцевая со связями (Шведлера); звездчатая (Феппля); схема Чивитта; схема «ромб». Наиболее часто применяют купола с треугольной ячейкой в любых вариантах ее формы. Клеедеревянные стержни стандартных размеров со- единяют в узлах с помощью стальных крепежных деталей, болтов, винтов и т.п. (рис. 23.108). У сетчатых куполов чаще всего отсутствуют конько- вые кольца, а опорные кольца подобны кольцам других куполов. На сетчатые купола действуют такие же нагрузки, распределенные по их проекции от собственного веса и снега, как и на ребристые. Стержни куполов рассчитыва- ются на действие сжимающих сил, определяемых по без- моментной теории расчета. В стержнях определяются изгибающие моменты от веса элементов покрытия. Сече- ния подбирают и проверяют на сжатие с изгибом. Ребристо-сетчатый купол из дерева (рис. 23.104 в) состоит из радиальных ребер (от 6 до 12) и располагае- мой между ними сетки, аналогичной сетчатым куполам. Купол работает так же, как и ребристый. Сетка купола Рис. 23.106. Соединения деревянных ребер купола с кольцами: а - нижним опорным; б-г - верхними; 1 - ребро; 2 - сварной стальной башмак; 3 - железобетонное опорное кольцо; 4 - верх- нее стальное кольцо; 5 - листовая скоба; 6 - пластинчатый шар- нир; 7 - столик рассчитывается как опертая по трем сторонам - на два смежных ребра и на опорное кольцо. Особенности тектоники деревянных куполов четко проявляются в интерьерах зданий, где несущая структура открыта: в адекватности внутреннего пространства и внешнего объема (соответствие архитектурной формы конструктивной), в логичной согласованности элементов, в правильной геометричности конструктивных линий, в акцентировании опорных узлов и сопряжении элементов, в ясности технологии возведения. 23.9. Жесткие оболочки - гипары Поверхность гиперболического параболоида (гипара) относится к поверхностям отрицательной гауссовой кри- визны (см. п. 23.1). Произведение его кривизн 1/(R1 х R2) - величина отрицательная. Гипар является неразвертыва- ющейся поверхностью (рис. 23.109). Главные кривые ги- пара - параболы, которые пересекаются в точке 0 - цен- тре поверхности. Рис. 23.107. Клеедеревянный ребристо-кольцевой купол с ароч- ными пространственными опорами (авторская разработка) Рис. 23.108. Узлы сетчатых деревянных куполов
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 487 Поверхность гипара может быть образована двумя приемами: 1) перемещением образующей параболы по направляющей параболе, при этом параболы должны быть разных направлений (выпуклая и вогнутая), образу- ющая при скольжении всегда своей вершиной должна ка- саться направляющей (рис. 23.110 а); 2) перемещением образующей ab параллельно самой себе по двум скрещи- вающимся прямым (рис. 23.110 б). Таким образом, гипар имеет две системы прямолинейных образующих и явля- ется линейчатой поверхностью. В практике для построе- ния гипара применяют способ образования, показанный на рис. 23.111. Смещаются по вертикали один или два угла исходного четырехугольника, лежащего в плоскости. При этом четырехугольник искривляется. Выявляется пространственная форма четырехугольника, поэтому его называют скрученным прямоугольником. Гипар можно рассматривать как поверхность парал- лельного переноса и как линейчатую поверхность. Соот- ветственно он имеет образующие и направляющие двух родов - криволинейные (параболы) и прямолинейные. В каждой точке пересекаются две параболы и две прямые, принадлежащие поверхности. Из рис 23.111 видно, что параболические образующие проходят по диагоналям ячеек сетки, образованной двумя системами прямоли- нейных образующих. В сечениях гипара плоскостями, параллельными ко- ординационным плоскостям xoz и yoz, лежат параболы (см. рис. 23.109); в сечениях плоскостями, параллельны- ми плоскости хоу, - гиперболы. Отсюда название - гипер- болический параболоид (сокращенно - гипар). В зависимости от способов сечения поверхности ги- пара можно получить фрагменты оболочки с различными очертаниями контуров; криволинейными, прямолинейны- ми, смешанными (рис. 23.112]. Фрагмент гипара является основой многочисленных геометрических схем, отличающихся как композиционны- ми решениями, так и принципами статической работы. Такие фрагменты образуют составные оболочки; при этом, в основном, применяются сочетания гипаров, огра- ниченных прямолинейными образующими. На рис. Рис. 23.110. Способы образования поверхности гипара 23.113 показаны геометрические схемы оболочек в виде сочетаний трех, четырех и более гипаров. По контуру оболочки опираются чаще всего на колон- ны, возможно опирание на фермы. По линиям сопряже- ния (коньковым линиям) располагаются коньковые эле- менты относительно небольшой жесткости. Эти элемен- ты упругие, податливые; фермы или рамы по контуру - жесткие в своей плоскости. Основные опоры размещают- ся в углах оболочки, т.е. имеют опирание у коньков, а углы могут иметь консольное решение. В соответствии с этим располагают затяжки, которые могут иметь ортогональ- ные или диагональные направления. Стрелу подъема пологих гипаров назначают от 1/10 до 1/5, а подъемистых оболочек в составных гипарах - от 1/5 до 1 /2 пролета оболочки. Железобетонные гипары бывают сборными, сбор- но-монолитными и монолитными с размерами в плане от 18 х 12 до 60x60 м. Оболочки для зданий с прямоугольной сеткой ко- лонн. Конструктивные формы сборных оболочек отрица- тельной гауссовой кривизны можно получить, используя различные сочетания крупноразмерных плит в виде ис- кривленных прямоугольников (рис. 23.114). Диафрагму таких оболочек образуют бортовыми элементами - реб- рами плит и затяжками или железобетонными фермами. Ширину крупных плит назначают около 3 м с учетом транспортировки, длину - 9 и 12 м (рис. 23.115). По контуру плит принимают ребра высотой 250- 500 мм в зависимости от пролета. Продольные ребра обеспечивают прочность и жесткость плиты, а также вы- полняют роль бортовых элементов и воспринимают уси- лия, возникающие в оболочке при эксплуатации. Толщину плит принимают 30-40 мм. Полку армируют сетками из проволоки или стали класса А-Ill. Ребра армируют свар- ными каркасами. Рис. 23.111. Построение гипара: а - с системой прямолинейных образующих; б - фрагмент гипа- ра, выделенный прямолинейными образующими
488 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Варианты с продольной и поперечной разрезкой обо- лочек-гипаров приведены на рис. 23.116. Более перспек- тивна продольная разрезка. Длина плит получается рав- ной половине пролета, при этом при разных пролетах применяют разные типоразмеры элементов. Оболочки для зданий с квадратной сеткой колонн 18 х 18-42 х 42 м (рис. 23.117) собирают из отдельных плит размерами 3 х 3 м, причем для каждого типоразме- ра сетки колонн применяют плиты одного типа (рис. 23.118}. Они имеют толщину поля 35-40 мм и по контуру ребра высотой 120-180 мм. Ребра имеют пазы для обра- зования шпонок после замоноличивания стыков, которые Рис. 23.112. Фрагменты оболочек-гипаров: а-в - с криволинейными контурами; г - с прямолинейными; д - со смешанными рассчитывают на сдвигающие усилия. Армирование поля плиты производится сварной сеткой из арматуры диамет- ром 6-10 мм. Сопряжение плит выполняют в двух вариантах: с ук- ладкой встык арматурной сетки в специальных пазах плит и сваркой отдельных стержней между собой. При первом варианте применяют более частую сетку с меньшими диа- метрами стержней (например, 100 х 100 мм из стержней диаметром 6 мм), во втором - более редкую сетку с боль- шими диаметрами (200 х 200 мм из стержней 8-10 мм). Стыки между плитами замоноличивают с дополни- тельным армированием двумя стержнями по высоте шва. Плиты опирают по контуру оболочки на диафрагмы в виде ферм или ригелей, шарнирно опертых на колонны. Коньковый элемент обеспечивает работу оболочек, яв- ляясь контурным элементом гипаров; с помощью коньково- го элемента составляющие оболочки - гипары - сопрягают- ся в составную оболочку. Элемент проектируют преимуще- ственно монолитным, армируя сварными каркасами. Монолитные гипары обычно выполняют из гладких плит толщиной, равной 1/400-1/600 пролета, но не менее 40 мм. Для повышения жесткости оболочек пролетом бо- лее 36 м в плите предусматривают ребра. По периметру гипара проектируют контурные (бортовые) элементы пря- моугольного сечения с высотой 1/60-1/80 пролета. Оди- ночные гипары небольших пролетов (до 30 м) могут не иметь бортовых элементов. Армирование плиты выполняют по одному из вариан- тов: сетками с криволинейными стержнями - рабочими вдоль вогнутой параболы и конструктивными - вдоль выпук- Рис. 23.113. Геометрические схемы сочетаний гипаров: а, б - из трех элементов; в-е - из четырех элементов; ж - из пяти; з - из шести
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 489 лой параболы (вариант 1} или сетками с рабочими стержня- ми в обоих направлениях, располагаемыми по прямолиней- ным образующим (вариант 2}. При использовании сеток по второму варианту нижние углы гипаров армируют стержня- ми, соединяющими смежные бортовые элементы для вос- приятия растягивающих усилий. Бортовые элементы арми- руют сварными каркасами. Примеры конструирования мо- нолитных гипаров приведены на рис. 23.119. Металлические гипары проектируют сетчатыми. Они бывают однопоясными (односетчатыми) и двухпояс- ными (двухсетчатыми). Пролеты однопоясных гипаров ограничены (до 60 м) из-за возможности потери общей устойчивости. Сетчатую конструкцию гипара обрамляют бортовыми элементами, горизонтальный размер сечения которых принимают равным 1/50-1/60. а вертикальный - 1/100 пролета. Двухпоясную сетчатую структуру гипаров используют при пролетах, превышающих 60 м, с соотно- шением высоты к пролету 1/100-1/150. Стержнями сет- Рис. 23.114. Схемы покрытий с прямоугольным планом, состоя- щих из гиперболических параболоидов: а - из гипаров двух видов; б - типа «крестовая крыша»; в - с ди- агональными затяжками чатых гипаров служат стальные и алюминиевые профили, узловыми соединениями - многие из приведенных для перекрестно-стержневых плит. На рис. 23.120 показан пример покрытия производ- ственного здания, которое состоит из 12 решетчатых со- ставляющих оболочек в виде гипаров - четырех квадрат- ных и восьми треугольных, собранных из труб алюминие- вого сплава. Деревянные гипары - достаточно распространен- ная разновидность оболочек двоякой кривизны. Благода- ря линейчатости поверхности они могут быть выполнены из прямолинейных элементов - досок, брусков, фанерных Рис. 23.115. Плита 3 х 9 в форме гипара: 1 - пазы; 2 - трубки для болтов; 3 - подъемные петли; 4 - трубка для затяжки Рис. 23.116. Оболочки в виде гипаров из крупноразмерных плит: а - плиты; 2 - контурные затяжки; 3 - коньковые балки
490 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ полос и т.п. Деревянные гипары легки и способны воспри- нимать значительные усилия, просты в производстве. Наиболее часто применяют оболочки с прямолинейными бортовыми элементами (контурами). Оболочку гипара с пролетами до 12 м выполняют из двух слоев досок толщиной 20-25 мм. При больших про- летах применяют три слоя и более. В распространенной трехслойной конструкции доски среднего слоя распола- гают параллельно диагонали, соединяющей приподнятые углы оболочки (рис. 23.121}. Нижний и верхний слои идут параллельно сторонам оболочки под углом 45* к средне- му слою и под углом 90* друг к другу. Некоторые примеры применения гипаров в архитек- туре зальных зданий приведены на рис. 23.122. Рис. 23.117. Оболочки в виде гипаров из плит 3 х 3 м Рис. 23.119. Армирование монолитных гипаров: а - одиночных; б, в - сочлененных; 1 - арматура плиты; 2 - арма- тура ребер Рис. 23.118. Плита в форме гипара: а - сборная плита для сварного стыка; б - сопряжение плит; 1 - арматура плиты; 2 - арматура а швах; 3 - бетон замоноличивания Рис. 23.120. Металлическая оболочка в виде сочлененных гипаров
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 491 Рис. 23.121. Схемы деревянных оболочек-гипаров: а - двухслойная; 6, в - трехслойные; 1 - доски оболочки в на- правлении выпуклой диагонали; 2’- то же, вогнутой; 3 - то же, прямолинейных образующих; 4 - затяжка; 5 - бортовой элемент; 6 - угловые опоры Рис. 23.122. Примеры построек с покрытиями в виде оболочек- гипаров: а - спортивный зал на круглом плане (Токио); б - трехсекцион- ное покрытие (Мексика); в - составная оболочка из пяти гипаров (Англия) 23.10. Вантовые покрытия Вантовые покрытия составляют одну из основных групп пространственных висячих покрытий, для которых характерно наличие в качестве основных несущих эле- ментов провисающих вант, работающих, в основном, на растягивающие усилия. Ванты могут быть как гибкими, так и достаточно жесткими, способными воспринимать такие изгибающие моменты. В любом вантовом покрытии можно выделить три ча- сти: несущую конструкцию из растянутых вант, плиты ог- раждения и опорный контур, воспринимающий усилия от пролетной конструкции. Характерными усилиями, пере- дающимися на опорный контур, являются горизонтально направленные усилия распора, достигающие значитель- ных величин. Преимуществами покрытий висячего типа являются: • полное использование несущей способности вы- сокопрочных сталей; • малый собственный вес; « разнообразие форм и архитектурная вырази- тельность; • высокая сейсмостойкость. К недостаткам покрытий висячего типа относятся: • повышенная деформативность; • необходимость устройства дополнительных кон- струкций для восприятия распора; • относительная трудность водоотвода. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Висячие покрытия - покрытия, у которых основная несущая конструкция, перекрывающая пролет, работает на растяжение. Вантовые покрытия - покрытия, пролетная часть которых образована сетью несущих гибких нитей (вант) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов для обеспечения их совместной работы между собой и с опорным контуром. Комбинированные висячие покрытия - покрытия, пролетная часть которых состоит из гибких вант и жест- ких элементов, работающих на изгиб. Висячие покрытия с внешними тросами (подвес- ные покрытия) - покрытия, образуемые жесткой пролет- ной конструкцией, подвешенной к вантам, закрепленным на стойках-пилонах. Опорный контур - жесткая конструкция (стальная или железобетонная), воспринимающая распор от про- летной части покрытия, способная работать на сжатие, изгиб и кручение. Нить - гибкий провисающий стержень, работающий на растяжение и несущий поперечную нагрузку в пролете. Гибкая нить - нить с нулевой изгибной жесткостью, работающая только на растяжение. Жесткая нить - нить конечной изгибной жесткости, работающая, в основном, на растяжение, но способная вос- принимать относительно небольшие изгибающие моменты. Ванта - прямолинейный или провисающий стержень, работающий на растяжение, не несущий поперечной на- грузки в пролете. Канат - гибкий стержень из тонких стальных прово- лок, объединенных в систему путем свивки, прошивки, склеиванием и другими способами. Трос - разновидность каната, в котором проволоки свиты в пряди, а пряди - в канат.
492 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Классификация. По основным конструктивным при- знакам вантовые покрытия могут быть классифицирова- ны следующим образом. По типу несущих конструкций; • однопоясные системы (из гибких элементов и комбинированные); • двухпоясные системы (из гибких элементов и комбинированные); • вантовые сети; • жесткие ванты; • подвесные (в том числе консольно-вантовые); • комбинированные системы. По форме поверхности: • нулевой гауссовой кривизны; • положительной гауссовой кривизны; • отрицательной гауссовой кривизны. По характеру распорности: • внешнераспорные - системы, в которых распор- ные силы тем или иным способом передаются в уровень основания сооружения и воспринимаются специальными фундаментами или анкерами; « внешнебезраспорные - системы, в которых рас- порные силы воспринимаются непосредственно в уровне закрепления гибких элементов покрытия на соответству- ющих замкнутых опорных контурах либо протяженными распорками. По способу восприятия распора: • замкнутым опорным контуром (внешнебезрас- порные системы); • затяжкой или распоркой (внешнебезраспорные системы); • разомкнутым опорным контуром в сочетании с подкосами, устоями или оттяжками (внешнераспорные системы); • только подкосами, устоями или оттяжками (внешнераспорные системы). По способу стабилизации: • пригрузом; • формой поверхности; « дополнительными элементами; • собственной изгибной жесткостью; • предварительным напряжением. Изделия гибких элементов. В качестве несущих элементов в вантовых покрытиях применяются: стальные канаты, арматурные пучки из высокопрочной проволоки (невитые канаты), арматурные стержни. Наибольшее распространение получили оцинкован- ные стальные канаты. Канаты бывают витыми и невиты- ми. Витые канаты изготавливают из высокопрочной про- волоки (светлой или оцинкованной) диаметром 0,4-6 мм. Чем меньше диаметр проволоки, тем выше предел ее прочности, однако по соображениям антикоррозионной стойкости в канатах для висячих покрытий применяют проволоку диаметром более 1,5 мм. При изготовлении витых канатов на центральный сердечник из стали или других материалов по спирали наматывают первый слой проволок, затем второй и пос- ледующие слои. Направление свивки в соседних слоях может сохраняться, образуя при одинаковом шаге свив- ки по всем слоям линейное касание проволок (Ж), или меняться на противоположное с точечным касанием про- волок (ТК). Возможны комбинации с точечным и линей- ным касанием (ТЛК), в том числе при разных диаметрах проволок (ТЛК-РО). Образованное в результате такой свивки изделие может поставляться в форме готовой продукции, названной спиральным канатом, либо исполь- зоваться в качестве пряди для последующей свивки. Из прядей могут быть изготовлены канаты тросовой конст- рукции (двойной свивки) и кабельтовой конструкции (тройной свивки). Невитые канаты представляют собой группы парал- лельно уложенных многослойных прядей 1К или проволок диаметром 2-8 мм. Соединение прядей (проволок) меж- ду собой осуществляют непрерывной спиральной обмот- кой, с помощью муфт или сжимов, путем склеивания по- лимерными композициями. Для строительных конструкций применяют стальные канаты со стальными сердечниками и с повышенным ша- гом свивки. Для спиральных канатов кратность свивки принимают до 16, для канатов двойной свивки - до 14. Недостатком канатов как элементов строительных конструкций является их сравнительно невысокий пер- воначальный модуль упругости, обусловленный витой структурой. Для его повышения и устранения неупругих деформаций канаты подлежат обязательной предвари- тельной вытяжке усилием, на 10-20% превышающим рас- четное усилие каната, в течение 1-2 часов. Пучки или пряди для вант изготавливают на специ- ально оборудованных стендах, иногда на строительной площадке. Пучок формируется в зависимости от расчетно- го усилия в канатах, анкерного крепления и конструкции домкрата. Для повышения коррозиестойкости, если ванты не подлежат бетонированию совместно с ограждающими плитами, пучок покрывают битумом или свинцовым сури- ком. Для выравнивания напряжений в отдельных проволо- ках пучки вытягивают усилием, превышающим расчетное разрывное. Предварительную вытяжку пучков (и канатов) необходимо выполнять вместе с концевыми анкерами. Арматурная сталь круглая или периодического про- филя с более низкими прочностными характеристиками, чем у канатов, но более коррозиестойкая, позволяет при- менять сварку и более простые соединения. Рекомендуют- ся арматурные стержни класса А-Ill и A-IV. Соединять ар- матурные стержни необходимо контактной электросвар- кой встык ванным или электрошлаковым способом. При применении термически упрочненных стержней ванты со- единяют муфтами с резьбой. Основные характеристики канатов и арматурной ста- ли для висячих вантовых покрытий приведены в Прило- жениях 10; 11; 12. Концевые крепления вант (анкерные устройства). Концы канатов закрепляют в специальных анкерных уст- ройствах, конструкции которых должны обеспечивать на- дежность заделки канатов и не снижать существенно их прочность. Концевые крепления вант выбирают в зависимости от материала вант и бортовых элементов, их конструктивно- го решения, степени капитальности (уровня ответствен- ности) сооружения, методов предварительного натяже- ния сети, наличия соответствующего оборудования для натяжения вант и других факторов. Для вант из канатов в качестве концевых креплений используются (рис. 23.123); петля с коушем на зажимах, петля с коушем с запрессовкой конца каната при помощи алюминиевых или стальных трубок овального сечения, самозаклинивающийся зажим. Прочность канатов с пере- численными концевыми креплениями реализуется не полностью, поэтому они применяются в качестве времен-
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 493 него крепления вант в процессе строительства. Наиболее надежны заливные концевые крепления канатов (рис. 23.123 д-ж). Основная деталь такого крепления - ста- кан - может иметь любую конструкцию: точеную, литую, сварную с последующим креплением к опорному контуру при помощи шарнира, упора и т.д. В России при возведе- нии вантовых покрытий широко применяется гильзокли- новой анкер (ж). Для вант из лучков высокопрочной проволоки концевые крепления осуществляются благодаря силам трения, перегибу или заклиниванию. Например, в анкерах (рис. 23.124 а-д) проволоки крепятся опрессовкой гиль- зы. Конусные крепления типа «колодка с пробкой» (рис. 23.124 е-з) находят применение в предварительно на- пряженных фермах и оболочках. Для мощных арматурных пучков (вант) применяются анкеры с заливкой предвари- тельно отогнутых концов проволок в стальном стакане бетоном на мелком заполнителе. Для вант из стержневой арматуры концевые креп- ления в большинстве случаев позволяют применить свар- ку элементов (рис. 23.125). Упорную шайбу с ребрами жесткости (а) применяют для анкеровки стержней в бор- товых элементах из монолитного железобетона. При шар- нирном закреплении стержней используют одиночные или спаренные фасонки с отверстиями (б, в). Опорные конструкции. В висячих покрытиях распор нитей передается на опорные конструкции, решения ко- торых могут быть разнообразными. Опорные конструкции должны обеспечивать размещение анкерных креплений канатов, воспринимать растягивающие усилия в нитях и передавать их на основание здания, создавать жесткий опорный контур покрытия для ограничения деформаций висячей системы. Геометрия и конструктивная форма опорного контура должны быть увязаны с системой несу- щих конструкций и формой плана здания. Все эти факто- Рис. 23.123. Концевые крепления ванг из стальных канатов: 1 - подвижный клин; 2 - клин; 3 - гильза ры переплетаются, и порой трудно выявить определяю- щий. При конструировании требуется комплексный под- ход с учетом всех обстоятельств. Наиболее просто эти задачи решаются для круглых и эллиптических в плане зданий. Наружное опорное коль- цо (рис. 23.126 а) позволяет погасить распор в пределах покрытия и создать внутренне уравновешенную систему с передачей на фундаменты только вертикальных усилий. В других случаях на фундаменты дополнительно переда- ются также составляющие усилий от распора. Наружное опорное кольцо, в основном, работает на сжатие, поэто- му его обычно делают из железобетона. В висячих покрытиях двоякой кривизны удачным ре- шением является опорная конструкция в виде двух на- клонных арок (рис. 23.126 б}. Распор несущих нитей урав- новешивается собственным весом тяжелых железобетон- ных арок и подвешенных к ним стен. Сами арки работают на сжатие, что соответствует их конструктивной форме. Распор может быть передан на фундаменты с помо- щью сжатых стоек и растянутых оттяжек. Большое ко- личество оттяжек и анкерных фундаментов делает такое решение неэффективным, поэтому в пределах одного шага колонн размещают несколько вант и крепят их к специальным балкам опорного контура. Оттяжки уста- навливают только в местах опирания балок на колонны. Кроме того можно крепить несколько оттяжек к одному Рис. 23.124. Концевые анкерные крепления вант из пучков про- волоки: 1 - контур гильзы до обжатия; 2 - стержень; 3 - спираль; 4 - на- резка. 5 - колодка; 6 - пробка 5 Рис. 23.125. Концевые крепления вант из арматурных стержней 3
494 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ фундаменту (рис. 23.127 а), что снижает производитель- ность работ, хотя и связано с увеличением длины оттяжек. Распор может передаваться через балки, располо- женные в плоскости покрытия, на торцевые диафрагмы в виде сплошных стен или контрфорсов (рис. 23.127 б). В этом случае промежуточные колонны воспринимают лишь часть вертикальных составляющих усилий. Распор на диафрагмы можно передавать через криволинейные стены (рис. 23.127 в), которые выполняют сплошными или решетчатыми. Усилия распора можно передать на жесткие рамы, если они функционально необходимы в здании, напри- мер, для устройства трибун (рис. 23.127 г}. Рис. 23.126. Схемы круглых и арочных опорных конструкций: а - круглых; б - арочных; 1 - внутреннее кольцо; 2 - то же, опор- ное; 3 - наружное опорное кольцо; 4 - опорные арки Рис. 23.127. Опорные конструкции: а - с передачей распора на оттяжки; б - то же, на торцевые ди- афрагмы; в - на криволинейные стены; г-на рамы; 1 - тросы (тросовые фермы); 2 - колонны; 3 - жесткие балки; 4 - торцевые диафрагмы; 5 - контрфорсы; 6 - поперечные рамы; 7 - растяну- тые подкосы; 8 - анкерные фундаменты; 9 - оттяжки Имеются примеры возведения висячих систем по- крытий с опорным контуром в виде шестиугольника или квадрата. Безизгибная работа таких конструкций может обеспечиваться при передаче распора в углы опорного контура (рис. 23.128}. Если это не удается сделать непос- редственно, то прибегают к использованию дополнитель- ной конструкции - подбора, закрепленного в углах опор- ного контура. Подбор расположен в плоскости покрытия и может выполняться из тросов, полосовой или профиль- ной стали, работая на растяжение от усилий распора, со- здаваемых прикрепленными к нему вантами. Анкерные фундаменты. Оттяжки крепят к анкерным фундаментам. Плитные фундаменты (рис. 23.129 а) и ко- нические оболочки фундаментов (рис. 23.129 б) воспри- нимают усилия от оттяжек за счет массы насыпного грун- та. Винтовые сваи (в) имеют стальной пустотелый или железобетонный ствол и башмак с винтовой лопастью размером 0,4-1,2 м. Такие сваи погружают в грунт спе- циальной установкой на глубину до 8 м и наклоном до 45“. Буронабивные сваи с уширенной пятой (рис. 23.129 г) различных модификаций изготавливают непосредствен- но на строительной площадке. Методы повышения жесткости и стабилизации. При проектировании висячих покрытий необходимо учи- тывать их высокую деформативность. Дополнительные провесы (прогибы) гибкой ванты определяются двумя причинами: упругими удлинениями нити при ее растяже- нии (рис. 23.130 а) и кинематическими перемещениями. Нить всегда стремится наилучшим образом приспосо- биться к нагрузке, поэтому ее конфигурация при измене- нии положения поперечной нагрузки всякий раз меняет- ся (рис. 23.130 б, в) и, казалось бы, ценное качество пре- вращается в недостаток, требующий применения специ- альных мер по сохранению формы (стабилизации) нити. Рис. 23.128. Обеспечение безизгибности квадратного опорного контура - сосредоточение распоров нитей в углах контура: 1 - балки опорного контура; 2 - гибкие нити; 3 - арки или диагональ- ные ванты; 4 - тросы-подборы; 5 - промежуточный опорный кон- тур; 6 - оттяжка
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 495 Метод стабилизации висячих покрытий пригрузом конструктивно наиболее прост. Он применяется, в основ- ном, для стабилизации от ветровых нагрузок однослой- ных, не имеющих собственной изгибной жесткости вися- чих конструкций нулевой или положительной гауссовой кривизны. В целом метод стабилизации пригрузом мало- эффективен и неэкономичен, так как в связи с общим уве- личением нагрузки на сооружение возрастает и расход материалов на все несущие конструкции от фундаментов до покрытия. Метод стабилизации формой поверхности применя- ется (часто совместно с предварительным напряжением) для однослойных конструкций отрицательной гауссовой кривизны седловидного типа. Фактически эти системы можно отнести к двухслойным, однако в них расстояние между стабилизирующей и несущей системами конструк- тивно практически сводится к нулю. После предваритель- ного напряжения стабилизирующей системы седловидные покрытия способны одинаково хорошо работать на рас- пределенные нагрузки любого направления. Метод стаби- лизации формой поверхности не требует увеличения по- стоянной нагрузки сверх минимально необходимой по тех- нологическим соображениям, однако не обеспечивает восприятия значительных сосредоточенных нагрузок. Методы стабилизации дополнительными элемен- тами и собственной изгибной жесткостью часто близ- ки по конструктивному исполнению. Конструктивно роль дополнительных элементов выполняют балки, арки и фермы, вантовые фермы, оттяжки и т.п. С этих позиций всякая комбинированная висячая система может быть охарактеризована как стабилизированная дополнитель- ными элементами. Достоинством метода является воз- можность стабилизации без пригруза покрытий с простой геометрией поверхности (нулевой и положительной кри- визны). При этом могут быть исключены местные кинема- тические перемещения под воздействием сосредоточен- ных нагрузок, что позволяет применять подвесное обору- дование (например, подвесные краны). Рис. 23.129. Анкерные фундаменты: а - плитный; б - открытая коническая оболочка; в - винтовой; г - набивной свайный с уширениями пят Рис. 23.130. Дополнительные провесы гибкой нити: а - вызванные упругими удлинениями; б, в - вызванные кинема- тическими перемещениями Рис. 23.131. Взаимное расположение опорного контура и вант Сопряжение вант с опорным контуром. Конструк- тивные решения узлов примыкания вант к бортовому эле- менту определяются: • концевыми креплениями вант и их материалом; • методами предварительного натяжения вант; • материалом бортового элемента и его конструк- тивным решением. Для конструкций бортовых элементов применяют же- лезобетон и сталь. Большинство вантовых покрытий име- ет железобетонные бортовые элементы как рациональ- ные с точки зрения статической работы. Однако обеспе- чение надежности соединений металлических вант с же- лезобетонными бортовыми элементами вызывает за- труднения. Металлические бортовые элементы имеют не- которые преимущества - небольшой собственный вес, упрощение примыкания вант, индустриальное решение стыков монтажных марок. При круговом очертании опорного контура и радиаль- ных вантах плоскость кольца обычно расположена гори- зонтально и не совпадает с направлением усилий в ван- тах (рис. 23131 а). При применении нарезного концево- го крепления необходимо закладывать в бортовой эле- мент для пропуска вант наклонные трубки. Установка по- добных закладных деталей затруднительна, кроме того, крепление вант производится за различные уступы, при- ливы, что также усложняет изготовление железобетонно- го бортового элемента. При применении опорного коль- ца, наклонного к горизонту, этот недостаток устраняется (рис. 23.131 б}. Иногда вместо трубки для пропуска вант предусматривают отверстие, уширяющееся в вертикаль-
496 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ной плоскости для обеспечения большей свободы дефор- мации вант при нагружении (рис. 23.131 в}. При более сложном очертании опорного контура за- кладные фиксирующие трубки имеют для каждой ванты различные, меняющиеся по длине бортового элемента, положения (рис. 23.131 г). Чтобы сохранить постоянное расположение закладных деталей по длине бортового элемента, ванты крепят шарнирно на некотором расстоя- нии от борта (рис. 23.131 д). Упрощенное решение примыкания вант к бортовому элементу через переходное кольцо представлено на рис. 23.132а. В бортовой элемент, наклонный к горизонту, за- Рис. 23.132. Примыкание вант к железобетонному бортовому элементу при помощи: а - переходного кольца: б - спаренных выпусков; в - стяжных болтов; 1 - коробчатый кольцевой элемент; 2 - железобетонный бортовой элемент; 3 - ванта; 4 - выпуски с нарезкой; 5 - залив- ная втулка; 6 - высокопрочные болты; 7 - шарнир бетонированы радиально расположенные круглые арма- турные стержни, к которым сваркой крепится стальное коробчатое кольцо из прокатных профилей или гнутое. Несущие ванты крепятся через это кольцо. Простым в изготовлении является решение узла примыкания при помощи двух выпусков, забетонированных в бортовом элементе (рис. 23.132 6). В узлах крепления вант можно использовать высокопрочные болты и шарниры (рис. 23.132 в). К стальным бортовым элементам ванты из канатов с заливочными концевыми креплениями удобно крепить наглухо или на шарнирах (рис. 23.133). Однопоясные вантовые покрытия с параллельны- ми нитями, как правило, применяют для прямоугольных в плане зданий (рис. 23.134), хотя возможно применение на круглых и овальных планах. Архитектурные и функциональные требования дикту- ют иногда применение однопоясных покрытий с исполь- зованием промежуточных опор в виде арок или гибких нитей (рис. 23.135). Ванты размещают с шагом 1,5-3 м, их крепят к сталь- ным или железобетонным бортовым элементам. Для вос- Рис. 23.133. Примыкание вант к металлическому бортовому эле- менту: а - глухое; б - шарнирное; 1 - заливная втулка; 2 - накладка-тра- верса Рис. 23.134 Висячее покрытие здания с прямоугольным планом: 1 - стрела провеса каната в середине здания; f (- то же, у торцов; 1 - несущие канаты; 2 - кровельные плиты; 3 - бортовой эле- мент; 4 - колонна; 5 - оттяжка; 6 - анкерный фундамент
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 497 приятия распора эти элементы (балки) развивают в гори- зонтальной плоскости, иногда устанавливают наклонно с развитием в плоскости покрытия. По вантам укладывают железобетонные или др. тяжелые плиты и замоноличива- ют швы. В результате покрытие превращается в висячую оболочку. Для уменьшения деформативности покрытия, глав- ным образом с целью предупреждения повреждений ог- раждающих конструкций (разрывов гидроизоляционного ковра), используют тяжелые плиты или (и) осуществляют предварительное обжатие бетона. Используют четыре способа предварительного на- пряжения висячих оболочек. Рис. 23.135. Двухпролетные покрытия с параллельным располо- жением канатов: а-г - на прямоугольном плане; д, е - на овальном плане. Проме- жуточные опоры: арочные (а, в, д); висячие (б, г, е) После монтажа плит осуществляют временный при- груз покрытия балластом, вес которого имитирует соб- ственный вес утеплителя с кровлей и вес снега, увеличен- ный на 10-30% для компенсации усадки бетона, а также для предотвращения образования трещин. Этот балласт укладывают непосредственно на плиты или подвешивают на платформах к вантам. После замоноличивания стыков (рис. 23.136 a-в) и набора бетоном прочности пригруз удаляют. Вытянутые нити будут стремиться к своим пер- воначальным размерам, но бетон, препятствуя этому, окажется предварительно напряженным. После монтажа плит замоноличивают швы, перпен- дикулярные к направлению нитей, а когда бетон наберет необходимую прочность, осуществляют натяжение нитей домкратами и замоноличивают оставшиеся швы. Замоноличивание швов между плитами осуществля- ют расширяющимся бетоном на напрягающем цементе (НЦ-40) после укладки всех плит. По опалубке, подвешенной к вантам, укладывают мо- нолитный бетон на цементе НЦ-20. Бетонируют полоса- ми на весь пролет с оставлением швов, которые затем заливают бетоном. Провисание нитей назначают по архитектурным, кон- структивным и экономическим соображениям в пределах 1/10-1/30 пролета. Водоотвод с покрытия (с уклоном 2%) организуют к торцам здания. Это достигается путем изменения стре- лок провеса нитей или наклона бортовых элементов при постоянных стрелках. Покрытия из вант и балок. Необходимой жесткос- ти вантового покрытия можно достичь, применяя систе- му в виде вант и балок (рис. 23.137), в которой гибкие ванты располагаются вдоль линий главных кривизн, а балки укладываются вдоль образующих. В местах пере- сечения ванты и балки связываются между собой. В та- ких системах на равномерно распределенные нагрузки в работу включаются, главным образом, ванты, в то время как местные сосредоточенные нагрузки воспринимаются балками за счет их изгиба. в 1 Рис. 23.136. Опирание плит на ванты: а - при помощи крючьев; б - при помощи выпусков арматуры ре- бер плит; в - соединение плит в перпендикулярном направлении по отношению к вантам; 1 - доска; 2 - листовая подкладка Рис. 23.137. Покрытия вантоео-бапочной системы
498 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Поперечные балки выполняются из прокатных профи- лей или сварными. Связь вант и балок осуществляется при помощи сжимных болтовых соединений. Устойчи- вость балок в плоскости покрытия обеспечивается систе- мой горизонтальных связей. По балкам укладываются плиты кровельного ограждения, которые могут быть вы- полнены из различных материалов: железобетона, армо- цемента, металлических листов и др. Покрытия в виде вантово-балочной системы проекти- руют различной формы в плане: прямоугольной, круглой, овальной. Они могут иметь замкнутый или разомкнутый опорный контур. Вантово-балочные покрытия на прямоугольном плане эффективны при пролетах балок 24-30 м. При больших про- летах существенно возрастает расход материалов на изги- баемые контурные балки, к которым крепятся ванты. Для зданий с криволинейным замкнутым опорным контуром пролеты балок можно увеличить до 48 м. Стрелки несущих вант принимаются в широких пределах: от 1 /10 до 1 /30 про- лета. Высота балок составляет 1/20-1/40 пролета. Однопоясные покрытия с радиальными вантами. Покрытия с радиальными нитями применяют в зданиях с круглыми и овальными, реже с прямоугольными планами. Рис. 23.138. Схемы однопоясных покрытий с радиальными ван- тами: а - вогнутое на круглом плане; б, в - шатровые на квадратном и прямоугольном планах; г - спиральные; 1 - несущая ванта; 2 - наружное сжатое кольцо; 3 - внутреннее растянутое кольцо; 4 - колонна; 5 - угловая Опора; 6 - дополнительные ванты Для крепления нитей предусматривают наружное и внут- реннее опорные кольца. По нитям, расположенным по радиусам на одинаковых расстояниях, укладывают тра- пециевидные железобетонные плиты. Расстояние между нитями по периметру покрытия принимают кратным шагу колонн, поддерживающих наружное опорное кольцо. По конструктивной форме покрытия с радиальными вантами делят на вогнутые, шатровые и спиральные {рис. 23.138). В вогнутых покрытиях распор от нитей воспринима- ется кольцами, поэтому покрытие в целом является само- уравновешенной системой и на колонны передаются лишь вертикальные усилия от веса покрытия. Закрепле- ние нитей в кольце осуществляют по схемам, показанным на рис. 23.131; 23.132. В эллиптических зданиях в кольце возникает изгиб; это существенно повышает его матери- алоемкость, что совместно с увеличением типоразмера плит покрытия ограничивает применение таких зданий. Внутреннее кольцо работает на растяжение, и его обыч- но выполняют из стали. Диаметр внутреннего кольца на- значают из условия размещения узлов крепления нитей. Для светового фонаря размер внутреннего кольца может быть увеличен. Недостатком вогнутых покрытий является трудность отведения атмосферных вод. Внутренний водоотвод че- рез трубу, идущую от центра покрытия к наружным сте- нам, кроме конструктивных недостатков, загромождает внутреннее пространство. Наружный водоотвод может быть решен путем применения спиральных покрытий {рис. 23.138 г). Архитектурная выразительность таких по- крытий и удобство решения вопросов освещения допол- няются конструктивными недостатками: разомкнутое опорное кольцо испытывает изгиб и требует устройства мощных вставок или пилонов. В шатровом покрытии {рис. 23.138 б, в} внутреннее кольцо воспринимает не только горизонтальные силы от распора нитей, но и передает на среднюю стойку значи- тельную часть вертикальной нагрузки от покрытия. Коль- цо обычно опирают на центральную железобетонную опо- ру большого диаметра или на куст стоек, связанных по высоте горизонтальными элементами. К разновидности радиальной схемы относится ради- ально-кольцевая {рис. 23.139). Это условно однопояс- ная схема, состоящая из нескольких концентрических двухпоясных колец, которые соединены между собой ко- роткими радиальными нитями, идущими от кольца к коль- цу. Каждая нить прикреплена к верхнему поясу своего кольца и поддерживает нижний пояс соседнего кольца. Верхние пояса колец испытывают сжатие, а нижние - ра- стяжение. Изменяя длину нитей, можно получить выпук- лое, плоское или вогнутое очертание кровли. Сечение внутреннего опорного контура (кольца) оп- ределяется усилием растяжения и, в некоторых случаях, методами предварительного натяжения и может быть принято в виде стального листа, спаренных швеллеров, прокатных или сварных двутавров, стальных труб, гнутых фасонных профилей и др. {рис. 23.140). Двухпоясные покрытия. Двухпоясными называют конструкции висячих вантовых покрытий, состоящих из двух систем нитей, расположенных параллельно или ра- диально. Одна система является несущей, и ее работа, по существу, не отличается от работы однопоясных систем. Другая система нитей, соединенная с помощью растяжек или распорок с первой, обеспечивает стабилизацию по- крытия за счет предварительного напряжения. Ставили-
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 499 зирующие нити путем натяжения несущих как бы имитиру- ют действие временной нагрузки и при отсутствии таковой не позволяют несущим нитям вернуться в исходное состо- яние, что дает возможность значительно снизить дефор- мативность покрытия от временной нагрузки. Взаимное расположение несущих и стабилизирующих нитей может решаться потрем схемам, как это показано на рис. 23.141. При расположении несущей нити выше стабилизиру- ющей (схема а) соединяющие нити элементы работают на растяжение, что дает возможность выполнять их из тросов или круглой стали. При таком решении покрытия увеличивается строительная высота помещения и возни - Рис. 23.139. Радиально-кольцевая система висячего покрытия: а - общая схема; б - последовательность монтажа (снизу вверх); 1 - центральное кольцо: 2 - несущий канат; 3 - стабилизирующий канат; 4 - стойка промежуточного кольца; 5 - опорное кольцо кает необходимость устройства двух опорных контуров отдельно для несущих и стабилизирующих нитей. Расположение нитей по схеме б позволяет устроить один общий опорный контур и создает условия для орга- низации наружного водоотвода. Элементы, соединяющие пояса в этой системе, работают на сжатие, что несколько усложняет конструкцию и повышает материалоемкость. Покрытию по схеме в присущи как преимущества, так и недостатки первых двух схем. Длина сжатых распорок здесь может быть уменьшена, возможно также устрой- ство наружного водоотвода при применении дополни- тельных стоек в зоне пересекающихся вант. Использование двухпоясных вантовых покрытий осо- бенно эффективно в зданиях с круглым планом. Для та- ких систем характерна внутренняя уравновешенность сил распора, полностью воспринимаемых опорным кольцом, которое работает на сжатие. Простая двухпоясная система известна под названи- ем «велосипедное колесо» (рис. 23.142 а) с обязатель- ным элементом в виде центрального барабана сравни- тельно большой высоты (1/10 диаметра), к нижнему коль- цу которого крепятся несущие ванты, а к верхнему - ста- билизирующие. Некоторого повышения стабильности вант при нерав- номерной нагрузке достигают, вставляя между несущей и стабилизирующей системами вант сжатые стойки, кото- рые придают канатам выпуклое очертание {рис. 23.142 б). Каждая пара канатов образует несущую систему, по- добную рыбовидной безраскосной ферме. Желание обойтись без громоздкого центрального барабана приводит к другой схеме {рис. 23.142 в). В этом случае центральное кольцо делают достаточно плоским, а опорное контурное кольцо становится двойным: верх- нее кольцо - для несущих вант, нижнее - для стабилизи- рующих. Каждая пара вант соединяется растянутыми стяжками. Водоотвод становится внутренним, и отводя- щие трубы крепятся к стабилизирующим канатам. Получила распространение система двухпоясных по- крытий, где несущие и стабилизирующие канаты взаимно пересекаются на некотором удалении от опорного коль- Рис. 23.140. Крепление вант к внутреннему опорному контуру Рис. 23.141. Взаимное расположение вант в двухпоясных по- крытиях: 1 - распорка; 2 - стабилизирующая ванта; 3 - несущая ванта; 4 - бортовой элемент; 5 - подвеска
500 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ца (рис. 23. 142 г). Пояса покрытия соединены между со- бой сжатыми стойками в центральной части покрытия и растянутыми стяжками - в периферийной. Достоинства- ми системы являются: сокращение высоты покрытия, со- кращение длины сжатых стоек, удачное решение водоот- вода из кольцевой ендовы во внутренние лотки. Количество растяжек (распорок) должно быть доста- точно большим, чтобы они могли имитировать равномер- но распределенную нагрузку. Расстояние между ними на- значают в пределах 1,5-6 м, обычно увязывая его с раз- мерами плит покрытия или с шагом прогонов. Крепление растяжек к несущим и стабилизирующим вантам с помощью хомутов различной конструкции пока- зано на рис. 23.143. Распорки между вантами в двухпоясных покрытиях дол- жны обладать равноустойчивостъю в вертикальных плоско- Рис. 23.142. Двухпоясные вантовые покрытия на круглом плане: а - типа «велосипедное колесо»; б - двояковыпуклое; в - двояко- вогнутое; г - выпукло-вогнутое; 1 - центральный цилиндр («ба- рабан»); 2 - стабилизирующий канат; 3 - несущий канат; 4 - опорное кольцо; 5 - распорка; 6, 7 - верхнее и нижнее опорные кольца; 8 - центральное кольцо; 9 - стяжка стях, поэтому их целесообразно конструировать из труб {рис. 23.144). Вблизи центрального барабана (или кольца) ванты располагают достаточно часто, поэтому можно при- менять одну распорку на две ванты (рис. 23.144 в). Предварительное напряжение покрытия можно со- здать путем натяжения нитей домкратами как в однопо- ясных системах либо путем напряжения распорок (растя- Рис. 23.143. Варианты крепления растяжек к поясам вантовых ферм Рис. 23.144. Крепление трубчатых распорок в двухпоясных по- крытиях: а - при небольшом диаметре распорки; б - при диаметре распор- ки больше диаметра канатов; в - вблизи центрального барабана
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 501 жек). В последнем случае напрягающие усилия будут не- значительны, и их можно выполнить, используя винтовые муфты с правой и левой резьбой (рис. 23.145). Пересечения несущих и стабилизирующих вант в вер- тикальной плоскости в пролете покрытия фиксируют с помощью хомутов или штампованных накладок (рис. 23.146). В двухпоясных системах покрытий применяют легкие ограждающие конструкции в виде настилов и плит на ос- нове профилированных листов из стали, алюминиевых сплавов, стеклопластиков и других материалов. При ис- пользовании для неутепленного покрытия прозрачного полиэфирного стекла в здании обеспечивается естест- венное освещение. Настил укладывают непосредственно на ванты, реже на прогоны. Обычно утеплитель располагают над насти- лом и защищают его кровельным ковром (рис. 23.147 б). Если профилированный настил, кроме несущей функции, выполняет роль гидроизоляции, то утеплитель распола- гают под настилом (рис. 23.147 в). В этом случае паро- изоляцию выполняют из алюминиевой фольги и предус- матривают поддерживающую сетку. Утепленные плиты покрытия (прямоугольной формы для систем с параллельными нитями и трапециевидной - с радиальными) не имеют принципиальных различий по сравнению с обычными трехслойными плитами. Узлы со- пряжений и стыки плит показаны на рис. 23.148. Расположение нитей в висячем вантовом двухпояс- ном покрытии на круглом или прямоугольном планах мо- жет быть не только радиальным. Иногда используют двух- поясные схемы - квадратную или треугольную (рис. 23.149). Если равнодействующие усилий в нитях сходят- ся в центре, то контурное круговое кольцо, как и при ра- диальных нитях, может оказаться безизгибным. Однако усилия натяжения канатов вызывают значительный изгиб прямоугольных контуров. В целях противодействия это- му в плоскости контура между канатными поясами уста- навливают горизонтальные фермы {рис. 23.149 г). Вантовые сети. Вантовые сети, образующие поверх- ности нулевой и положительной гауссовой кривизны, яв- ляются геометрически изменяемыми системами, силь- но меняющими свою форму в зависимости от места при- ложения нагрузки. Такие сети могут применяться лишь в качестве конструктивной основы для укладки по ним же- лезобетонных плит и превращения вантовой системы в Рис. 23.147. Конструкции кровли из профлистов: а - без утеплителя; б - с верхним расположением утеплителя; в - с размещением утеплителя под настилом; 1 - болт с крюком; 2 - гидроизоляция; 3 - пароизоляция; 4 - поддерживающая сетка Рис. 23.145. Винтовые муфты для напряжения двухпоясных си- стем: а - в распорках; б - в растяжках; 1 - контргайка; 2 - отверстие под штырь Рис. 23.146. Узлы пересечения несущих и стабилизирующих вант: а - соединение на хомутах; б - соединение двумя штампованны- ми накладками Рис. 23.148. Детали стыков плит: а - опирание плит на столик; б - свврной стык стальных плит; в - стык стеклоппастиковых плит с нащельником
502 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ висячую железобетонную оболочку. При этом вантовая сеть играет роль основной несущей растянутой армату- ры, работающей совместно с бетоном оболочки. Самостоятельное значение имеют сети, образующие поверхности отрицательной гауссовой кривизны. Харак- терной особенностью таких сетей является возможность создания в их элементах предварительного натяжения - этим повышается их жесткость при действии неравновес- ных нагрузок. Такие сети можно рассматривать как мгно- венно жесткие, т.е. обладающие ограниченными дефор- мациями. Характерными представителями жестких ван- товых сетей являются сети с поверхностью типа «гипар». Наиболее характерные схемы вантовых сетей, определя- емые, в основном, особенностями геометрии и жесткости их контура, показаны на рис. 23.150. Системы вантовых сетей образуются двумя взаимно перпендикулярными семействами параллельных нитей (несущих и стабилизирующих); поверхность покрытия имеет седловидную форму. Усилия предварительного на- пряжения в стабилизирующих нитях передаются на не- сущие нити в виде сосредоточенных сил, приложенных в местах пересечения. Эти силы назначают (рассчитывают) такими, чтобы при отсутствии временной нагрузки они имитировали ее действие и не позволяли несущим нитям вернуться к первоначальной форме. Этим обеспечивает- ся стабилизация формы покрытия. Подбором усилий предварительного натяжения несу- щих и стабилизирующих вант можно добиться безмомен- тного состояния опорного контура. Однако последующие загружения конструкции приводят к нарастанию усилий в несущих вантах и ослаблению усилий в стабилизирующих вантах, что приводит к моментному состоянию опорного контура. Для обеспечения совместной работы всех пересека- ющихся гибких нитей, образующих сеть, узлы пересече- ния вант должны решаться таким образом, чтобы устра- нить возможность взаимного смещения в направлении действия нагрузки. Точки пересечения обычно фиксируют при помощи одиночных или двойных стяжных хомутов из круглой ар- матурной стали (рис. 23.151 а, б). Рис. 23.150. Тросовые сети седловидных поверхностей с опор- ным контуром: а - смешанным (арки + тросы); б - в виде двух наклонных арок; в - то же, со средней аркой; г - из двух пар наклонных ферм; д - в виде пространственного эллипса; е - из четырех тросов-под- боров; ж-и - комбинированным (наружным и внутренним) Рис. 23.151. Узлы пересечения вант в пролете: а, б - на стяжных хомутах двойных и одиночных; в - проволочны- ми скрутками; г - штампованной накладкой; д - на хомутах с опорным листом; е, ж - на болтах Рис. 23.149. Двухпоясные покрытия на круглых и квадратных пла- нах: а - треугольная сетка вант; б-д - ортогональная сетка; 1 - несущая ванта; 2 - стабилизирующая ванта; 3 - распорка; 4 - контурное кольцо; 5 - контурная балка; 6 - контурная ферма
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 503 В случае пересечения двух семейств нитей конструк- ция узлов может допускать взаимное проскальзывание вант или исключать его. Для смонтированной и напряжен- ной вантовой сети допустимы оба эти решения, так как на распределении усилий в вантах это практически не отра- жается. Однако во время сборки вантовой сети и выпол- нения предварительного натяжения нужно обеспечивать взаимное проскальзывание вант в связи с возможным появлением значительных горизонтальных смещений. При применении вант из стальных канатов участки в пределах узла предохраняют от повреждений кожухами из оцинкованной стали. Окончательное затягивание гаек хомутов производится после натяжения сети. При применении вант из арматурной стали в качестве узлового крепления может служить простая скрутка из мягкой проволоки диаметром 3-4 мм (рис. 23.151 в) или кольцо из арматуры. Иногда узлы пересечения вант ортогональной струк- туры фиксируют при помощи штампованных стальных элементов (рис. 23.151 г}. Угловые участки соединитель- ных элементов используют как монтажные столики для плит покрытия. Решение узла с применением стальной пластины и хомутов, продиктованное удобством опирания плиты по- крытия, приведено на рис. 23.151 д. При вантах из спаренных арматурных стержней могут применяться гнутые из полосовой стали элементы, стя- гиваемые болтами (рис. 23.151 е), а в сети шестиуголь- ной структуры - узел, показанный на рис. 23.151 ж. Так как напряженные вантовые сети обладают необ- ходимой жесткостью, в качестве ограждения могут ис- пользоваться легкие плиты. На практике применяют де- ревянные щиты, стальной профнастил, армоцементные плиты и др. Подобные настилы не превращают вантовое покрытие в оболочку, способную воспринимать сдвигаю- щие усилия и изгибающие моменты. Все эксплуатацион- ные нагрузки воспринимаются только вантовой сетью. Висячие покрытия в виде вантовых сетей отличаются малым расходом стали и эффективны в большом диапа- зоне пролетов (24-100 м). Стрелки несущих вант прини- маются равными 1/15-1/25 пролета. Стабилизирующие ванты делают более пологими - 1/30-1/40 пролета. Пло- щади сечения стабилизирующих вант обычно в 2-4 раза меньше несущих. Покрытия с жесткими вантами. В некоторых случа- ях целесообразно изготавливать ванты из элементов, об- ладающих изгибной жесткостью, - тавровых, двутавровых или иных прокатных профилей. Применяются также кри- волинейные по очертанию решетчатые фермы (висячие фермы, рис. 23.152). Жестким вантам придается форма веревочной кривой, при которой ванты работают на ос- новные, равномерно распределенные нагрузки - в основ- ном на растяжение. При воздействии на покрытие несимметричных нагру- зок (односторонних, сосредоточенных и др.) такие ванты начинают работать также и на изгиб. Доля напряжений, возникающих в вантах от изгиба, сравнительно невелика. Она тем меньше, чем больше пригружается ванта нагруз- кой от собственного веса и меньше изгибная жесткость вант. Задачей расчета является определение оптимальных жесткостных характеристик вант, при которых удовлетво- ряются как условия прочности, так и деформативности. При монтаже жестких вант используют навесной ме- тод, когда ванты, которым при изготовлении придается соответствующая криволинейная форма, устанавливают- ся в проектное положение целиком при помощи монтаж- ных траверс. По концам ванты закрепляются к закладным частям опорного контура посредством цилиндрических шарниров, обеспечивающих свободный поворот их кон- цевых частей при загружении. Иногда применяется мон- таж вант, изготовленных предварительно в виде «шарнир- ных цепей» - прямолинейных участков, соединенных между собой с помощью одиночных осевых пальцев (бол- тов). После того как «шарнирная цепь» под собственным весом занимает провисающее положение, промежуточ- ные шарниры заглушаются при помощи сварки. Так как системы из жестких вант передают на опор- ные закрепления распорные усилия, для них сохраняют- ся в силе условия создания безмоментных опорных кон- туров. Так, для радиальных систем целесообразно уст- ройство кольцевых замкнутых контуров, расположенных в горизонтальной плоскости, для систем с параллельно расположенными вантами - криволинейных замкнутых контуров, лежащих в цилиндрической поверхности. Для систем с прямоугольными планами более выгодным яв- ляется расположение вант вдоль длинной стороны пря- моугольника с передачей распора на короткие стороны. При этом снижается величина изгибающих моментов в опорном контуре. Покрытия с жесткими вантами могут применяться для зданий с пролетами 20-100 м. Отношение стрелок про- Рис. 23.152. Покрытие Олимпийского бассейна в Москве: а - план; б - разрез: в - узел; 1 - жесткие ванты; 2 - опорный контур; 3 - колонна; 4 - контрфорс
504 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ виса вант к пролету принимается 1/10-1/25. Оптимальная высота жестких вант - 1/80-1 /120 пролета. Комбинированные вантовые конструкции покры- тий. В комбинированных конструкциях ванты используют- ся с целью разгрузки каких-либо несущих элементов - балок, ферм, плит и др. Применяются два основные при- ема усиления конструкций при помощи вант: устройство шпренгельных затяжек и подвеска к возвышающимся ча- стям зданий. Шпренгельные затяжки дают возможность увели- чить несущую способность конструкции за счет увеличе- ния ее строительной высоты. Очертание затяжек прини- мается с учетом их совместной работы с изгибаемой кон- струкцией, с которой затяжки соединяются при помощи сжатых стоек (рис. 23.153}. Оптимальное соотношение стрелок, поддерживающих вант, к пролету составляет 1/15-1/25. Для шпренгельных систем выгодно использо- вание предварительного натяжения с целью создания в поддерживаемых элементах изгибающих моментов об- ратного знака. Рис. 23.153. Комбинированная вантовая конструкция покрытия Дворца спорта «Зенит» в Санкт-Петербурге: 1 - стальная арка; 2 - ванта; 3 - профнастил Рис. 23.154. Примеры подвесных комбинированных конструкций покрытий К преимуществам использования высокопрочных гибких вантовых элементов относится возможность со- здания внешне безраспорных систем, передающих на фундаменты только вертикальные усилия. Применяются как плоскостные, так и пространственные шпренгельные системы, в которых ванты образуют перекрестную сетку. В подвесных комбинированных системах (рис. 23.154} ванты используются с целью разгрузки других строительных элементов путем их подвески к высоким пилонам или другим конструкциям: аркам, каркасам и т.п. При этом за счет увеличения строительной высоты кон- струкции, не входящей в объем здания, существенно со- кращается расход материалов. В общественных и про- мышленных зданиях к выступающим выше кровли верх- ним частям пилонов могут быть подвешены балки, фер- мы, структурные плиты и др. элементы покрытия. Преимуществами подвесных конструкций являются обширная область их применения с традиционными стро- ительными системами и простота устройства. К недо- статкам - необходимость возведения выступающих эле- ментов (пилонов, рам и т.п.). Пролеты покрытий с комбинированными вантовыми системами составляют: для шпренгельных систем 30- 80 м; для подвесных систем 40-100 м. Характерные черты тектоники подвесных комбиниро- ванных покрытий отчетливо проявляются в работе на ря- стяжение тонких вант-подвесок (натянутых как струны) и мощных опор-пилонов, работающих на сжатие. 23.11. Мембранные покрытия При проектировании зданий с применением мемб- ранных конструкций должна быть обеспечена прочность, жесткость и устойчивость всей системы, а также отдель- ных элементов и их соединений. При этом комплексно решаются: очертание конструкции в плане; форма по- верхности мембраны; способ стабилизации пролетной конструкции; рациональное восприятие распора с мемб- раны; гидротеплоизоляция ограждения; водоотвод с по- крытия; устройство различных проемов и отверстий. Основными элементами мембранных покрытий явля- ются тонколистовая пролетная конструкция - собственно мембрана, испытывающая двухосное напряженное со- стояние, и опорный контур, воспринимающий усилия от пролетной конструкции. По конструктивным особенностям мембранные сис- темы разделяются: на мембранные сплошные оболоч- ки; на ленточные покрытия; на двухпоясные комбини- рованные тонколистовые покрытия. Мембранные оболочки выполняются из отдельных тонколистовых полотнищ, объединяемых на монтаже в сплошную пространственную систему. Они могут иметь различную форму поверхности отдельных покрытий (рис. 23.155} или составную поверхность в виде комбинации оболочек с одинаковой или различной геометрией поверх- ности (рис. 23.156). Ленточные покрытия (из переплетенных лент и двух- слойные седловидные) монтируются из отдельных не со- единяемых одна с другой лент. К двухпоясным покрытиям относятся системы, у ко- торых один или два пояса пролетной конструкции выпол- нены в виде мембраны. Пояса объединяются распорками или решеткой.
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 505 Материалы. Для изготовления пролетной конструк- ции мембранных покрытий применяются стали углероди- стые, низколегированные, в особых случаях нержавею- щие стали и алюминиевые сплавы, выпускаемые в виде листов или рулонов. Выбор материала определяется условиями эксплуа- тации конструкций, технологии изготовления и монтажа, экономической целесообразностью. При этом рекомен- дуются: • сталь марки ВСтЗпс в листах и рулонах толщи- ной до 6 мм; » низколегированная сталь марки 09Г2С и атмос- феростойкая сталь марки 10ХНДП толщиной до 4 мм; • низколегированная сталь марки 16Г2АФ в руло- нах толщиной свыше 5 мм. Допускается применение поставляемого в рулонах алюминиевого листа толщиной 1-3 мм марки АМг2Н2. В зданиях с агрессивной средой применяют нержавеющие стали: марки 08X18Т1 толщиной до 2 мм и марки 12Х18Н10Т толщиной до 4 мм - в листах и рулонах. Пролетная конструкция. Толщина мембраны опре- деляется расчетом. Очертание плана и форма поверхно- сти мембранных оболочек взаимо увязываются и назна- чаются с учетом архитектурно-технологических и функци- ональных требований. Их выбор производится с учетом расхода материалов, возможности изготовления и мон- тажа конструкций, аэродинамики покрытий, вопросов во- доотвода. По способу формообразования мембранные оболоч- ки подразделяются на покрытия с первоначально задан- ной стрелой провиса и первоначально плоские. Покрытия с заданной стрелой провиса собираются навесным способом на предварительно смонтированной системе вспомогательных элементов {«постель») из от- дельных полотнищ с последующим их объединением в мембрану. Геометрия элементов постели определяет форму поверхности оболочки. Первоначально плоские мембранные покрытия, соби- раемые на спланированной площадке или подмостях, после подъема или раскружаливания провисают под дей- Рис. 23.155. Формы поверхностей мембранных покрытий: а, г - нулевой гауссовой кривизны; б, в - положительной кривиз- ны; д-и - отрицательной кривизны ствием собственного веса. Их начальную стрелу провеса принимают не менее 1/60 меньшей стороны или диамет- ра покрытия. Пролетную конструкцию покрытий рекомендуется выполнять из полотнищ максимальной площади и распо- лагать их в направлении действия в покрытии максималь- ных усилий. В пролетную конструкцию покрытий включаются эле- менты подкрепления, служащие при монтаже постелью, на которую укладываются полотнища мембраны. Элементы постели состоят из направляющих и поперечных связей. Направляющие связи располагаются вдоль мембран- ных полотнищ с шагом, равным их ширине. Их необходи- мо увязывать с шагом колонн и размерами сборных эле- ментов опорного контура. Направляющие связи выполня- ют: длиной на пролет из стальной полосы, гнутых, прокат- ных или сварных элементов (тавр, двутавр, два швелле- ра), легких висячих ферм. Узлы крепления направляющих к контуру должны обеспечивать выверку геометрии по- стели. Для этого на одном из концов направляющих свя- зей устанавливают хвостовик, подтяжкой которого к упо- рам на контуре обеспечивается регулировка длины на- правляющих (рис. 23.157; 23.158}. Другой конец направ- ляющих крепится к контуру жестко (рис. 23.159]. Изгиб- но-жесткие направляющие элементы постели крепят к опорному контуру шарнирно (рис. 23.160]. Поперечные элементы постели выполняют с шагом 3-8 м из гнутых или прокатных профилей, Крепление по- перечных элементов к направляющим конструируют по неразрезной схеме (рис. 23.161}. Площадь сечения направляющих включают в работу пролетной конструкции при расчете на эксплуатационную нагрузку. Рис. 23.156. Формы поверхностей составных мембранных по- крытий: а, г, е, ж, з - отрицательной гауссовой кривизны; б, в, д- нулевой кривизны
506 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Мембранные полотнища соединяют между собой и с опорным контуром внахлестку на сварке или высокопроч- ных болтах (рис. 23.162). Незначительный собственный вес мембранных конст- рукций и малая изгибная жесткость определяют необхо- димость стабилизации таких систем. Рис. 23.157. Узел крепления анкерных стержней к контуру: 1 - контур; 2 - анкерный стержень элемента «постели»; 3 - опор- ный столик для крепления мембраны; 4 - стальная гильза; 5 - Упор _ Деформативность тонколистовых покрытий в боль- шой мере зависит от формы их поверхности. В провиса- ющих оболочках положительной кривизны, если соб- ственный вес покрытия оказывается меньше величины ветрового отсоса, стабилизация предотвращает потерю общей устойчивости оболочки, ее «выхлоп» вверх. Пред- почтительны оболочки отрицательной кривизны, которые не могут вывернуться, так как в них одно из главных на- пряжений всегда является растягивающим. Стабилизация тонколистовых покрытий осуществляет- ся одним из способов: увеличением собственного веса по- крытия; введением в конструкцию элементов с изгибной жесткостью; предварительным напряжением (натяжением). Стабилизация покрытия увеличением собственного веса достигается применением утеплителей с повышен- ной плотностью, укладкой бетонной стяжки, использова- нием балластных пригрузов, подвеской технологическо- го оборудования (рис. 23.163). Рис. 23.158. Регулируемый узел крепления направляющих эле- ментов постели к контуру: 1 - направляющий элемент постели; 2 - контур; 3 - упор (снима- ется после приварки направляющего элемента к столику); 4 - хвостовик; 5 - опорный столик; 6 - то же, для крепления мемб- раны Рис. 23.159. Узел жесткого крепления направляющих элементов постели к контуру: 1 - направляющий элемент постели; 2 - контур; 3 - опорный сто- лик; 4 - то же, для крепления мембраны Рис. 23.160. Узел шарнирного крепления изгибно-жесткого на- правляющего элемента постели к контуру: 1 - мембрана; 2 - контур; 3 - анкеры; 4 - опорный столик; 5 - шарнир; 6 - направляющий элемент постели
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 507 Стабилизирующие изгибно-жесткие элементы распо- лагают вдоль линий главных кривизн поверхности оболо- чек. Эти элементы рекомендуется использовать в каче- стве «постели» для монтажа мембраны и выполнять из прокатных или сварных элементов в виде висячих ферм {рис. 23.163 6). Предварительное напряжение мембран зависит от их формы и осуществляется (рис. 28.164}: • притягиванием мембраны к контуру с помощью натяжных устройств или изменением положения опорно- го контура: • натяжением нижнего пояса, элементов решетки или оттяжек вантовых ферм, включенных в пролетную конструкцию; • притягиванием концов поперечных элементов постели к основанию. Крепление технологического оборудования к мембран- ному покрытию осуществляют на гибких подвесках (рис. 23.165}. При наличии элементов постели подвески крепят к ним. Крепление непосредственно к мембране предусматри- вает использование распределительных шайб. Опорный контур. Для мембранных покрытий реко- мендуется применение замкнутого опорного контура. Ис- пользование разомкнутого контура может быть оправда- но при наличии конструкций трибун, боковых пристроек и т.п., способных воспринимать значительные горизонталь- ные усилия (распор). В общем случае опорный контур воспринимает сжатие с изгибом в одной или двух плоскостях. При проектирова- нии нужно стремиться к тому, чтобы опорный контур был внешне безраспорным (см. п. 23.10} и малоизгибным. Высота сечения опорного контура принимается при опирании на стены - по конструктивным соображениям, а при опирании на колонны - из расчета. Форма поперечного сечения железобетонного опор- ного контура может быть разнообразной: прямоугольно- сплошной или пустотелой, тавровой, двутавровой, круг- лой и др. (рис. 23.166}. Сборные и сборно-монолитные элементы опорного контура проектируют из унифициро- ванных элементов. Членение сборных изделий увязыва- ют с шагом опор. Металлический опорный контур {рис. 23.167} мемб- ранных покрытий выполняют в виде стальных балок из прокатных или сварных профилей. Для большепролетных покрытий контур выполняют коробчатого сечения из лис- тов, усиленных ребрами. Монтажные стыки элементов выполняют на высокопрочных болтах (фланцевыми или на накладках) или сварными. Рис. 23.161. Узел сопряжения элементов постели: 1 - поперечный элемент постели; 2 - накладка; 3 - направляю- щий элемент постели; 4 - монтажный болт Рис. 23.163. Стабилизация покрытий. а - пригрузом; б - с использованием изгибно-жестких элемен- тов; 1 - мембрана; 2 - пригруз; 3 - кольцевой кран; 4 - основные ребра; 5 - вспомогательные ребра Рис. 23.162. Узлы сопряжения полотнищ мембраны: а - без постели; б - с постелью, внахлестку полотнищ; в - с по- стелью. внахлестку на направляющих элементах; I - мембрана; 2 - направляющие элементы постели; 3 - болты или сварные точки; 4 - сварка Рис. 23.164. Стабилизация покрытий предварительным напряже- нием: а - притягиванием мембраны к контуру; б - изменением геомет- рии покрытия; в-д - натяжением вантовых ферм; е - притягива- нием поперечных балок к основанию; 1 - мембрана; 2 - стабили- зирующая ванта; 3 - центральный пригруз; 4 - оттяжка
508 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Для присоединения мембраны к бортовому элементу контура необходима установка опорного столика, крепя- щегося на сварке к закладным деталям, стальной опалуб- ке или к стальному опорному контуру (рис. 23.168; 23.169). Опорный столик необходимо подкреплять верти- кальными ребрами через 300 мм. Толщину листов столи- ка назначают не менее 1,3 толщины мембраны, ширину - не менее 300-400 мм. Возможно присоединение мемб- раны к опорному столику через листовую накладку. Паро-, тепло- и гидроизоляция. При соединении полотнищ при монтаже на точечной сварке или болтах необходимо предусматривать окрасочную или оклеенную пароизоляцию из материалов, применяемых для устрой- ства кровель. Перед устройством пароизоляции выполня- ют противокоррозионную защиту мембраны. При наличии сплошной сварной мембраны устройство пароизоляци- онного слоя не требуется. Для теплоизоляции покрытий рекомендуется приме- нение несгораемых или трудносгораемых эффективных материалов плотностью до 350 кг/м3. Рис. 23.165. Узлы крепления подвесок к мембране: а - к элементу постели; б-к мембране; 1 - мембрана; 2 - попе- речный элемент постели; 3 - распределительная шайба; 4 - под- веска а б Рис. 23.166. Железобетонный опорный контур: а - сборный или монолитный; б - сборно-монолитный; в - сбор- ный; г - трубобетонный; д - монолитный в стальной опалубке Тип кровли назначают (рис. 23.170) с учетом конст- рукции мембранного покрытия и вида материала, приня- того для теплоизоляции. В покрытиях с расположением утеплителя по верху мембраны (типы а, б, в) следует пре- дусматривать кровли из рулонных наплавляемых матери- алов. В покрытиях с расположением утеплителя под мем- браной (типы г, д) функцию кровли выполняет металли- ческая мембрана с полимерным защитным покрытием. Висячие мембранные оболочки положительной гауссовой кривизны на круглом и овальном планах применяют в покрытиях зданий общественного и про- мышленного назначения пролетами 30-250 м. Круговое очертание плана оболочки предпочтительнее по причине более выгодного условия работы опорного контура, упро- щения изготовления и монтажа. При выполнении мембраны из углеродистой стали относительная стрела провиса назначается 1/20, а при использовании низколегированных сталей - 1/30. При диаметре оболочки менее 80 м относительную стрелу провиса принимают, соответственно, 1/30 и 1/40. Пролетная конструкция собирается из тонколистовых полотнищ прямоугольного или трапециевидного очерта- ния и может быть подкреплена системой элементов («по- стелью»), соответственно, взаимно ортогональной или радиально-кольцевой (рис. 23.171). В последнем случае в середине покрытия устанавливается центральное коль- цо, к которому крепятся мембрана и радиальные элемен- ты подкрепления. Рис. 23.167. Металлический опорный контур: а, б - прокатный или сварной; в - сварной коробчатый Рис. 23.168. Узел примыкания мембраны к опорному контуру: 1 - мембрана; 2 - опорный контур; 3 - опорный столик; 4 - под- кладка
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 509 Преимуществами оболочек ортогональной системы яв- ляются: минимальная длина сварных швов монтажных со- единений, отсутствие центральной (временной) монтажной опоры, лучшие условия работы пролетной конструкции. Преимуществами оболочек с радиально-кольцевой системой являются: минимальное количество типоразме- ров элементов, лучшие условия работы опорного конту- ра. Для покрытий диаметром более 100 м рекомендуется принимать радиально-кольцевую систему разбивки про- летной конструкции, так как определяющими становятся условия монтажа. Центральное кольцо рекомендуется проектировать стальным из прокатных или сварных профилей ломаного очертания в плане. Мембрана может примыкать к кольцу по его центру (рис. 23.172) или к верхней полке {рис. 23.173}. Внутри кольца располагают стальной лист, подкрепленный балочной клеткой (или устраивают световой фонарь). Примером применения висячей оболочки на оваль- ном плане является покрытие универсального стадиона спорткомплекса «Олимпийский» (рис. 23.174). Здание размером в осях 224 х 183 м перекрыто стальной мемб- раной толщиной 5 мм со стрелой провиса 12,5 м. Мемб- рана подкреплена радиально-кольцевой системой ребер. По контуру мембрана закреплена в монолитном железо- бетонном кольце сечением 5 х 1.75 м, бетонируемом в металлической опалубке, включенном в работу контура и опертом на стальные колонны, расположенные по пери- метру оболочки с шагом 20 м. Мембранные оболочки нулевой гауссовой кривиз- ны (цилиндрические). По основным конструктивным при- знакам цилиндрические оболочки разделяются (рис. 23.175) на покрытия с замкнутым опорным контуром на прямоугольном (а) и овальном (б) планах и прямоугольные в плане покрытия с разомкнутым опорным контуром (в). В последнем случае пролетная часть может иметь подкреп- ляющие элементы - вантовые фермы (г). Покрытия с зам- кнутым опорным контуром могут выполняться составными в виде комбинации цилиндрических поверхностей (д). Цилиндрические покрытия выполняют со стрелой провиса 1/10-1/20. Рис. 23.169. Узел сопряжения опорного столика с железобетон- ным опорным контуром: 1 - контур; 2 - опорный столик; 3 - анкер Рис. 23.171. Расположение подкрепляющих элементов пролет- ной конструкции: а - ортогональная система; б - радиально-кольцевая система; 1 - опорный контур: 2 - мембрана; 3 - основные направляющие элементы; 4 - вспомогательные направляющие элементы; 5 - центральное кольцо Рис. 23.170. Кровли мембранных покрытий: 1 - металлическая мембрана, защищенная от коррозии; 2 - би- гумополимерная мастика; 3 - теплоизоляция из плит повышен- ной жесткости; За - пенополиуретановые плиты; 36 - прошивные маты; Зв - вспененный полиуретан; 4 - рулонная кровля; 5 - по- лимерный рулонный материал; 6 - гидростеклоизол; 7 - паро- изоляция - алюминиевая фольга; 8 - поддерживающая сетка Рис. 23.172. Узел примыкания направляющего элемента постели к центральному кольцу: 1 - направляющий элемент; 2 - центральное кольцо; 3 - хвосто- вик; 4 - сферическая шайба
510 ВЛ Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Оболочки с замкнутым опорным контуром на прямоу- гольном плане используют для отдельно стоящих зданий пролетом до 120 м, вытянутых в плане вдоль провисаю- щей стороны покрытия при соотношении сторон 1ч5 или вдоль прямолинейной образующей при соотношении сто- рон 1:1,5. Овальные оболочки с замкнутым контуром ис- пользуют для зданий пролетами до 220 м с соотношени- ем осей до 1,5. Цилиндрические оболочки с разомкнутым опорным контуром используют для покрытий прямоугольных в пла- не зданий, а также многопролетных зданий. Пролетная конструкция в этих системах работает в одном провиса- ющем направлении. Оболочки с составными цилиндрическими поверхно- стями применяют для зданий пролетом до 200 м с соот- ношением сторон плана 1:2. Пролетную конструкцию цилиндрических оболочек с замкнутым опорным контуром собирают с начальной стре- лой провиса по ортогональной системе элементов из пря- моугольных полотнищ, которые могут быть расположены как вдоль (рис. 23.176 а), так и поперек пролета (рис. 23.176б). Опорный контур состоит из двух прямолинейных и двух криволинейных бортовых элементов. В углах конту- ра устраивают уширения или вводят распорки. Рис. 23.173. Центральное кольцо и узел примыкания к нему на- правляющего элемента: 1 - направляющий элемент; 2 - центральное кольцо; 3 - хвостовик Рис. 23.174. Покрытие универсального стадиона «Олимпийский» в Москве: а - план; б - продольный разрез; 1 - мембрана; 2 - ребра жест- кости; 3 - опорный контур; 4 - монтажный блок с мембраной; 5 - связи В здании Дворца спорта «Измайлово» (Москва) при- менено покрытие, форма которого образована комбина- цией цилиндрических поверхностей (рис. 23.177). Про- летная часть - мембранная оболочка из нержавеющей стали толщиной 2 мм, подкрепленная по диагоналям стальными полосовыми элементами. Размер основного зала 66 х 72 м; стрела провиса в середине -4 м. Оболочки с разомкнутым опорным контуром со- стоят из пролетной конструкции (мембраны), опорного контура и опор-пилонов. Поверхность мембраны прини- мают параболического очертания (рис. 23.178). При ста- билизации покрытия подкрепляющими ребрами с изгиб- ной жесткостью их устанавливают в направлении прови- сания оболочки. Для уменьшения изгибающих моментов в подкрепляющих ребрах их рекомендуется выполнять трехшарнирными (рис. 23.179). Стабилизация методом предварительного напряжения мембраны может осуще- ствляться конструктивными элементами, расположенны- ми в направлении прямолинейных образующих оболочки путем притягивания ребер к основанию (рис. 23.180). Рис. 23.175. Типы конструкций цилиндрических мембранных по- крытий: а - на прямоугольном плане с замкнутым опорным контуром; б - то же, на овальном плане; в - на прямоугольном плане с разом- кнутым опорным контуром; г - то же, подкрепленных вантовыми фермами; д - в виде комбинации цилиндрических поверхностей Рис. 23.176. Прямоугольное в плане покрытие с замкнутым опор- ным контуром: а - стальной контур с продольными полотнищами; б - железобе- тонный контур с поперечными полотнищами; 1 - мембрана; 2 - опорный контур; 3 - распорки; 4 - регулирующая монтажная за- тяжка; 5 - постель
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 511 Распор мембранной оболочки воспринимается опорными конструкциями (рис. 23.181}, расположенными вдоль прямолинейных участков покрытия. Оболочки, подкрепленные фермами, состоят из провисающей мембраны, подкрепленной вантовой сис- темой, разомкнутого опорного контура и стоек с наклон- ными оттяжками (рис. 23.182). Предварительно растяну- тая подкрепляющая вантовая система, верхним поясом которой является мембрана, предназначена для стабили- зации покрытия. Конструкция применяется в покрытиях зданий пролетом 30-90 м. Поверхность цилиндрической оболочки принимают со стрелами провиса мембраны и подъема нижнего по- яса фермы, равными 1/15-1/20 пролета. В центральном узле нижний пояс фермы объединяется с мембраной. Рис. 23.177. Конструктивная схема спортзала в Измайлове (Москва): 1 - мембрана: 2 - опорный контур; 3 - диагональные тяги Рис. 23.178. Стабилизация цилиндрического мембранного покры- тия подкрепляющими элементами, обладающими изгибной жест- костью: 1 - мембрана; 2 - прогоны; 3 - продольные ребра; 4 - опорная балка Рис. 23.179. Узел крепления продольных ребер к опорному контуру: 1 - контур; 2 - закладная деталь; 3 - шарнир; 4 - продольное ребро Подкрепляющие фермы устанавливают с шагом, рав- ным (3300-5000)1, где f - толщина мембраны. Решетку стабилизирующей фермы выполняют треугольной с на- клоном раскосов под углом 45*. Сжатые раскосы выпол- няются жесткими, а растянутые - гибкими. Крепление раскосов стабилизирующих ферм к мемб- ране осуществляют через направляющие элементы «по- стели» с усилением мест крепления листовой накладкой (рис. 23.183). Мембранные оболочки отрицательной гауссовой кривизны. Оболочки на прямоугольном и овальном пла- нах применяют в покрытиях зданий промышленного и общественного назначения. Для многопролетных зданий с укрупненной сеткой колонн 18 х 18, 24 х 24 м и более рекомендуются сочлененные мембранные оболочки. От- дельно стоящие оболочки общественных зданий могут иметь пролеты 30-200 м. Оболочка в форме гипара на прямоугольном плане, в том числе сочлененная, состоит из наружного опорного контура, внутреннего опорного контура (конь- ковые элементы), мембранных оболочек (ячеек) (рис. 23.184). Геометрия контурных элементов секции опреде- Рис. 23.180. Стабилизация цилиндрического мембранного по- крытия предварительным напряжением мембраны элементами, расположенными поперек пролета: 1 - мембрана; 2 - поперечные элементы; 3 - тяги; 4 - опорная балка Рис. 23.181. Виды опорных конструкций: а, б - стойки с оттяжками: в - стойки с подкосами: г - пилоны; д - колонны с трибунами; е - рамные опоры
512 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ляет возможные варианты расположения колонн (рядо- вое, шахматное) и компоновки многопролетного покры- тия {рис. 23.185). В многопролетных покрытиях взаимное примыкание контурных элементов четырех смежных секций и их опи- рание на колонны выполняют через металлический ого- ловок или столик. Возможные варианты узлов приведены на рис. 23.186. Седловидная оболочка на овальном плане состо- ит из мембраны, элементов опорного контура и нижеле- жащих конструкций - затяжек и фундаментов. Покрытие может проектироваться в виде отдельной седловидной оболочки {рис. 23.187 а, б). В этом случае контурные на- клонные арки должны иметь вертикальные опоры, под- держивающие контур по длине. В целях снижения дефор- мативности покрытия его рекомендуется проектировать составным, состоящим из двух и более седловидных обо- лочек {рис. 23.187 в-д). При этом опорные контуры внут- ренних краев оболочек соединяют между собой решетча- тыми связями. Стрелу провиса мембраны в вогнутом направлении принимают 1/15-1/20 от пролета покрытия в этом на- Рис. 23.182. Конструкция мембранно-вантового покрытия на прямоугольном плане с разомкнутым опорным контуром: 1 - мембрана; 2 - трос; 3 - гибкий раскос; 4 - жесткий раскос; 5 - инъекционный анкер правлении; стрела подъема в выпуклом направлении при- нимается в большинстве случаев такой же. Шатровые оболочки на крутом плане. Мембран- ные шатровые оболочки применяют в покрытиях зданий промышленного и общественного назначения диаметра- ми 30-250 м. Такого рода оболочки обладают дополни- тельными преимуществами: отсутствием специальных мер по стабилизации покрытия; минимальным количе- ством типоразмеров элементов покрытия и возможно- стью их унификации: минимальными площадью стеново- го ограждения и строительным объемом здания; наруж- ным водоотводом с покрытия. Конструкция шатрового покрытия {рис. 23.188} со- стоит из оболочки вращения, наружного опорного конту- ра. опертого на колонны, и внутреннего кольца, установ- ленного на центральной опоре. Пролетная конструкция подкрепляется радиально-кольцевой системой «посте- ли», предназначенной для монтажа мембраны. Внутрен- нее кольцо располагается выше отметки наружного опор- ного контура. Стрелу подъема оболочки назначают в пре- делах 1/7-1/15 от диаметра. Центральную опору выполняют из трубобетона {рис. 23.189). Для покрытий диаметром более 150 м опору можно выполнять железобетонной в виде круговой рамы со стойками, расположенными по окружности, диамет- ром, равным диаметру внутреннего контура, объединен- ными по высоте ригелями. Ленточные оболочки. Для образования ленточных оболочек применяют тонкие металлические ленты, не со- единяемые друг с другом. Форма поверхности ленточных оболочек имеет положительную или отрицательную кри- визну. По своей работе такие покрытия близки к ортого- нальным вантовым сетям, но отличаются тем, что совме- щают несущие и ограждающие функции. Рис. 23.183. Узел крепления раскосов фермы к мембране: 1 - мембрана; 2 - элементы постели; 3 - точечная сварка про- плавлением (электрозаклепки) Рис. 23.184. Элементы секций сочлененных оболочек: 1 - наружный опорный контур; 2 - внутренний опорный контур; 3 - ячейки (мембранные оболочки); 4 - затяжки Рис. 23.185. Многопролетное покрытие из сочлененных мемб- ранных оболочек в форме гипара
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 513 Достоинства конструкции: отсутствие передела мате- риала (ленты), отсутствие монтажных соединений по пло- щади покрытия. Покрытия применяют в общественных зданиях проле- том 30-50 м. Ленточные оболочки отрицательной гауссовой кривиз- ны состоят из двух слоев лент, при этом нижний слой об- разуется несущими лентами, ориентированными выпукло- стью вниз. В ортогональном направлении укладываются ленты верхнего стабилизирующего слоя. Жесткость и Рис. 23.186. Узел опирания на колонну контурных элементов смежных ячеек многопролетного покрытия: а - на оголовок колонны; б - через вспомогательный столик слитность оболочки достигаются натяжением лент. Утеп- ленный вариант такого покрытия показан на рис. 23.190. Исходную форму ленточных оболочек следует прини- мать в виде наиболее простых поверхностей отрицатель- ной кривизны, например в виде гиперболического пара- болоида. В пологих покрытиях может быть принята фор- ма тора, однополостного гиперболоида. Рис. 23.187. Схемы седловидных оболочек на овальном плане: а, б - одиночные; в-д - сочлененные Рис. 23.188. Схема шатрового мембранного покрытия: 1 - наружный опорный контур; 2 - мембрана; 3 - внутреннее кольцо; 4 - периметральные колонны; 5 - центральная колонна; 6 - радиальные и кольцевые элементы постели
514 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Очертание опорного контура ленточных оболочек ре- комендуется получать, вырезая участок исходной поверх- ности одним из способов {рис. 23.191). Первый способ используют для оболочек на квадрат- ных планах. Участок ограничивают прямыми, совпадаю- щими с прямолинейными образующими (а). По второму способу покрытие образуется вырезани- ем участка поверхности вертикальными плоскостями. При этом наибольшее применение нашли конструкции с контуром из двух плоских арок (б). Третий способ состоит в том, что контур получают пересечением исходной поверхности и поверхности на- ружных стен здания. Стены могут иметь форму кругово- Рис. 23.189. Конструкция центральной опоры: 1 - трубобетонная опора; 2 - консоль оголовка; 3 - внутреннее стальное кольцо; 4 - арматурные выпуски; 5 - анкерные болты Рис. 23.190. Седловидное покрытие из металлических лент: 1 - стабилизирующие ленты; 2 - опорный контур; 3 - утеплитель; 4 - пароизоляция; 5 - несущие ленты; 6 - антифрикционный слой (два слоя полиэтиленовой пленки со смазкой) го, эллиптического цилиндра (в), конуса или представ- лять собой сложную комбинацию поверхностей (г). Двухпоясные мембранные покрытия. К двухпояс- ным мембранным оболочкам относятся комбинирован- ные системы, у которых один или два пояса пролетной конструкции выполнены в виде мембраны. Пояса объеди- няются распорками или решеткой, обеспечивающими их совместную работу. Мембранные двухпоясные покрытия являются предварительно напряженными. Форма поверх- ности мембран может быть выпуклой, вогнутой или, при наличии вантовой системы, - плоской. Двухпоясные системы используют в покрытиях про- мышленных и общественных зданий пролетом 30-200 м. Применяют три типа двухпоясных систем: двояковыпук- лые и шатровые покрытия на круглом плане; комбиниро- ванные мембранно-вантовые покрытия; цилиндрические мембраны на прямоугольном плане. Двояковыпуклые мембранные покрытия {рис. 23.192) состоят из двух тонколистовых поверхностей - поясов, объединенных распорками, центрального коль- ца - барабана и плоского наружного опорного контура. Рис 23.191. Очертания опорного контура: а - прямоугольный; б - криволинейный из плоских арок; в - кри- волинейный в пространстве; г - сочетания контуров Рис. 23.192. Двояковыпуклое двухпоясное мембранное покрытие: 1 - контур; 2 - мембрана верхнего пояса; 3 - центральный бара- бан; 4 - стойки; 5 - мембрана нижнего пояса; 6 - колонны; 7 - связи; 8 - траверсы; 9 - радиальные подкрепляющие элементы
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИИ 515 Стрелу подъема верхнего пояса принимают равной 1/30 диаметра, а стрелу провиса нижнего пояса - 1/20. Мемб- рана выполняется из радиально расположенных трапеци- евидных полотнищ. Утеплитель может располагаться как по наружной мембране, так и по внутренней. Покрытие собирают в следующей последовательно- сти. На монтажную башню устанавливают центральный барабан, состоящий из верхнего и нижнего колец, объе- диненных стойками. Затем к ним попарно с помощью тра- верс присоединяют полотнища верхней и нижней мемб- ран, соединенные стопками, после чего производится предварительное натяжение и объединение полотнищ в единое мембранное покрытие. Двухпоясные шатровые мембранные покрытия (рис. 23.193] в центральной части снабжены трубчатой распоркой {при диаметре покрытия до 24 м) или цент- ральным барабаном. Форма поверхности верхнего и ниж- него поясов принимается одинаковой. Геометрия поверхности покрытия выдерживается в центральной зоне с помощью заранее изготовленного шатрового фартука, а в периферийной зоне - подтяжкой полотнищ мембраны до определенной степени провиса- ния. После навески всех полотнищ и их выверки они сва- риваются одно с другим и производится натяжение по- крытия. Оно осуществляется домкратами с помощью раз- движной центральной распорки или барабана с телеско- пическими стойками. Мембранно-вантовое покрытие {рис. 23.194) пред- ставляет собой двухпоясную систему с плоским опорным контуром, несущей нижней вантовой сетью, первоначаль- но плоской тонколистовой мембраной, образующей верх- ний пояс, и распорными стойками между поясами. С по- мощью распорных стоек в системе создается предвари- тельное стабилизирующее напряжение и мембрана при- обретает выпуклую форму, обеспечивающую наруж- ный водоотвод. Стрелу провиса сети принимают в преде- лах 1/15-1/25 пролета. Достоинства мембранно-вантовых покрытий: макси- мальное использование высокой прочности стальных ка- натов в несущей вантовой системе; возможность приме- Рис. 23.193. Шатровое двухпоясное мембранное покрытие: 1 - мембрана; 2 - барабан; 3 - опорный контур; 4 - колонны; 5 - фартук; б - связи; 7 - подкрепляющие элементы нения конструкции без гидроизоляционного ковра, так как мембрана изготавливается из тонколистовых алюми- ниевых сплавов или стальных лент с антикоррозионными свойствами; высокая степень стабилизации покрытия; ес- тественный наружный водоотвод. Недостаток покрытий - необходимость проведения работ, связанных с установкой распорных стоек и регулировкой с их помощью усилий. Покрытия такого типа могут быть использованы в зданиях гражданского и промышленного назначения с пролетами в диапазоне 50-200 м (для крутого плана) и 50-120 м (для прямоугольного плана). Рис. 23.194. Комбинированное мембранно-вантовое покрытие: 1 - опорный контур; 2 - мембрана; 3 - вантовая система; 4 - рас- порка; 5 - резиновая прокладка; б - оголовник; 7 - стойка; 8 - шайба; 9 - анкерные стаканы; 10 - тяга стальная; 11 - траверса
516 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Для крепления мембраны используются закладные детали опорного контура. Крепление вантовой сети к опорному контуру осуществляется пропуском вант через каналы в бортовых элементах. Для круглого в плане покрытия рекомендуется ванто- еая сеть с равносторонней треугольной ячейкой; такая сеть, по сравнению с ортогональной или радиальной, обеспечивает более равномерное распределение усилий в элементах и позволяет в большей степени ее унифици- ровать, Шаг вант в сетях должен быть в пределах 1,5- 4,5 м, а диаметр стальных канатов - 25-60 мм. Двухпоясные цилиндрические оболочки на прямо- угольном плане представляют собой комбинированные системы с разомкнутым опорным контуром. На рис. 23.195 а изображена схема цилиндрического арочно- мембранного покрытия, а на рис. 23.195 б - сводчато- мембранного покрытия. Нижним поясом е этих двух кон- струкциях является провисающая мембрана, предвари- тельно напрягаемая распорками (стойками) и работаю- щая совместно с верхними поясами. Арки и своды опира- ются на распределительные балки, с которых нагрузка передается на колонны. В первой конструкции мембрана выполняет роль кро- вельного ограждения; по ней могут быть уложены утепли- тель и гидроизоляция. Во второй конструкции своды вы- полняют ограждающую функцию и образуют чердачное помещение; мембрана сверху утепляется, выполняя роль утепленного потолка. Стабилизация покрытия обеспечивается предвари- тельным напряжением мембранной оболочки раздвижкой вертикальных стоек, упирающихся в арку, и элементов подкрепления мембраны. Подкрепляющие элементы располагаются вдоль про- лета мембраны и могут быть выполнены из прокатных или сварных профилей, стальных полос, которые следует включать в работу пролетной конструкции. 23.12. Мягкие оболочки Основные положения. Мягкие оболочки - группа пространственных конструкций, выполняемых из матери- алов, обладающих высокой прочностью при растяжении, Рис. 23.195. Двухпоясные цилиндрические оболочки на прямо- угольном плане: а - арочно-мембранное покрытие; б - сводчато-мембранное по- крытие; 1 - стойки: 2 - сводчатые элементы; 3 - опорный контур: 4 - мембрана; 5 - подкрепляющий элемент; 6 - распорка; 7 - арка но не способных сопротивляться другим видам напряже- ния. Этими качествами обладают материалы (волокна, пленки), утоненные до такой степени, что они не могут противостоять ни сжатию, ни изгибу, ни сдвигу. Способность мягких оболочек нести нагрузки возни- кает лишь при условии их предварительного напряжения, которое создается двумя основными способами: аэро- статическим (пневматическим) и механическим. Соответ- ственно способам напряжения мягкие оболочки называ- ются пневматическими и тентовыми. Пневматические строительные конструкции делятся на два основных вида: воздухоопорные и воздухонесомые (рис. 23.196). Воздухоопорные конструкции представляют собой здание, в котором объединены стеновая и кровельная части. После закрепления контура оболочки и наполнения ее воздухом конструкция приходит в эксплуатируемое состояние, которое поддерживается центробежными или осевыми вентиляторами с рабочим напором 400-1000 Па. Непрерывная подача воздуха исключает требование высокой герметизации. Воздухонесомые конструкции - конструктивные стержневые элементы (стойки, балки, арки и т.п.) или па- нельные элементы. Давление воздуха в их оболочках в пределах 50-700 кПа создается компрессорами при ра- зовом или редком периодическом наполнении, что тре- бует очень высокой герметичности оболочки. Функциональное различие между воздухоопорными и воздухонесомыми сооружениями состоит в том, что экс- плуатируемое пространство первых находится под избы- точным давлением, а для вторых остается атмосферным. Пневмолинзы (пневмоподушки) - вид пневмати- ческих конструкций, обладающих признаками обоих пре- дыдущих. По характеру статической работы - это возду- хоопорная конструкция, по назначению - конструктивный элемент (кровельная или стеновая панель). Комбинированные конструкции представляют собой разнообразные комбинации вышеназванных видов. Материалы. Для мягких оболочек применяются тка- ни с покрытиями (импрегнированные ткани) и армирован- ные пленки, реже используются однородные пленки и тонкие металлические листы. Основные требования к материалам мягких оболочек: • прочность при растяжении; • прочность при раздире (при дальнейшем растя- жении после появления местных разрывов); • водо- и воздухонепроницаемость; • долговечность; • стойкость против воздействий среды (солнечной радиации, химической агрессии, мороза, нагрева) и про- тив механических повреждений (истирания, проколов); • светопроницаемость тканей (в особых случаях - до 50%, армированных пленок - до 90%); • огнестойкость: трудносгораемость и самозату- хание (воспламенение и тление только при контакте с от- крытым огнем, после удаления которого горение и тление прекращаются); • окрашиваемость в массе; • удобство стыковки полотнищ (шитья, сварки, склеивания). Ткани с покрытием состоят из силовой основы - тка- ни из натурального, синтетического или минерального волокна - и полимерного покрытия. Силовой основой чаще всего служат ткани из синтетических волокон: поли-
Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 517 Воэдухоопорные конструкции Воздухонесомые конструкции Геометрическая форма Линзы (подушки) Усиленные канатами или сетями Стержни Панели простые составные сложные однопро- лётные многопро- лётные ортотропные изотроп- ные Рис. 23.196. Классификация пневматических конструкций амидного (капрон, нейлон, перлон, дедерон) или поли- эфирного (лавсан, дакрон, тревира, диоден), реже - по- лиакрилонитрильного (нитрон), поливинилспиртового (винол). Для долговечных сооружений (срок службы 25- 30 лет) используют стойкие против УФ-излучения мине- ральные волокна - стеклянные. Полимерное покрытие, наносимое на силовую осно- ву в веде пасты или привариваемой пленки придает тка- ни водо- и воздухонепроницаемость, защищает синтети- ческое волокно от УФ-излучения и механических повреж- дений. В качестве покрытия чаще всего используется по- ливинилхлорид (ПВХ). При выборе материалов следует учитывать измене- ния их физико-механических свойств в результате старе- ния. ползучести и усталости. Старение вызывается совместным действием тепла, влаги, озона и ультрафиолетовой зоны спектра дневного света. Старение тем интенсивнее, чем выше светопрони- цаемость покрытия ткани. Ползучесть - медленное нарастание деформаций под воздействием длительных нагрузок; выражается в потере прочности, оценивается коэффициентом длитель- ного сопротивления. Усталость как явление, связанное с многократным по- вышением и понижением растягивающих усилий в матери- алах мягких оболочек, исследовано еще недостаточно. Материалом пневмоарок высокого давления служат герметизированные цельнотканевые рукава диаметрами 200-900 мм с внутренним герметичным слоем - резино- вой камерой или покрытием. Рукавные ткани из капроно- вых нитей обладают высокой разрывной прочностью, гиб- костью и стойкостью к внешним воздействиям. Тонкие металлические листы из нержавеющей стали или алюминиевых сплавов, как материалы для мягких оболочек, обладают следующими достоинствами: высо- кой прочностью, долговечностью, воздухонепроницаемо- стью. Их недостатки: отсутствие «мягкости» в предэкс- плуатационных процессах - изготовлении, транспорти- ровке, монтаже, трудности соединения (сварки) тонких листов. Использование металла возможно только в виде ансамбля развертывающихся полотнищ, которые либо соединяются между собой в проектном положении (пос- ле подъема), либо снабжены эластичными соединениями. Пневматические сооружения воздухоопорного типа. Основными конструктивными элементами воздухо- опорного сооружения, определяющими условие его функционирования, являются: оболочка, опорные устрой- ства и воздухоподающая установка {рис. 23.197). Кроме того по условиям эксплуатации используются дополни- Рис. 23.197. Оболочка воздухоопорного здания: 1 - собственно оболочка; 2 - тент шлюза; 3 - переходник; 4 - вентиляционный клапан; 5 - силовой пояс; 6 - патрубок мягкого воздуховода; 7 - воздухоподающая установка; 8 - монтажный шов; 9 - винтовой анкер: 10 - разгружающий канат
518 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ тельные элементы: входные устройства, световые про- емы, монтажные швы, отопительные установки. Геометрические формы воздухоопорных оболочек могут быть простыми (например, поверхности вращения), составными (из участков простых оболочек) и сложными, не имеющими математического выражения. Составные оболочки - комбинации состыкованных фрагментов оболочек вращения (рис. 23.198). Наиболее распространены цилиндрические своды с цилиндричес- кими или сферическими торцевыми завершениями. Фор- мы составных оболочек не являются совершенными для пневмоконструкций, так как по линии их стыкования не соблюдаются условия совместимости напряжений и де- формаций. Оболочки на сложных планах проектируют, используя аналогию с мыльной пленкой, которую можно считать прототипом воздухоопорной оболочки, способной пере- крывать заданный объем наименьшей поверхностью. При внутреннем давлении она равнонапряженна. Наиболее характерная нагрузка для пневматических сооружений - избыточное давление воздуха. Уровень давления должен быть таким, чтобы создавать в оболоч- ке напряжения, полностью или частично погашающие усилия сжатия в ней, вызываемые действием собствен- ного веса и внешних нагрузок (снег, ветер, технологиче- ские грузы). Собственный вес оболочек невелик и уравновеши- вается давлением воздуха 10-20 Па. Расчет на его дей- ствие выполняется в исключительных случаях, обычно его суммируют со снеговой нагрузкой. Снеговая нагрузка на воздухоопорном сооружении значительно меньше нормативных величин (по СНиП). На гладкой поверхности оболочки, колеблющейся под дей- ствием ветра, накопления снега не происходит. Ветровая нагрузка является основной для воздухо- опорных оболочек. Практика показывает, что она часто является причиной разрушения конструкции. Наиболь- шей опасности оболочка подвергается при недостаточ- ном давлении воздуха под ней. Рис. 23.198. Составные воздухоопорные оболочки: а, б - цилиндр + цилиндр; в - цилиндр + сфера; г - цилиндр + цилиндр + конус; д - сфера + сфера; е - сфера + гипар + сфера Соединения полотнищ и секций оболочек. Разли- чают два вида швов: заводские и монтажные. Заводски- ми швами раскроенные полотнища соединяются между собой при изготовлении оболочки (или секции). Монтаж- ные швы используются при стыковании секций оболочки на строительной площадке (при монтаже). Заводские швы бывают сварными, шитыми, клеены- ми и комбинированными (рис. 23.199). Их прочность не достигает прочности цельного материала и составляет, в среднем, 60-80%. Монтажные швы (рис. 23.200) по сравнению с завод- скими более сложны и менее прочны. По возможности их следует избегать, а при необходимости применения рас- полагать в местах наименьших усилий. Монтажные швы герметизируют введением фартуков, закрепляемых шну- ровкой или кнопками. Опорные устройства. Отрицательным опорным ре- акциям оболочки, возникающим в опорном контуре в ре- зультате действия внутреннего давления воздуха, проти- водействуют силы тяжести массивных фундаментов или силы сопротивления выдергиванию из грунта анкеров- штырей, винтовых свай и др. Опорные устройства рассчитывают на усилия, возни- кающие на контуре оболочки. Для передачи усилий в обо- лочке анкером применяются катенарный и кромочный пояса (рис. 25.201 а, б). При соединении оболочки с не- прерывным (ленточным) основанием силовым поясом служит подвернутая кромка оболочки, усиленная пропу- щенным в нее фалом (рис. 23.201 в-д). Силовые присоединения к оболочке. Присоедине- ния силовых элементов к оболочке могут быть точечными и линейными. Конструкция узла присоединения должна обеспечивать постепенную и плавную передачу усилий оболочке. Точечных присоединений в пневматических конструкциях следует избегать. Линейные присоедине- ния неизбежны при использовании диафрагм и при раз- Рис. 23.199. Заводские швы: I - шитые; II - клееные; а - накладной, б - накладной с закрытыми срезами; в - замковый; г - стачной; д - накладной; е - клееноши- тый; ж - сварной; 1 - шитый шов; 2 - клееный шов; 3 - сварной шов
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 5-|g мещении под оболочкой усиливающих канатов (рис. 23.202). К ним относятся также присоединения кромок оболочки к жестким и гибким конструкциям. Оболочки, усиленные канатами или сетками. Ка- наты воспринимают основные усилия, возникающие в воздухоопорном сооружении при действии внутреннего давления воздуха и внешних нагрузок. Оболочка выпол- няет локальные функции, работая как мембрана в преде- лах площади, ограниченной канатами (рис. 23.203). Со- вместная работа оболочки и канатов возможна, если их жесткости при растяжении примерно одинаковы. Применяются три группы усиленных пневмооболочек: 1) при мелкой сетке форма сооружения определяет- ся раскроем сетки; тонкая и малопрочная оболочка обес- печивает только воздухонепроницаемость; 2) при малом (до 1 м) шаге канатов общая поверх- ность сооружения проектируется гладкой; местные вы- пуклости оболочки между канатами образуются за счет упругих деформаций материала; канаты с оболочкой не связаны и их взаимные смещения свободны; 3) при большом (несколько метров) шаге канатов об- щая поверхность сооружения расчленяется канатами на выпуклые, специально выкраиваемые участки оболочки. Пологие оболочки больших пролетов на овальных и прямоугольных планах проектируют с подъемом 1/7—1/12 пролета (рис. 23.204). канаты располагают параллельно диагоналям плана с шагом 6-12 м. Опорное кольцо распо- лагают так, чтобы в случае падения давления воздуха под оболочкой она, опускаясь, не достигала 2-3 м до пола. Рис. 23.200. Монтажные швы: а - кромочный двойной; б - на скобах; в - катенарный Оболочки с оттяжками. Покрытие больших площа- дей при небольшой высоте может быть решено пневма- тическими оболочками с установкой внутренних проме- жуточных оттяжек или диафрагм (рис. 23.205). В местах присоединения оттяжек на поверхности оболочек образу- ются воронки, которые для обеспечения водоотвода де- лают трубчатыми. Линии присоединения диафрагм к обо- лочке образуют на ее поверхности ендовы. При крупном (более 20-30 м) шаге оттяжек целесообразно использо- вать усиливающие канаты - главные, идущие от оттяжки к оттяжке, и второстепенные - от главных к главным (рис. 23.205 а. б). Двухслойные оболочки. Второй (внутренний) слой воздухоопорной оболочки предназначается для повыше- ния теплотехнических качеств сооружения. Рис. 23.201. Крепление опорного контура оболочки: а, б - к штопорам (винтовым сваям); в-д - к ленточным фунда- ментам; 1 - оболочка: 2 - анкер; 3 - соединительная деталь; 4 - внутренний (герметизирующий) фартук; 5 - катенарный канат; 6 - труба нижняя; 7 - труба верхняя; 8 - кромочный фал; 9 - на- кладка; 10 - стержень Рис. 23.202. Узлы разветвления мягких оболочек
520 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Применяют три способа поддержания внутренней оболочки, которая, не подвергаясь атмосферным воздей- ствиям, выполняется из легких и дешевых материалов: • раздельный поддув воздуха под наружную и внутреннюю оболочки (рис. 23.206 а); • использование естественной разницы давлений над и под внутренней оболочкой при наличии в ней ряда отверстий (б); • подвеска к наружной оболочке (в). Последний способ используется только для матерча- тых экранов, предназначенных для защиты от инсоляци- онного перегрева воздуха в сооружении. Замкнутые оболочки. К замкнутым относятся лин- зовидные оболочки. Пневмолинзы (пневмоподушки) со- стоят из двух оболочек - верхней и нижней, соединенных между собой по периметру и передающих распор жест- ким конструкциям по всему контуру или в отдельных ме- стах (рис. 23.207). Формообразование пневмолинз подчиняется тем же принципам, что и формирование воздухоопорных оболо- чек, в том числе усиленных канатами. Предварительное натяжение обеспечивается избыточным давлением или вакуумом в линзе. Контур пневмолинзы, воспринимающий распор оболочки, испытывает сжатие или сжатие с изги- бом в зависимости от очертания в плане. Усилия воспри- нимают жесткий контур или распорки, устанавливаемые в толще линзы между оболочками. Соотношение толщины пневмолинзы к ее пролету обычно принимается 1/5-1/7. Воздухонесомые пневматические конструкции. Воздухонесомыми называются конструкции из мягких обо- лочек, несущая способность которых (сопротивление сжа- тию, изгибу, кручению) обеспечивается предварительным натяжением, создаваемым давлением воздуха в замкну- том объеме отдельных элементов. Воздухонесомые конст- рукции представляют собой стержни (стойки, балки, арки, рамы) (рис. 23.208) или панели сводов и куполов. Пневматические арки бывают двух типов: низкого и высокого давления. Арки низкого давления (40-100 кПа) выполняют в виде набора коротких цилиндрических оболо- чек, выкраиваемых из рулонных материалов, которые ис- пользуют для воздухоопорных оболочек. Диаметры сечения арок - от 1 /6 до 1 /10 радиуса кривизны оси. Арки высокого Рис. 23.203. Оболочки, усиленные канатами и сетками на планах: а - круговом; б - эллиптическом; в - многоугольном; г - прямо- угольном Рис. 23.204. Пологая воздухоопорная оболочка, усиленная пере- крестными канатами: 1 - оболочка при эксплуатации; 2 - оболочка в провисшем поло- жении; 3 - опорный контур; 4 - канаты; 5 - балка; 6 - стальная рама; 7 - элементы анкеровки каната Рис. 23.205. Схемы оболочек с внутренними оттяжками: 1 - оттяжки; 2 - главные канаты; 3 - второстепенные канаты; 4 - диафрагмы б Рис. 23.206. Двухслойные оболочки и способы поддержания внутренней оболочки
Раздел IV. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ 521 давления (до 700 кПа) делают из прорезиненных или снаб- женных камерами цельнотканых рукавов. Стягивание кон- цов не полностью надутых прямых стержней превращает их в пневмоарки. Диаметры сечения арок высокого давления принимаются в пределах от 1/25 до 1/35 радиуса кривизны оси. Пневматические арки применяются как несущие эле- менты пространственного каркаса сводчатого или куполь- ного тентового сооружения (рис. 23.209}. Пневматические панели - конструкции из двух по- лотнищ, соединенных между собой линейными или точеч- ными стяжками и образующих сводчатые или купольные покрытия. Пневматические панели бывают ортотропные и изотропные. Ортотропные панели (рис. 23.210 а-д} вы- Рис. 23.207. Пневмолинзы (пневмоподушки); I - на планах: а квадратном; б - круговом; П - на опорах, распо- ложенных по контуру; III - внутри контура; IV - по контуру и в центре; 1 - контурная балка; 2 - нижняя оболочка; 3 - верхняя оболочка; 4 - стальные канаты Рис. 23.208. Пневмостержневые конструкции; а - арка низкого давления; б - арка высокого давления; в - стой- ка; г - балка; д - рама; е - кольцо (тор) полняют из материалов воздухоопорных оболочек. Изот- ропные панели (рис. 23.210 е, и) состоят из двух слоев ткани, соединенных между собой множеством нитей (2- 15 на см2). После наружной обрезинки, герметизации контура и наполнения воздухом под давлением более 50 кПа панели приобретают жесткость и несущую способ- ность во всех направлениях. Тентовые покрытия. В строительной практике не- прерывно расширяется применение тентовых покрытий, пролеты которых, в основном, не превышают 30 м. Тенто- вое покрытие - предварительно напряженная конструк- ция. Натяжение оболочки тента осуществляется механи- ческим путем: оттягиванием углов, подъемом опорных стоек, притягиванием промежуточных точек тента к зем- ле или оттягиванием их кверху, искривлением жесткого опорного контура и другими способами. В результате оболочка получает начальное натяжение. Форма поверхности тента должна удовлетворять двум основным требованиям: 1) обеспечению равномер- ного распределения натяжения по всей поверхности обо- лочки; 2) «жесткости формы» после создания в оболочке Рис. 23.209. Варианты каркасов куполов и сводов из пневмоарок Рис. 23.210. Пневмопанели: а-д - ортотропные; е. ж - изотропные
522 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ предварительного натяжения (ограниченная подвижность точек оболочки при приложении к ней знакопеременной внешней нагрузки). Жесткость формы присуща поверхностям отрица- тельной гауссовой кривизны, характеризуемых тем, что центры их главных кривизн располагаются по разные сто- роны поверхности и, следовательно, радиусы этих кри- визн имеют разные знаки. Для образования устойчивой формы оболочки необ- ходимым условием является наличие предварительного натяжения, а достаточным - наличие минимум четырех фиксированных точек оболочки, не лежащих в одной плоскости. Это основной принцип формообразования тентовых оболочек, который реализуется в двух случаях: исходные условия определяют только контур оболочки; исходные условия кроме контура определяют положение некоторых внутриконтурных точек. Конструктивно это достигается четырьмя способами (два относятся к первому случаю, два других - ко второму). Первый способ заключается в том, что устойчивая форма оболочки обеспечивается закреплением отдель- ных точек контура в разных уровнях (рис. 23.211 а) при гибком контуре. Второй способ состоит в закреплении оболочки на криволинейном или изгибно-жестком не- плоском опорном контуре (рис. 23.211 в, г}. Третий и чет- вертый способы характерны тем, что устойчивая форма тента обеспечивается выведением внутриконтурных то- чек из условной плоскости фиксированных точек контура. Минимальное количество закрепленных точек равно че- тырем; три из них определяют контур оболочки, а четвер- тая находится внутри ее контура. В пределах одной обо- лочки оба способа могут быть реализованы одновремен- но, как и др. комбинации способов (рис. 23.211 д-з). Примеры тентовых покрытий по способу образования устойчивой формы показаны на рис. 23.212. Рис. 23.211. Способы образования устойчивой формы тентовых оболочек: а - закреплением контура в четырех точках; б - то же, в несколь- ких точках; в - закреплением на жестком неплоском контуре: г - то же, на криволинейном; д - выведением внутриконтурных то- чек на плоскости контура кверху; е - то же. книзу; ж - то же, в одну сторону; з - то же. в разные стороны Рис. 23.212. Примеры конструктивных решений тентовых по- крытий
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ Глава 24 НЕНЕСУЩИЕ И САМОНЕСУЩИЕ НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ и к несущим и, соответственно, их конструктивное испол- нение, по сути не отличается от несущих наружных стен (см. Главу 17). Ненесущие стены, которым преимуще- ственно уделяется внимание в этой главе, имеют свои особенности. 24.1. Общие положения Ненесущие и самонесущие стены применяются во всех основных конструктивных системах зданий (табл. 24.7) и многих комбинированных. Ненесущие (навесные) наружные стены крепят к элементам каркаса (колоннам, ригелям), к внутренним стенам, к плитам перекрытий, к объемным блокам, к на- ружным несущим решеткам стен. Эти несущие элементы воспринимают силу тяжести навесных стен и передают нагрузку на фундамент (рис. 24.1 а-в). Самонесущие на высоту этажа стены опирают на ригели каркаса или плиты перекрытий поэтажно, через них нагрузка передается на колонны или стены и далее на фундамент (рис. 24.1 г). Самонесущие на высоту здания стены передают нагрузку на собственные фундаменты непосредственно (рис. 24.1 е) или через фундаментные балки (рис. 24.1 д). Их применяют преимущественно для одноэтажных заль- ных общественных и промышленных зданий, а также зда- ний средней этажности. Ненесущие и самонесущие стены возводят как в ин- дустриальной строительной системе (из готовых пане- лей), так и в традиционной строительной системе (клад- ка мелкоштучных изделий, поэлементная сборка). Ненесущие и, в особенности, самонесущие стены подвергаются силовым и несиловым воздействиям ана- логично несущим стенам (см. п. 7 7.7). Основное отличие заключается в том, что они не воспринимают нагрузки от перекрытий и покрытий. Исходя из этого, к самонесущим стенам предъявляются фактически те же требования, что Таблица 24.1. Применение ненесущих и самоне- сущих стен в зданиях основных конструктивных систем Конструктивные системы зданий Характеристики стен ненесущие (навесные) самонесущие на высоту этажа самонесущие на высоту здания Каркасная + + + Стеновая + + + Объемно-блочная + - - Ствольная + + - Оболочковая + - — Рис. 24.1. Ненесущие (a-в) и самонесущие (г-е) стены: 1 - ненесущая (навесная) стена; 2 - самонесущая стена (на высо- ту этажа); 3 - то же, на высоту здания; 4 - перекрытие; 5 - колон- на; 6 - покрытие; 7 - ствол; 8 - внутренняя несущая стена; 9 - сте- на подвала; 10 - цокольная панель; 11 - фундаментная балка; 12 - фундамент под самонесущую стену; 13 - фундамент под несущую стену; 14 - фундамент под колонну; 15 - фундамент под ствол
524 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Ненесущие и самонесущие стены подразделяют: • по назначению: для жилых, общественных и промышленных зданий; • ло степени заводской готовности (степени сборности): из элементов полной заводской готовности (па- нельные стены); из отдельных элементов, монтируемых в процессе строительства (послойной построечной сборки); • по теплотехническим характеристикам; для отапливаемых зданий {утепленные), для неотапливаемых зданий (неутепленные). Рис. 24.2. Стеновые панели для промышленных зданий: а - составная трехслойная железобетонная панель; б - железо- бетонная для неотапливаемых зданий с перекрестными ребра- ми; в - то же, с поперечными ребрами 6000; 12000 Рис. 24.3. Схемы раскладки панелей в стенах одноэтажных зданий: а - в продольных; б - в торцовых; 1-3 - при железобетонных фермах и балках покрытия; 4,5 - при стальных фермах Панели ненесущих стен различают; • по размеру (ширине, высоте); узкие вертикаль- ные, узкие горизонтальные, размером на комнату, на две комнаты; • по наличию проемов: глухие, с проемом (с про- емами); * по материалу наружных слоев (обшивок): бе- тонные, асбестоцементные, цементностружечные, фиб- ролитовые. стальные, алюминиевые и др.; • по виду утеплителя: с плитным или заливочным утеплителем; • по наличию каркаса: каркасные, бескаркасные; • по материалу каркаса: с деревянным, с алюми- ниевым. со стальным и др. каркасами. 24.2. Стены из бетонных панелей Для обеспечения полносборности промышленных зданий наряду с использованием сборных несущих кон- струкций применяют стеновые панели заводского изго- товления. Стеновые панели при правильном конструктивном выполнении полностью отвечают требованиям, предъяв- ляемым к ограждениям. Они протиаостоят атмосферным воздействиям, не допускают проникновения влаги внутрь конструкции, препятствуют прониканию водяного пара (конденсации) со стороны помещений, воспринимают нагрузки от собственного веса и вышерасположенных панелей, а также от напора ветра. В практике отечественного промышленного строи- тельства используют слоистые панели из тяжелого бето- на в сочетании с эффективными утеплителями (рис. 24.2 а), а также железобетонные ребристые панели для стен неотапливаемых зданий (рис. 24.2 б, в) Стены из крупных панелей применяют по навесной и самонесущей схемам. Навесные стены устраивают, если панели имеют небольшую толщину при использовании материалов с небольшой плотностью. Самонесущие па- нельные стены применяют в зданиях с влажным режи- мом. Навесные панели в этом случае нецелесообразны, так как для опирания панелей необходимо устройство стальных опорных консолей-столиков, которые в процес- се эксплуатации подвергаются коррозии. По местоположению панели подразделяют на рядо- вые, угловые, перемычсчные, парапетные, карнизные и простеночные. Панели располагают в стенах горизон- тально - при этом упрощается их крепление и достигает- ся большая герметичность швов. На рис. 24.3 показаны схемы раскладки панелей в стенах одноэтажных зданий по высоте. При этом низ пер- вой {цокольной) панели совмещают с отметкой пола зда- ния. Верхние ряды панелей в пределах высоты помеще- ния рекомендуется устанавливать ниже несущих конст- рукций покрытия на 0,6 м. а верхний ряд панелей в пре- делах высоты этих конструкций - ниже на 0,3 м. Наиболее распространенные варианты разрезки стен на крупные панели одноэтажных промзданий изображе- ны на рис. 24.4. Схема разрезки определяется характе- ром остекления - ленточным или проемным. В целях унификации элементов стен и деталей креп- лений размеры панелей по высоте принимаются: 0,9; 1,2; 1,5; 1,8 м, т.е. кратными модулю 0,3 м, а по длине - рав- ными шагу колонн 6 или 12 м.
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 525 Основной вариант крепления стеновых панелей - при помощи гибких анкеров (рис. 24.5 а). Опорные столики для установки панелей представлены на рис. 24.5 б. В этом варианте панели крепят к закладным деталям боко- вых граней колонн. В зданиях с повышенными архитектурными требова- ниями к интерьерам панели крепят скрытым способом (рис. 24.5 в). Закладные детали находятся на наружной грани колонны для того, чтобы скрыть крепление в зазо- ре между панелью и колонной. Крепление панелей с помощью двух коротышей из уголков, привариваемых к закладным деталям в панелях и колоннах каркаса, применяют, в основном, для неотап- ливаемых зданий (рис. 24.5 г) Стеновые панели «Вариакс» (Финляндия) предназ- начены для наружных стен каркасных зданий различного назначения, главным образом промышленных и обще- ственных (рис. 24.6). Длина панелей до 12 м, ширина - 1.2 м. Серийная панель включает несущий железобетон- ный предварительно напряженный многопустотный внут- ренний слой толщиной 150 мм, теплоизоляционный слой из пенополистирола толщиной 100... 120 мм и отделочный слой толщиной 30 мм. В конструкциях стен панели могут устанавливаться как горизонтально (подоконные), так и вертикально (про- I ’:Wiimi:1ПНН11ШШ1 «НИН! »! 1ПНИ1 !!; iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiitiitiiiiiiiaaaiiiiiMiiiivifitBiiii BeeiMmiimiiiiiiiiiiiiimiiiiiiiiiiiiiBiuiimiuiiii iiimimiiiHiiiiiiiiiiiiitiiiiiaiiniiiiiiinfliiimiii стеночные). Крепят панели к колоннам каркаса, разме- щенным с шагом 6-12 м. Панели типа «Вариакс» могут различаться по длине, толщине, количеству, диаметру и форме пустот, виду ар- мирования и наружной отделки и ряду других характери- стик в соответствии с требованиями заказчика. Стены из трехслойных панелей с облицовкой на относе (рис. 24.7). Трехслойные стены с внутренним не- сущим слоем из железобетонной панели заводского из- готовления, средним слоем из стекловолокнистого утеп- лителя и облицовкой на стальном каркасе, выполненной на относе с вентилируемым зазором, устанавливаются в проектное положение башенным краном после укрупни- тельной сборки на строительной площадке. После уста- новки в проектное положение производится окончатель- ная сборка облицовочного слоя. На заводе изготавливается железобетонная панель с закладными деталями для установки кронштейнов под- облицовочной конструкции. Толщина, процент армирова- ния. марка бетона панели, способ ее крепления опреде- ляются проектом здания. Закладные детали выполняют- ся из пластика. На строительной площадке панель устанавливается на стенд укрупнительной сборки, который укомплектован инструментами и средствами контроля качества работ. На стенде к закладным деталям крепятся кронштейны и ус- танавливается оконный блок (рис. 24.7 а) На поверхность панели пристреливается утеплитель из штапельного стекловолокна (б). Утеплитель устанавли- вается с напуском до 40 мм по периметру панели. На кронштейны устанавливаются вертикальные эле- менты каркаса (в). Узел крепления предусматривает воз- Рис. 24.4. Варианты разрезки стен одноэтажных промышленных зданий с шагом колонн 6 м: а - при ленточном двухъярусном остеклении; б - то же, одно- ярусном; в-д - при проемах Рис. 24.5. Крепление и опирание стеновых панелей: а - с помо- щью гибких анкеров (при самонесущих стенах); б - стальной столик для опирания: в - крепление скрытого типа; г - при по- мощи уголков; 1 - колонна; 2 - стеновая панель; 3 - опорный столик; 4 - закладная деталь колонны; 5 - то же, панели; 6 - соединительная пластина; 7 - соединительная скоба: 8 - упру- гая прокладка; 9 - герметик; 10 - стержень, соединяющий при помощи сварки смежные панели; 11 - соединительный уголок, привариваемый к колонне; 12 - то же, к панели
526 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ можность регулировки их положения вдоль плоскости па- нели s горизонтальном направлении. На установленную подоблицовочную конструкцию монтируются 60% облицовки, включая облицовку оконно- го проема и подоконного слива (г). Облицовки крепится с помощью кляммеров. Укрупнительная сборка на этом за- канчивается. Панели устанавливаются в проектное положение (д). Межпанельные стыки герметизируются уплотнительными шнурами. Устройство наружной гидроизоляции не требу- ется. При установке каждой следующей панели теплоизо- ляция за счет напуска перекрывает межпанельный стык. Отсутствие неплотностей теплоизоляции в межпанельных стыках обеспечивается высокой упругостью и сжимаемо- стью штапельного стекловолокна. Окончательная сборка облицовочного слоя с рихтов- кой положения элементов выполняется с подвесных лю- лек. Специальная конструкция кляммера позволяет сме- щать вертикальные элементы каркаса на величину ± 20 мм без опасности выпадения отдельных элементов облицовки. Смещением вертикальных элементов под- облицовочной конструкции вдоль плоскости фасада ни- велируются отклонения элементов облицовки от проект- ного положения по вертикали на смежных по высоте зда- ния панелях. Горизонтальные погрешности монтажа пане- лей нивелируются за счет подгонки положения элементов стыковочного межпанельного ряда. Данное техническое решение навесной стены имеет следующие положительные стороны: • стена имеет высокий показатель теплотехниче- ской однородности среди многослойных конструкций; • облицовка на относе и наружное утепление ре- шают проблему межпанельных стыков как с точки зрения теплофизики, так и архитектурной выразительности; • технология может применяться для любых конст- руктивных и строительных систем зданий различной вы- сотности; • может применяться в любых климатических районах; • возможно использование различных материа- лов, в том числе светопропускающих, для придания зда- нию индивидуальности. Рис. 24.6. Стеновая панель типа «Вариакс» (разрез) Рис. 24.7. Навесная стена из трехслойных панелей, возводимая методом укрупнительной сборки: а - установка оконного блока и крепление кронштейнов; б - крепление утеплителя; в - установка вертикальных подоблицо- вочных элементов; г - частичный монтаж облицовки; д - установ- ка панелей е проектное положение, окончательная сборка обли- цовки; е - схема монтажа стены
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 527 В некоторых странах Европы (Италия, Франция и др.) применяются трехслойные железобетонные конструк- ции стенового ограждения не гибких связях (рис. 24.8). Такие конструкции предназначены для наружных стен многоэтажных зданий различного назначения с же- лезобетонным или стальным каркасом. Теплоизолирующая панель изготавливается высотой на этаж и включает плиту из жесткого пенополиуретана толщиной 40...120 мм (по теплотехническому расчету), армированную пространственным каркасом. Арматурный каркас включает две плоские сетки из проволоки диамет- ром до 6 мм, соединенные между собой гибкими диаго- нальными связями из стержней диаметром 6... 12 мм. Для защиты от коррозии стержни выполняют из нержавеющей стали или с защитным пленочным покрытием. Сетки каркаса, выступающие за слой пенополиурета- на, служат арматурой для наружных слоев бетона, нано- симых способом торкретирования на месте, после уста- новки панелей в проектное положение и крепления их к несущим конструкциям и между собой. Толщина бетонно- го слоя составляет 4...7 см. Крепление арматурных сеток панелей к несущим конструкциям здания осуществляет- ся сваркой выпусков арматуры, предусмотренных в желе- зобетонных конструкциях или приваренных к стальным элементам каркаса. Торкретирование бетоном ведется с использованием штукатурных машин. Перед торкретированием в стене могут быть размещены инженерные коммуникации. Панели с применением полистиролбетона, С кон- ца 1990-х годов в России выполняются комплексные рабо- ты по проектированию, изготовлению и испытанию опыт- ных конструкций наружных стеновых панелей, удовлетво- ряющих современным нормам по тепловой защите зда- ний. Одним из энергосберегающих и высокотехнологич- ных строительных материалов является полистиролбетон (ГОСТ 51263-99), применение которого в виде наружных стеновых панелей в зданиях позволяет отказаться от ис- пользования наружных стен с большим весом и толщиной. Испытания показывают, что при расчетных темпера- турах наружного и внутреннего воздуха -35’С и +2ГС, соответственно, стены из полистиролбетона плотностью 400—500 кг/м3 при толщине 400 мм удовлетворяют теп- лотехническим требованиям средней климатической зоны России. Рис. 24.8. Поперечный разрез панели (а) и трехслойная конст- рукция с торкретированными слоями бетона (б): 1 - плита жесткого пенополиуретана; 2 - арматурный каркас; 3 - торкретбетон; 4 - гибкие связи 24.3. Стены из асбестоцементных панелей Асбестоцементные стены выполняют из каркасных или экструзионных панелей. Стены могут быть навесны- ми или самонесущими, с горизонтальной или вертикаль- ной разрезкой. Асбестоцементные каркасные панели запроекти- рованы для стен с вертикальной разрезкой, их длина рав- на 1,8; 2,4 и 3 м, ширина; рядовых панелей 1,5 м, добор- ных (угловых и для вставок) - 0,5 и 0,43 м. Каркасные панели применяются двух разновидно- стей - с деревянным и асбестоцементным каркасом. Панель с деревянным каркасом {рис. 24.9 а, б) име- ет две обшивки из плоских асбестоцементных листов, в полости между которыми размещен утеплитель из жест- ких минераловатных плит, закрепленных деревянными прижимными рейками. Каркас состоит из брусков толщи- ной 64 мм. Между утеплителем и внутренним асбестоце- ментным листом укладывается пароизоляция из полиэти- леновой пленки. Асбестоцементные листы крепятся к кар- касу оцинкованными шурупами. Для крепления панелей к стальным ригелям в деревянном каркасе закрепляются стальные уголки с приваренными гайками. Панель с асбестоцементным каркасом (рис. 24.9 в, г) состоит из асбоцементных швеллеров - гнутых или из- готовленных экструзионным способом, из двух обшивок асбестоцементными листами и минераловатного утепли- теля. В рядовых панелях каркас состоит из трех швелле- ров, а в доборных - из двух. Крепление обшивок к карка- су производится на основе эпоксидного клея. В швелле- рах устанавливаются на цементно-казеиновом клее дере- вянные бобышки. Торцы панелей закрываются досками толщиной 40 мм. Стеновые панели с обоими видами каркаса запроекти- рованы вентилируемыми, в связи с чем в поперечных дере- вянных элементах предусмотрены вентиляционные проре- Рис. 24.9. Устройство швов между асбестоцементными каркас- ными панелями стен: а - горизонтальный шов - вариант с нательником: б - то же, без нащельника; в - вертикальный шов - вариант с нательником; г - то же, без нательника; 1 - стеновая панель; 2 - стальной ригель; 3 - стальной опорный столик под панель; 4 - мастика; 5 - слив из оцинкованной стали; 6- нащельник; 7 ~ прокладка; 8 - утеплитель
528 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ зи. В обшивках применяются листы из прессованного асбе- стоцемента толщиной 8 мм. Для деревянных элементов па- нелей применяются материалы хвойных пород, которые должны быть антисептированы и аюмпирированы. Асбестоцементные каркасные панели предназначены для отапливаемых промышленных зданий с относитель- ной влажностью внутреннего воздуха до 70%. Стены из экструзионных асбестоцементных пане- лей горизонтальной разрезки предназначены для каркас- ных промзданий с нормальным температурно-влажност- ным режимом, с неагрессивной или слабоагрессивной га- зовой средой. Конструкции стен относятся к категории не- сгораемых конструкций с пределом огнестойкости 0,25 ч. Эти стены решаются навесными при шаге колонн здания 6 м. Нижний ряд панелей устанавливается на цо- коль, выполняемый из легкобетонных панелей. На глухих участках стен и над проемами для установки панелей пре- дусматривают на колоннах и стойках фахверка опорные столики (рис. 24.10). Для улучшения внешнего вида и повышения долго- вечности стены из экструзионных панелей могут снаружи окрашиваться стойкими декоративными красочными со- ставами В номенклатуру входят рядовые панели (ширина 600 мм), панели-вставки в температурном шве, панели над проемом и цоколем, доборные в углу здания (рис. 24.11) и над проемом ворот. В качестве утеплителя панелей применяются полу- жесткие минераловатные плиты с плотностью 125 кг/м3. Крепление панелей к колоннам и стойкам осущест- вляется с помощью специальных соединительных изде- 6000 L 6000 Рис. 24.10. Крепление стеновых экструзионных панелей к колон- не или стойке фахверка: 1 - соединительное изделие рядовое; 2 - то же, в местах уста- новки опорных столиков; 3 - опорный столик иэ уголка; 4 - фик- сирующая прокладка из гнутого швеллера; 5 - колонна или стойка лий, которые показаны на рис. 24.11. Горизонтальные стыки между панелями выполняют с уплотнением порис- тыми прокладками и герметизацией с двух сторон масти- кой. Вертикальные стыки заполняют теплоизоляционны- ми вкладышами из минеральной ваты и закрывают сна- ружи нащельниками. 24.4. Стены из металлических панелей Конструкции стен из трехслойных металлических па- нелей применяются при строительстве объектов самого разного назначения - промышленных, административ- ных, спортивных, торговых и др. Они широко применяют- ся при строительстве объектов автосервиса, моек, авто- заправочных станций, складов; идеально подходят для возведения холодильных систем различного объема, где особенно важны такие качества панелей как отличная теп- лоизоляция и высокая устойчивость к поглощению влаги. Несущей конструкцией здания, на которую монтиру- ются легкие трехслойные панели, могут быть деревянные, металлические или железобетонные каркасы, а также внутренние поперечные стены и перекрытия. Применение стен из металлических панелей обеспе- чивает: • высокую технологичность изготовления; • простоту и сжатые сроки монтажа; • малый вес конструкций; • возможность демонтажа с сохранением панеля- ми своих свойств; • низкие эксплуатационные затраты; • гигиеничность поверхности и простоту поддер- жания чистоты; • богатый выбор отделки и цветовой гаммы; • вариантность архитектурно-композиционного решения фасадов зданий (рис. 24.12). Форма и размеры панелей обуславливаются главным образом способом разрезки (членения) стены на панели (рис. 24.13). Наиболее распространенным способом раз- резки является разрезка по вертикали. Такой вариант применяется для зданий малой этажности и позволяет использовать панели цельными на всю высоту здания без их стыкования. Рис. 24.11. Размещение доборных экструзионных панелей в углу стены и сопряжение стен с колоннами: 1 - рядовые панели; 2 - стойка торцевого фахверка; 3 - добор- ные панели; 4 - прокладка; 5 - вкладыш из теплоизоляционного материала; 6 - колонна; 7 - герметик
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 529 Рис. 24.12. Варианты решений наружных стен зданий из трехслойных металлических панелей
530 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Если высота здания относительно велика, наряду с разрезкой стены по вертикали применяют разрезку и по горизонтали, располагая горизонтальные линии разрезки в уровне междуэтажных перекрытий (рис. 24.13 б). В зда- ниях с ленточным остеклением преимущественное приме- нение находит горизонтальная разрезка (рис. 24.13 в). В угловой части здания разрезку производят либо не- посредственно по угловому ребру, либо отступя от него на некоторое расстояние. Второй способ предпочтительнее, так как обеспечивает неразрезность стены в углу и, следо- вательно, более надежную герметизацию в этом месте, но вызывает потребность в специальных угловых панелях. Металлические панели представляют собой трех- слойную конструкцию, состоящую из утеплителя, распо- ложенного посередине, и двух облицовочных листов. По виду среднего слоя (утеплителя) все стеновые панели разделяют на две группы: панели с закладным утеплите- лем (рис. 24.14); панели с приформованным (припенен- ным) утеплителем к обшивкам (рис. 24.15). 8 панелях первой группы в качестве утеплителя применяются пли- ты из минеральной ваты, а в панелях второй группы - жесткий пенополистирол или пенополиуретан, получае- мые путем вспенивания заливочной композиции непо- средственно в полости между обшивками. Для теплоизоляции панелей применяют самозатуха- ющийся пенополистирол плотностью 15...25 кг/м3 с ис- пользованием антипиренов, что делает пенополистирол трудносгораемым материалом. Полиуретановая пена - это нераспространяющий огонь материал с плотностью 40...45 кг/м3, изготовленный по технологии выпрыска смеси химических веществ между обшивками панелей. Теплотехнические характеристики пенополистирола и пенополиуретана превышают характеристики мине- ральной ваты. Этим объясняется меньшая толщина пане- лей с указанными утеплителями и, соответственно, их меньший вес по сравнению с панелями, в которых при- меняется минераловатный утеплитель. Применение минеральной ваты оправдано для зданий с повышенными требованиями по пожарной безопасности. В настоящее время применяются жесткие плиты из мине- ральной тонковолокнистой ваты на основе базальтового во- локна плотностью не менее 100 кг/м3. При менее плотном утеплителе панели получаются недостаточно жесткими. Не- редко утеплитель располагают таким образом, чтобы его волокна были перпендикулярны листам обшивки (попереч- ноориентированные волокна), для чего минеральная плита режется на полосы (ламели), которые приклеиваются к об- шивкам. Используется высококачественный клей на поли- уретановой основе. Этим обеспечиваются достаточно высо- кие прочностные характеристики панелей. В качестве металлических обшивок стеновых пане- лей применяют стальные листы толщиной 0,7...1,0 мм с антикоррозионным покрытием (оцинкованные) и допол- нительными полимерными покрытиями (пурал, пласти- золь и др.). Листы могут быть: гладкими (ровными): с накаткой в виде узких полос, вдавленных внутрь панели; волнистыми; профилированными (см. рис. 24.14 и 24.15). Гладкие листы наружной обшивки могут иметь декоративное покрытие, наносимое с применением кле- евого связующего с металлом на основе эпоксидного компаунда; используется фракция декоративной камен- ной крошки 1...3 мм. в Рис. 24.13. Основные способы разрезки стен на панели: а - ло вертикали; б, в - по вертикали и горизонтали Рис. 24.14. Трехслойные панели толщиной 60-200 мм с заклад- ным утеплителем из минераловатных плит и приклеенными об- шивками различного профиля
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 531 Современное технологическое оборудование позво- ляет изготавливать трехслойные панели любой длины (высоты). Однако по условиям обеспечения необходимой жесткости при транспортировании и монтаже длину па- нелей ограничивают величиной 12... 14 м. Ширина стеновых панелей, как показывает мировой опыт, принимается не более 1,2 м. Такой предел объясня- ется главным образом ограниченной шириной стандарт- ных металлических листов, из которых изготавливают об- шивки, а также условиями поточного производства и воз- можностью монтажа стен без применения тяжелого кра- нового оборудования. Толщина панелей принимается от 50 до 300 мм. Рас- чет толщины производится в зависимости от вида утеп- лителя, требуемого сопротивления теплопередаче, вет- ровых нагрузок и величины пролета (расстояния между элементами несущего каркаса). Для повышения жесткостных характеристик выпуска- ются каркасные стеновые изделия (рис. 24.16}. Панели с несгораемым утеплителем из стеклянного штапельного волокна представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из металлического каркаса, облицованного с двух сторон металлическими профилированными листа- ми с высотой гофров 10...22 мм. Облицовка выполняется из стали толщиной 0,5...0,7 мм и крепится к каркасу из стального гнутого профиля через термоизолирующие прокладки при помощи специальных заклепок и самона- резающих винтов (саморезов). Панели изготавливаются с монтажной шириной 1,1м, длиной от 1,5 до 6 м, толщи- ной 50...150 мм по утеплителю. В зависимости от назначения здания облицовка трех- слойных панелей может быть выполнена из алюминия, нержавеющей стали, а также из фанеры, гипсокартонных листов (ГКЛ), цементно-стружечных плит (ЦСП), древес- но-стружечных плит (ДСП), асбестоцементных листов и т.п. Например, если при строительстве офисного здания предполагается дальнейшая отделка стен обоями, разум- но использовать трехслойные панели, облицованные сна- ружи сталью, а с внутренней стороны - гипсокартоном. Выпускаются панели с противопожарной защитой, в которых между утеплителем и стальным листом вводится слой из гипсокартонной плиты, а также панели с огнеза- щитными покрытиями, которые под воздействием тепла вспениваются, образуя теплоизолирующий слой в не- сколько сантиметров. Способы соединения панелей. Соединения трех- слойных стеновых панелей выполняются с соблюдением тех же требований, которые предъявляются к соединени- ям любых других панелей: простота монтажа, прочность, непродуваемость, влагонепроницаемость, непромерзае- мость, сохранение герметичности при температурных из- менениях, эстетичный вид. Наибольшее значение пред- ставляют способы соединения, применяемые при верти- кальной разрезке стен, поскольку такая разрезка являет- ся самой распространенной. Опыт показывает, что вертикальные стыки панелей выполняют чаще всего в шпунт. При таком соединении на одной боковой грани панели создается паз, на дру- гой - гребень (выступ). Смежные панели соединяют пу- тем введения гребня одной панели в паз другой. На рис. 24.17 представлены несколько вариантов соединений в шпунт, применяемые в России и других странах. Герме- тичность такого рода стыков обеспечивается применени- ем различных эластичных прокладок - из пенопласта, пе- нополиэтилена, пенополиуретана и других материалов. Варианты способа соединения панелей впритык по- казаны на рис. 24.18. Для данного способа характерно применение специальных стыковочных элементов, уплот- нителей, нащельников, стяжных болтов. В случае применения панелей с обрамлением, напри- мер, из полос бакелизированной фанеры, может быть принят стык фланцевого типа (рис. 24.19). Такие стыки панелей широко и успешно применялись в северных рай- онах страны при строительстве зданий технического на- значения. Рис. 24.16. Металлическая стеновая каркасная панель: 1 - панель 2 - поперечные ребра каркаса; 3 - продольные ребра каркаса; 4 - теплоизоляционная прокладка; 5 - утеплитель; 6 - полиэтиленовая пленка; 7 - самонарезающий винт Рис. 24.15. Трехслойные металлические панели с заливочным утеплителем: 1 - металлическая облицовка; 2 - пенополиуретан; 3 - заклад- ной элемент из полистирола длиной 200 мм, шаг 600 мм
532 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 24.17. Способы соединения панелей в шпунт: а - «ОНДАТЕРМ» (Франция); б - «ЛЮКСАЛОН» (Голландия); в - «СОМАТЕРМ» (Италия); г - «ТИССЕН-ТЕРМОВ АНД» (Германия); д, е - «ЦНИИПСК» (Россия); ж - »ЦНИИСК»(Россия); 1 - обшив- ка; 2 - утеплитель; 3 - элемент обрамления из пластмассового профиля; 4 - эластичная прокладка: 5 - обрамление из ПВХ-по- лосы; 6 - профиль из ПВХ; 7 - зажим; 8 - горизонтальный эле- мент стенового каркаса; 9 - самонарезающий винт; 10 - утепли- тель из минваты или пенополиуретана; 11 - мастика; 12 - болт Горизонтальные стыки панелей показаны на рис. 24.20. Их характерной особенностью является примене- ние нащельников из тонколистового металла, закрываю- щих доступ к среднему слою (утеплителю) в торцах пане- лей, полиэтиленовой пленки, защищающей материал утеплителя от увлажнения. Плотное прижатие нащельни- ков к торцам обеспечивается благодаря упругости уплот- няющих прокладок. Наружные нащельники одновремен- но служат для отвода дождевой воды. Узлы сопряжений стеновых панелей с утеплителем из минваты между собой, а также примыкания к другим кон- структивным элементам зданий, представлены на рис. 24.21. Рис. 24.18. Соединения панелей впритык: а - «ЦНИИПСК» (Россия); б - «ЦНИИСК» (Россия); в - «ЭРНСТ» (Германия); г - «МАТ» (Венгрия); 1 - обшивка; 2 - утеплитель; 3 - стыковой элемент; 4 - пористая резина на мастике; 5 - уплотни- тель; 6 - нащельник толщиной 2-3 мм; 7 - нащельник толщиной 0,7 мм; 8 - стяжной болт; 9 - элемент каркаса; 10 - обрамление из стеклопластикового профиля
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 533 35 Рис. 24.19. Вертикальный стык панелей фланцевого типа: 1 - металлическая обшивка; 2 - заливочный утеплитель; 3 - об- рамление из бакелизированной фанеры; 4 - заклепка; 5 - на- щельник; 6 - оцинкованный болт; 7 - металлическая прокладка; 8 - уплотнитель Рис. 24.20. Горизонтальные стыки панелей; 1 - металлические обшивки; 2 - утеплитель; 3 - полиэтиленовая пленка; 4 - уплотнительная прокладка; 5 - нащельник (слив); 6 - уплотняющая мастика; 7 - ригель фахверка; 8 - болт; 9 - кре- пежный уголок Рис. 24.21. Узлы наружного ограждения с применением навесных трехслойных металлических панелей с утеплителем из минеральной ваты: А - горизонтальный стык панелей; Б - примыкание к стене из других материалов; В - примыкание к кровельной ппиге со свесом; Г - то же, без свеса; Д - то же, с образованием парапета; Е - примыкание к цоколю; Ж - вертикальный стык панелей (горизонтальный монтаж); 3 - угловое сопряжение (горизонтальный монтаж); И - примыкание к кровельной плите; К - примыкание к стене; Л - примыкание к окну; М - примыкание к кровле сверху; Н - примыкание к кровельной плите снизу; 1 - панель стеновая; 2 - нащельник; 3 - самосверлящий шуруп; 4 - минвата; 5 - уплотнительная лента; 6 - герметик силиконовый; 7 - прогон; 8 - труба 100 х 50 мм: 9 - стена; 10 - мэска панели; 11 - плита кровельная; 12 - листоцинкованный; 13 - упорный уголок; 14 - цоколь; 15 - колонна; 16 - вытяжная заклепка; 17 - окно
534 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 24.5. Металлические стены поэлементной сборки Конструкции поэлементной сборки применяются преимущественно для стен отапливаемых одноэтажных зданий с неагрессивной средой и относительной влажно- стью воздуха внутри помещений не выше 60%. Стена (рис. 24.22} представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из наружной и внутренней об- шивок стальными листами, среднего теплоизоляционно- го слоя из минераловатных плит, противоветрового барь- ера и слоя пароизоляции. Для обшивок принимаются профилированные оцин- кованные стальные листы (рис. 24.23), которые должны иметь с фасадной стороны заводское антикоррозионное и декоративное покрытие. Теплоизоляция стены принимается из двух слоев ми- нераловатных плит по расчету. В качестве пароизоляции между слоем утеплителя и внутренним профилирован- ным листом размещается полиэтиленовая пленка толщи- ной 0,1 мм. Для предохранения плит от выветривания с Рис. 24.22. Конструкция стены поэлементной сборки (фрагмент плана): 1 - ригель; 2 - болт; 3 - опорная консоль; 4 - полиэтиленовая пленка; 5 - лист обшивки; 6 - минераловатная плита; 7 - проти- еоветровая пленка; 8 - самонарезающий винт; 9 - комбиниро- ванная заклепка, шаг 400 мм наружной стороны они защищаются специальной плен- кой, пропускающей изнутри водяные пары, но не пропус- кающей воду внутрь. Такая стена является навесной конструкцией - все нагрузки от нее воспринимают ригели и передают их на колонны. Ригели крепят к опорным консолям, которые приваривают к колоннам и стойкам. Рис. 24.24. Детали крепления профилированных листов наруж- ной обшивки стен: 1 - рама панели; 2 - обшивка; 3 - утеплитель; 4 - профилирован- ный лист; 5 - самонарезающий болт; 6 - уголок; 7 - утеплитель из минеральной ваты Рис. 24.23. Профилированные стальные листы для наружной обшивки стен
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 535 Наряду со стенами, которые монтируются из отдель- ных листов и плит утеплителя, применяются конструкции послойной сборки с различной степенью предмонтаж- ного укрупнения элементов стен. Одна из таких конструкций {рис. 24.24) собирается из горизонтальных панелей, включающих стальные листы внутренней обшивки и утеплитель, наружной обшивки, монтируемой отдельными листами и прикрепляемой к установленным панелям. Применяются панели двух типоразмеров - 6 х 2,4 м и 6x3м, позволяющих компоновать стены зданий с уни- фицированными высотами. Панели устанавливают на опорные консоли, которые приваривают к колоннам до монтажа. Конструкции пане- лей допускают установку оконных переплетов, которые крепят к горизонтальным обвязкам рам панелей. Высота оконных проемов может быть в пределах 1,2...7,2 м. В последние годы применяются стены поэлемент- ной сборки с кассетными профилями. Кассетный про- филь (рис. 24.25) представляет собой объемный тонко- листовой элемент, изготовленный холодным формовани- Рис. 24.25. Стальные кассетные профили: а - начальный; б - рядовой Рис. 24.26. Стены поэлементной сборки с кассетными профилями: а, б, г - полость кассеты заполнена мягким утеплителем, ветрозащита из жесткого утеплителя; в - то же, с ветрозащитой из пленки; 1 - колонна; 2 - кассетный профиль начальный; 3-6 - самосверлящие шурупы различных размеров и типов; 7 - мягкая минвата; 8 - фасадная облицовка; 9 - уплотнитель межкассетный; 10-алюминиевая клейкая лента; 11 - уплотнитель профильный; 12-термораз- деляющая полоса; 13 - ветрозащитная пленка: 14 - жесткая минвата; 15-слив; 16-утеплитель цоколя; 17-цоколь; 18-уплотнитель цоколя; 19 - шляпный профиль; 20 - фасадная панель; 21 - кассетный профиль
536 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 24.2. Сравнительные характеристики стен поэлементной сборки и стен из трехслойных сборных панелей Характеристики Стены поэлементной сборки Стены из сборных (клееных) панелей Области применения Монолитность конструкции (сопротивление расслоению) Утеплитель Металл Клей Конструктивные особенности Ремонтно- пригодность Внешняя отделка Возможно применение на объектах с повышенными требованиями по герметичности стен Перфорированные кассетные профили имеют повышенное шумопоглощение для гашения акустических эффектов в спортивных и других общественных зданиях Зависит от: • качества крепежа; • качества монтажа Использование стекловаты допустимо без потери качества Использование минваты плотностью от 30 кг/м3 допустимо без потери качества Использование пенополистирола (ППС) и пенополиуретана (ППУ) допускается с противопожарными разрывами Возможность ремонта {с заменой утеплителя) Качество грунтовки внутренней стороны металлического листа не определяет качество конструкции Отсутствует Вентилируемый зазор между облицовкой и утеплителем предотвращает накопление влаги в утеплителе Возможна замена отдельных элементов Более разнообразная (профлисты, узкие панели, фасадные кассеты) В подобных условиях не применяются Такая возможность отсутствует Зависит от: • качества составляющих (утеплителя, металла и клея); • технологии изготовления; • качества крепежа; • качества монтажа Использование стекловаты приводит к расслоению панели Необходимо использование минваты плотностью не менее 100 кг/мэ, что снижает теплозащитные качества Использование ППС и ППУ во многих случаях не допускается по противопожарным требованиям Не ремонтнопригодны Качество грунтовки металла значительно влияет на адгезию клея и предотвращение отрыва слоя клея с грунтовкой от металла Неправильный выбор клея или нарушение технологии нанесения приводят к разрушению панели Влагоудаление отсутствует. Проникающая через торцы и негерметичные стыки вода при заморажи- вании-размораживании разрушает панель Только полная замена панели Менее разнообразная ем из покрытого полимером оцинкованного стального листа. Он является основой стены поэлементной сборки: в кассетный профиль вставляется утеплитель (например, минеральная вата), далее крепится ветрозащитный слой, а затем - наружная поверхность стены (облицовка). В ка- честве облицовки обычно используют профлисты с поли- мерным покрытием или фасадные панели (рис. 24.26}. Расчет комбинированной панели (кассетный профиль + утеплитель) выполняется в предположении работы про- филя как однопролетной балки, шарнирно опирающейся на элементы каркаса и воспринимающей равномерно распределенную нагрузку. Горизонтальная нагрузка - вет- ровая; вертикальная - собственный вес конструкции и вес вышележащих элементов оконных заполнений. Глубина кассетного профиля выбирается на основе теплотехнического расчета для конкретного типа здания и района строительства. Для предотвращения попадания пара и влаги внутрь кассеты, что может привести не только к ухудшению изо- ляционных свойств утеплителя, но и к его разрушению, рекомендуются материалы, апробированные на строи- тельных объектах России. В горизонтальный стык между кассетами и в стык между колонной и кассетами уклады- ваются по два уплотнителя из пенополиэтилена {ППЭ), В вертикальном стыке, образованном двумя кассетными профилями, по всей длине стыка приклеивается уплотни- тельная алюминиевая клейкая лента. Между цоколем и на- чальным кассетным профилем используется уплотнитель цоколя для предотвращения образования мостика холода. В целях выявления некоторых преимуществ стен по- элементной сборки перед стенами из сборных панелей в табл. 24.2 даны их сравнительные характеристики. Фрагменты наружных стен поэлементной сборки с различным профилем облицовочных листов (панелей) показаны на рис. 24.27. 24.6. Стены из легких термопанелей Одним из достижений строительной индустрии пос- ледних лет стало создание комплексной системы стро- ительных конструкций «Радослав», обеспечивающей быстрое возведение малоэтажных гражданских и про- мышленных зданий. Конструктивные свойства панелей позволяют применять их для несущих стен, перекрытий и покрытий. В каркасных зданиях они могут с успехом при- меняться как навесные стеновые панели. Основным элементом системы является термоизоли- рующая панель, представляющая собой однослойную конструкцию из вспененного полистирола (пенополисти-
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 537 рола) плотностью 20...30 кг/м3, монолитно связанного с металлическим каркасом, обрамляющим панель по кон- туру и по внутренней и наружной плоскостям (рис. 24.28). Каркас панели выполняется из гнутых стальных про- филей, изготовленных из тонколистовой стали толщиной 0,7 мм. Профили углублены в тело панели на 19 мм, что исключает образование температурных мостиков. Панели выпускаются толщиной 150; 140 и 89 мм. Ширина панелей кратна 305 мм и составляет 305; 610; 915 и 1220 мм. Длина панелей может варьироваться в широких пределах до 12 м. Угловая панель выпускается плоской с центральным внутренним вертикальным штрабом в виде треугольника для ее последующего сгиба при монтаже (рис. 24.28 г). По согласованию номенклатура панелей дополняет- ся другими типоразмерами: • дверной ригельной панелью; • оконной ригельной панелью; • подоконной вставкой; • панелями трапециевидной или треугольной форм для фронтонов и др. Структурные характеристики панелей можно легко изменять, добавляя или исключая элементы стального каркаса. Панели могут иметь: • вырезы, пазы, отверстия и другие конструктив- ные особенности; • элементы скрытой электропроводки; • закладные детали, предназначенные для выпол- нения монтажа приборов отопления, сантехники и др. При необходимости из глухой панели можно легко выпилить различные по форме фрагменты. Так как пенополистирол является горючим материалом, то с учетом противопожарных требований панели следует облицовывать с обеих сторон негорючим или слабогорючим материалом (кирпичом, цементно-стружечными плитами, гипсокартонными листами, «мокрой» штукатуркой и др.). Предел огнестойкости стены из панелей системы «Радос- лав» толщиной 140 мм с защитой со стороны возможного воздействия огня тремя слоями гипсоволокнистых листов толщиной по 12 мм каждый составляет не менее 0,75 часа по признаку целостности (Е) и теплоизолирующей спо- собности (I). Такая конструкция стены относится к клас- су пожарной опасности КО (непожароопасная). Практически любой отделочный (облицовочный) ма- териал легко и быстро крепится на ровную поверхность стен из полистирола. Серийные термоизолирующие панели типа «Радос- лав», например, размером 1220 х 3000 х 89 мм и массой около 22 кг, легко устанавливаются вручную. Смежные панели соединяются между собой в чет- верть посредством специального выступа, образуемого элементом каркаса на кромках панелей. Этот выступ плотно соприкасается с элементом каркаса смежной па- нели и скрепляется с ней самонарезающими винтами (рис. 24.28 в). Заранее подобранные по размеру винты позволяют быстро соединять монтажные элементы и обеспечивать плотное соединение. В случае непредви- денного появления зазора в стыке он заполняется вспе- нивающимся полиуретаном (монтажной пеной). Панели возможно крепить к каркасу как вертикально, так и горизонтально, что повышает формообразующие возможности конструирования стен. Стеновые трехслойные панели из полиуретана с облицовочными слоями из ЦСП. Для малоэтажн х зда- ний различного назначения применяются навесные сте- новые панели (глухие и с проемами) с каркасом по пери- метру из гнутосварных труб квадратного сечения, утепли- телем из жестких пенополиуретанов (ППУ) плотностью не более 80 кг/м3 и обшивками из цементно-стружечных плит (ЦСП) (рис. 24.29). Устройство угловой панели то же, Рис. 24.27. Наружный вид стен поэлементной сборки
538 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 24.28. Стеновые термоизолирующие панели из пенополи- стирола системы «Радослав»: а - глухая; б - с оконным проемом; в - стык рядовых панелей; г - монтажное положение угловой панели; д - крепление верти- кальных стеновых панелей в углу; е - крепление панели и плиты покрытия; ж - опирание панели на фундамент; з - опирание панели на перекрытие; 1 - рядовая панель; 2 - угловая панель; 3 - накладка листовая; 4 - наружный профиль; 5 - самонарез- ной винт; 6 - накладка из гнутого уголка; 7 - стойка каркаса; 8 - герметик силиконовый; 9 - заполнение монтажной пеной; 10 - ригель; 11 - прогон; 12 - кровельная плита; 13 - вставка из по- листирола; 14 - фундамент; 15 - плита перекрытия; 16 - утеп- литель; 17 - отлив; 18 - уголок прокатный 19 - дюбель; 20 - желоб что и рядовой, с добавлением обшивки из ЦСП на верти- кальном торце панели. Общая толщина панелей (без отделки) составляет 120 мм, длина соответствует высоте этажа, а ширина - Зм и любой модульный (кратный 0,3 м) доборный размер. Металлический каркас предусматривает установку и соединение панелей между собой стальными фиксирую- щими штифтами и болтов в двух местах по ширине и вы- соте панелей (рис. 24.29 б, в). Проектный зазор между панелями 10 мм заделыва- ется различными уплотняющими материалами, в том чис- ле монтажной пеной. Наружная и внутренняя отделка навесных панелей производятся по желанию любыми материалами, приме- няемыми в строительстве. Каркасные изделия из пенополиуретана с облицовка- ми из ЦСП в малоэтажных зданиях могут применяться и как система несущих стеновых панелей, и плит перекрытий. 24.7. Стены из мелкоразмерных изделий В зданиях из монолитного бетона и крупнопанельных с внутренними несущими стенами иногда наружные сте- ны выполняются с применением мелкоразмерных изде- лий (легкобетонных блоков, облицовочного кирпича и др.) с эффективными утеплителями. На рис. 24.30 показана одна из таких конструкций самонесущей на высоту этажа продольной стены в зда- нии с поперечными несущими стенами. Применяемая в этом варианте отделка лицевым кирпичом создает отно- сительно большие нагрузки на несущие конструкции зда- ния, в частности, на плиты перекрытия, которые необхо- димо выносить до фасадной плоскости для опирания об- лицовочной кладки. Теплозащита стены в уровне плит перекрытия решается с помощью вставных блоков из пе- нополистирола в проемы плит, которые располагаются в Рис. 24.29. Сечение рядовой трехслойной панели из пенополиу- ретана с обшивками из ЦСП (а) и соединение панелей между собой (б, в): 1 - стальной каркас; 2 - арматурная сетка с ячейкой 150 х 150 мм; 3 - утеплитель - пенополиуретан; 4 - цементно-стружечная плита толщиной 10 мм; 5 - стяжной болт; 6 - монтажная пена; 7 - сталь- ной фиксирующий штифт
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 539 одной плоскости с основным утеплителем из пенополи- стирола. В многоэтажных зданиях, в соответствии с про- тивопожарными нормами, по периметру оконных блоков устраиваются противопожарные рассечки из несгораемо- го утеплителя (например, стекловаты). Торцы плит пере- крытий, выходящие на наружную плоскость стены, отде- лываются декоративной штукатуркой. Они контрастируют с ненесущим наружным ограждением, выявляя уровни перекрытий и соответствующую тектонику здания. Конструкции самонесущих на этаж стен ручной клад- ки для многоэтажных зданий могут быть такими же, как и конструкции несущих стен малоэтажных зданий (см. п. 11.3} с наружной защитно-декоративной штукатуркой, облицовкой или отделкой, в том числе вентилируемые. При этом необходимо соблюдение следующих требова- ний: простота, прочность и легкость кладки; отсутствие мостиков холода; применение несгораемых материалов, в том числе утеплителей (или рассечек из несгораемых утеплителей). Рис. 24.30 Конструкция стены из мелких ячеистобетонных бло- ков С облицовкой кирпичом: 1 - цокольная панель; 2 - плита перекрытия; 3 - перемычка; 4 - пенополистирольный утеплитель; 5 - пенополиуретан; 6 - проти- вопожарная рассечка из стекловолокна; 7 - гибкая связь из про- волоки; 8 - гидроизоляционный сливной фартук из рулонного ма- териала; 9 - открытый вертикальный шов (шаг 510 мм по горизон- тали); 10 - декоративная штукатурка; 11 - стальной уголок; 12 - цементно-песчаный раствор; 13 - стальной стержень; 14 - сталь- ная Г-образная пластина Глава 25 ПЕРЕГОРОДКИ 25.1. Общие сведения Перегородки разделяют внутренний объем здания на отдельные помещения, различные по функциональному на- значению. Они являются ненесущими элементами, поэтому опираются на перекрытия, а не на фундаменты как стены. Перегородки являются одним из основных средств ар- хитектурно-пространственного решения интерьеров поме- щений. Современные конструкции перегородок позволяют не только разделять общее пространство на отдельные по- мещения, но и, при необходимости, обеспечивать визуаль- ную связь между ними (с помощью остекления), а кроме того быстро и легко менять планировку, используя сборно- разборные конструкции. Трансформируемые (складные, раздвижные) перегородки позволяют использовать одно и то же пространство для различных функций. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕГОРОДОК По назначению перегородки разделяют на: • межкомнатные; • межквартирные; • ограждающие санузлы и кухни; • офисные. В производственных зданиях применяют перегородки: • разгораживающие, устанавливаемые на всю высо- ту помещений с разными технологическими процессами; • выгораживающие (консольные), которые уста- навливают на неполную высоту помещений, ограничивая возможность свободного перемещения из одной зоны в другую. В зависимости от размера, типа и вида изделий: • панельные (полносборные); • плитные (из плит, блоков); • из мелкоразмерных изделий (кирпича, стекло- блоков и др.). По виду материала: • кирпичные; • бетонные; • гипсовые; • деревянные; • стеклянные. По способу эксплуатации: • стационарные; • сборно-разборные; • трансформирующиеся. По конструкции; • однослойные (однородные); • многослойные (из нескольких видов материалов); • сплошные; • каркасные. Для зонирования (разделения пространства на зоны) жилых, общественных и производственных помещений применяются: • сквозные перегородки (решетки, полки); • частичные перегородки (по ширине, по высоте): • перегородки из мебели (шкафы, стеллажи); • ширмы - самый маневренный вид перегородок. Для возведения перегородок используют различные материалы:
540 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • бетоны (гипсобетон, газобетон, керамзитобетон, вермикулитобетон, перлитобетон. полистиролбетон); • кирпич (керамический, силикатный); • изделия из гипса (ГКЛ, ГВЛ); • древесину и деревопродукты (доски, бруски, фа- нера, ДСП, ДВП, арболит, фибролит и др.); • металлы (стальные и алюминиевые профили, арматурные стержни, полосы); • пластмассы (профили, листовой пластик, пено- пласты и др.); • стекло и светопрозрачные изделия (стекло окон- ное, узорчатое, закаленное, защитное, армированное, стеклоблоки, стеклопрофилит, стеклопакеты). Перегородки должны отвечать следующим требова- ниям: • обеспечивать надежную звукоизоляцию и, в не- которых случаях, теплоизоляцию; • быть прочными и устойчивыми, по возможности легкими, выдерживать требуемые нагрузки от навесного оборудования; • иметь небольшую толщину; • отвечать санитарно-гигиеническим требованиям (не накапливать пыль, поддаваться чистке, иметь гладкую поверхность); • предусматривать возможность размещения в толще конструкции электрической разводки, компьютер- ной и телефонной сетей); • быть пожаробезопасными; • возводиться индустриальными методами. При выборе конструктивного типа перегородок и ма- териалов для них следует учитывать ряд факторов: • требования по звукоизоляции; • пожарную безопасность; • влажностный режим помещений; • консольные нагрузки (навешивание оборудо- вания); • возможность осуществления перепланировок; • возможность прокладки коммуникаций в самой конструкции; • необходимость использования светопрозрачных материалов; • вид отделочных материалов. 25.2. Стационарные перегородки 25.2.1. Перегородки из мелкоразмерных элементов В качестве мелкоразмерных изделий для устройства перегородок, в основном, применяются: кирпич, бетон- ные и гипсовые плиты и блоки. Все большее применение для перегородок жилых и общественных зданий находят стеклоблоки, выпускаемые по современной технологии с высокими декоративными свойствами. Плиты и блоки для перегородок выполняются исхо- дя из эргонометрических требований, максимальный вес таких элементов не превышает 15...23 кг, а геомет- рические размеры позволяют удобно работать одному монтажнику. Они выполняются из гипса, гипсобетона, легких (чаще всего ячеистых) бетонов и других матери- алов. Толщина перегородок из этих элементов состав- ляет 80...200 мм. Перегородки из кирпича (рис. 25.1). Данный тип пе- регородок обладает хорошими противопожарными, звуко- изолирующими свойствами, высокой влагостойкостью, может иметь любую форму, в том числе криволинейную. Для уменьшения веса перегородки целесообразно применять эффективный пустотелый или пористый кир- пич, однако для помещений с повышенной влажностью (санузлов, ванных комнат, кухонь) подходит только полно- телый керамический кирпич. Кирпичные перегородки опирают на железобетонные плиты перекрытия. Конструктивно перегородки состоят из двух слоев кирпичной кладки в полкирпича или чет- верть кирпича и слоя звукоизоляционного материала, расположенного между ними. Кладку в 0,5 кирпича пере- городок высотой более 2,5 и длиной более 4 м армируют стержнями диаметром 6 мм каждые 4 ряда (рис. 25.1 а). Кроме того слои кладки перегородок связывают арматур- ными стержнями между собой. Такая трехслойная конструкция обеспечивает высо- кий уровень звукоизоляции (например, при толщине ми- нераловатных плит 50 мм и двух слоях кладки в полкир- пича индекс изоляции воздушного шума равен 50 дБ), но трудоемка в возведении. Перегородки такого типа целе- сообразно использовать в качестве межквартирных. Внутриквартирные перегородки чаще всего выполняют в полкирпича (120 мм). При подготовке под покраску или оклейку обоями кирпичные перегородки оштукатуривают или облицовы- вают гипсокартонными листами. Со стороны помещений с повышенной влажностью желательно облицовывать их на всю высоту керамической плиткой или другими влаго- устойчивыми материалами. Пазогребневые гипсовые плиты размерами 600 х 300 х 80 (рис. 25.2) изготавливаются из гипса и предназ- начаются для возведения самонесущих перегородок в помещениях с влажностью до 60% (для помещений с большей влажностью применяются гидрофобизирован- ные плиты). Гипсовые плиты устойчивы к гнили и насеко- мым, колебания температуры и влажности не вызывают в них деформаций. Перегородки из данных изделий имеют высокий пре- дел огнестойкости и достаточно высокий уровень звуко- изоляции. Если необходима повышенная звукоизоляция, применяют двухслойные перегородки (рис. 25.2 в). Такие перегородки могут состоять как из двух гипсовых плит, Рис. 25.1. Кирпичные перегородки: а - в 0,5 кирпича; б - в 0,25 кирпича: 1 - отделочный слой; 2 - ар- матура горизонтальная; 3 - то же , вертикальная и горизонталь- ная; 4 - отгибы арматуры для крепления к стенам и перекрытию
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 541 так и из одного слоя гипсовых плит и одного слоя гипсо- картонных листов, между которыми прокладываются зву- коизолирующие маты (рис. 25.2 г). Гипсовые плиты легко пилятся и обрабатываются (об- работка ударным воздействием не допускается}. Элект- ропроводка и трубные разводки утапливаются в бороз- дах, выполняемых электроинструментом. Для труб боль- шого диаметра и воздуховодов используются двухслой- ные перегородки. В связи с высоким качеством поверхности плит шту- катурить их не требуется. Поверхность перегородки пос- ле монтажа готова под покраску, оклейку обоями, поли- мерными покрытиями, облицовку плиткой. Для устройства перегородок используют монтажный гипсовый клей, который пригоден также в качестве шпак- левочного раствора или заполнителя швов. Перегородки из гипсовых плит могут соединяться с любыми строительными элементами (бетонными и кир- пичными стенами, стальными несущими конструкциями, деревянными балками и др.) Для того, чтобы несущие конструкции не передавали на перегородку нагрузку, ре- комендуется при соединении их с гипсовыми перегород- ками использовать эластичное или скользящее (подвиж- ное) соединение. В качестве эластичных элементов при- меняются пробковые полосовые прокладки. Для подвиж- ных соединений используются профили швеллерного или таврового сечения из стали, алюминия, пластмасс. Если при эксплуатации исключаются деформации конструк- ций, а требования к звукоизоляции второстепенны, до- пускается жесткое соединение с помощью гипса. Блоки из полистиролбетона (рис. 25.3) отличают низкая теплопроводность, хорошая звукоизоляция, гид- рофобность, прочность, малый вес, долговечность, а так- же возможность выполнения отделочных работ любыми облицовочными и окрасочными материалами. Влажность ограждений, возведенных из полистирол- бетонных перегородочных блоков, составляет не более 4%. В случае намокания конструкции при аварийных ситу- ациях она быстро высыхает без потери прочности. Поли- стиролбетонные блоки подходят и для возведения перего- родок влажных помещений (ванных комнат и санузлов). Из полистиролбетонных элементов можно возвести легкие, но в то же время высоконадежные перегородки для охранных помещений, так как в блоках имеются вер- тикальные пустоты и горизонтальные гнезда, в которых можно разместить арматурные стержни. При возведении перегородок из полистиролбетонных блоков элементы могут подгоняться по размеру с помо- щью обычной ручной пилы. Благодаря конструктивным особенностям (пустотам, которые, кроме монолитного бетона, могут быть заполнены различными видами вста- вок из бетона, пенопласта, полистиролбетона и др.) клад- ка блоков может осуществляться даже «насухо», что осо- бенно важно в зимних условиях. Рис. 25.2. Перегородки из пазогребневых гипсовых плит: а - общий вид монтажа; б - однослойная межкомнатная; в - двухслойная межквартирная; г - то же, с повышенной звукоизо- ляцией; д - разрез; 1 - плита; 2 - перекрытие; 3 - эластичная прокладка; 4 - герметик; 5 - гипсовый клей; 6 - скоба; 7 - плин- тус; 8 - гвоздь; 9 - уровень основания под покрытие пола Рис. 25.3. Перегородка из полистиролбетонных пустотных бло- ков: а, 6 - типы блоков; в - устройство перегородки; 1 - перегоро- дочный блок; 2 - пустоты блоков; 3 - вертикальная арматура; 4 - горизонтальная арматура
542 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Перегородки из стеклоблоков. Стеклянными бло- ками называют изделия в форме параллелепипедов, ци- линдров, призм и других тел, из которых возводятся све- топрозрачные ограждения, в частности, перегородки. Стеклоблоки можно использовать при возведении пе- регородок в помещениях с повышенной влажностью. Бани, бассейны, душевые, ванные комнаты и санузлы - самое подходящее для них место. Стеклоблоки целесообразны для перегородок там, где ощущается дефицит света и про- странства, например, в коридорах. Их можно монтировать не только в вертикальной, но и в наклонной плоскости. К специфическим особенностям стеклоблоков, опре- деляющим технико-экономическую целесообразность их применения, относятся: • способность рассеивать световой поток и созда- вать в помещении мягкое освещение; • высокую по сравнению с другими стеклоиздели- ями прочность при статических и ударных нагрузках; ♦ высокую огнестойкость; • высокую степень герметичности ограждений. Современный ассортимент стеклоблоков характери- зуется большим разнообразием. В зависимости от кон- структивных особенностей можно выделить два основных вида стеклоблоков: пустотелые и сплошные. Пустотелые стеклоблоки бывают сварными с герме- тичной вакуумированной камерой и прессовыдувными, имеющими невакуумированную камеру. Сплошные стеклоблоки выпускаются, в основном, в виде массивных плит или линз. Наиболее массовое производство и применение по- лучили сварные пустотелые блоки размерами от 145 х 145 до 295 х 295 мм, которые представляют собой изде- лия, получаемые прессованием двух одинаковых полу- блоков и свариванием их друг с другом с образованием герметичной вакуумированной камеры. Виды сварных блоков представлены на рис. 25.4 а. Основными формами лицевых стенок блоков являют- ся квадратная и прямоугольная, позволяющие осуществ- лять несложную раскладку их в ограждении. Простейшая кладка получается при использовании квадратных блоков одного размера. Прямоугольные стеклоблоки могут ис- пользоваться самостоятельно либо в сочетании с квад- ратными (рис. 25.5). Кроме квадратных и прямоугольных, сварные блоки выпускаются также шестиугольной и треугольной форм. Их использование требует доборных элементов треуголь- ной формы, что осложняет комплектацию блоков, поэто- му применение таких блоков ограничено. Толщина наиболее распространенных блоков состав- ляет 80... 100 мм. Толщина лицевых стенок блоков бывает 8...10 мм. Светорассеивающий эффект стеклоблоков создается рифлениями или узорами, образуемыми на внутренних поверхностях лицевых стенок при формовании полубло- ков (см. рис. 25.4). Эти рифления образуются системами геометрических фигур и имеют мелкорисунчатый, мелко- рельефный характер. Цветные стеклоблоки позволяют улучшить эстетику светопрозрачных ограждений, в том числе перегородок. Поскольку цветные стеклоблоки имеют сравнительно низ- кий коэффициент светопропускания, они применяются главным образом в качестве отдельных вставок в перего- родке или применяются там, где не предъявляются тре- бования к высокому светопролусканию. Сплошные стеклоблоки представляют собой получае- мые прессованием стеклянные массивные элементы квад- ратной (рис. 25.4 6), прямоугольной или круглой формы. Они не имеют замкнутых камер (пустот), поэтому не могут применяться в перегородках, к которым предъявляются повышенные требования по тепло- и звукоизоляции. Цен- ным качеством сплошных стеклоблоков является высокая прочность при статических и ударных нагрузках. Для скрепления блоков между собой используются любые наполнители для монтажа, которые не содержат крупных песчинок или других включений, царапающих поверхность. Это могут быть и цементные растворы, и «жидкие гвозди» и т.п. Швы между блоками оформляют цветными затирками, которые применяют для керамичес- кой плитки. Для особой прочности в швы между блоками уклады- вают металлические полосы или арматурные стержни диаметром 4...6 мм. I (0B0BSB j 00000 8r ВЭ0000 I 150 Рис. 25.4. Типы стеклоблоков: а - сварные пустотелые с различными видами рифлений; б - сплошные
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 543 Перегородки из стеклянных профилей предназна- чаются для производственных и административно-быто- вых зданий. Различают два основные вида профильного стекла по форме поперечного сечения: открытого профи- ля (швеллерного} (рис. 25.6 а, 6} и закрытого прямоуголь- ного сечения (коробчатого) (рис. 25.6 в, г). К разновид- ности швеллерного профильного стекла относятся эле- менты с ребром, ширина которых превышает 500 мм. Длина профилей составляет от 1 до 5 м. Швеллерное профильное стекло является достаточ- но унифицированным элементом, так как позволяет при необходимости устанавливать его в ограждении в один или в два ряда (рис. 25.6 д), обеспечивая соответствую- щие тепло- и звукоизоляцию. Коробчатое профильное стекло выпускается одно- шовным и двухшовным. В двухшовном коробчатом стек- ле сварные швы расположены на полках, что значительно улучшает внешний вид перегородки и увеличивает ее светопропускание. Профильные элементы устанавливают в перегородку поштучно после монтажа верхней и нижней обвязок, вы- полняемых из стальных профилей. Обвязки крепят к кон- струкциям перекрытия и к полу. Полотна дверей устанав- ливают без коробок и крепят к стальным элементам кар- каса. Швы между стеклянными профилями уплотняют прокладками из поливинилхлорида или резины. Для гер- метизации воздушной полости и защиты торцов стеклян- ных профилей применяют герметик. 25.2.2. Панельные перегородки Перегородки из гипсобетонных панелей. Гипсобе- тонные панели для перегородок (рис. 25.7 а) изготавли- вают прокатным способом из гипсобетона плотностью 1100... 1400 кг/м3 с армированием деревянным каркасом. Каркас панелей принимается из брусков одинаковой толщины, изготавливаемых из древесины хвойных пород. По периметру панелей и по контуру дверных проемов в них предусматривается обвязка из деревянных брусков, соединенных с брусками каркаса панели (рис. 25.7 б). В Рис. 25.5. Перегородка из стеклоблоков со стеклянной дверью (фрагмент) Рис. 25.6. Перегородки из профильного стекла: а-г - виды сечений элементов; д - схемы компоновки швеллерно- го профильного стекла в перегородках; е - конструкция перего- родки; 1 - профильное стекло коробчатого сечения; 2 - насадка; 3 - уголок; 4 - герметик; 5 - гнутый стальной профиль; 6 - про- филь из ПВХ
544 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ панелях имеются стальные монтажные петли, заделывае- мые на всю высоту панели. Номенклатура гипсобетонных панелей перегородок зависит от объемно-планировочных решений жилых и общественных зданий. Наиболее применяемые типы пе- регородочных панелей: прямоугольные глухие, прямоу- гольные с одним или двумя дверными проемами, с кон- солью, с проемом для фрамуги. Толщина панелей прини- мается 60; 80 и 100 мм Гипсобетонные панели устанавливают на растворе на плиты перекрытия, а к верхней плите перекрытия крепят специальными ершами (рис. 25.7 в). Швы по периметру па- нелей тщательно заделывают уплотнителями и растворами. Конструкция панельной перегородки с обшивками из цементно-стружечных плит (рис. 25.8) имеет каркас из брусков прямоугольного сечения и обшивки из ЦСП толщиной 10 мм, приклеенных к каркасу. Такое устрой- ство за счет соединения деталей на клею образует гер- метичную конструкцию, обладающую достаточной звуко- изоляцией. Во избежание сквозных щелей в перегород- ках к вертикальным ребрам приклеиваются дополнитель- ные бруски, образующие «четверть». Перегородки из це- ментно-стружечных плит относятся к трудносгораемым с пределом огнестойкости до 0,5 ч. Опыт устройства Сплошных и пустотных (рис. 25.9) перегородок из древесностружечных плит показывает, что их эксплуатационные качества определяются надеж- ностью стыков отдельных панелей, которые выполняются на шурупах или на клею, встык или в четверть. При этом воздушный промежуток может заполняться тепло- и зву- коизоляционным материалом. Панели из жестковспененного полистирола с двух- сторонним покрытием, армированным стекловолокном - 2 4 Рис. 25.7. Панельные гипсобетонные перегородки: а - виды панелей: б - узел деревянного каркаса панели; в - при- мыкания панелей перегородок к плитам перекрытия; 1 - панель; 2 - плита перекрытия; 3 - уровень чистого пола; 4 - цементный раствор; 5 - гипсовый раствор; 6 - ерш; 7 - гидроизоляционная прокладка; 8 - гвоздь; 9 - прокладка фанерная Рис. 25.8. Панель перегородки с обшивками из цементно-стру- жечных плит: 1 - каркас; 2 - обшивка; 3 - утеплитель (звукоизоляция); 4 - чет- верть
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 545 новый тип изделий, недавно появившийся на российском строительном рынке. Толщина панелей может быть самая разная (в зависимости от назначения). Стандартные раз- меры: 2500 х 600 х 30 (40; 50; 60; 80) мм. Данный матери- ал одновременно выполняет функцию тепло-, звуко- и гид- роизоляции и к тому же является конструкционным. Он относится к группе пожаробезопасности В1 (трудновос- пламеняем). Одна из областей применения полистироль- ных панелей - возведение перегородок преимущественно в помещениях повышенной влажности (в ванных комнатах, банных комплексах, бассейнах и т.п.). Монтаж панелей производится быстро и практически без строительного мусора. Кроме самих панелей применяются дополнитель- ные монтажные элементы - уголки, ленты и т.д., которые поставляются в комплекте с основными изделиями. В одноэтажных производственных зданиях перего- родки по расположению могут быть продольными и попе- речными; продольные разделительные перегородки кре- пят к основным колоннам здания и при необходимости к фахверковым колоннам, поперечные - только к фахвер- ковым колоннам с шагом 6 м (рис. 25.10). Бетонные панельные перегородки разработаны само- несущими; панели к стойкам фахверка крепят с помощью соединительных элементов. Фахверковые колонны состо- ят из двух швеллеров, соединенных накладками при высо- те сечения колонны до 0,4 м или решеткой из уголков при большей высоте. Верхнюю часть перегородок навешивают на ригели, которые крепят к насадкам фахверковых колонн и конструкциям покрытия. Крепление ригелей к стропиль- ным фермам должно исключать передачу горизонтальных ветровых усилий, действующих из плоскости ферм. Панели перегородок, выполняемые из тяжелого или легкого бетона, могут быть рядовыми и доборными (в местах примыкания к элементам каркаса, в местах рас- положения дверных проемов). Толщина панелей прини- мается 80 мм, а ширина кратна 0,3 м (1,2; 1,5; 1,8; 2,4 м ). Панельные перегородки из асбестоцементных листов {рис. 25.11). Панели перегородок являются эле- ментами полной заводской готовности и представляют собой каркас, сваренный из тонкостенных прямоугольных труб с сечением 50 х 25 х 2 и 60 х 30 х 2 мм, заполненный плоскими асбестоцементными листами толщиной 10 мм. Панели могут быть глухими и с дверными проемами. Рис. 25.9. Стыки сплошных и пустотных перегородок из древес- ностружечных плит: а - с нащельником; б - со шкантом; в-в четверть; г - в шпунт; д - в шпунт на гвоздях; е - на рейках со шкантом на клею При устройстве перегородок стойки фахверка из стальных холодногнутых швеллеров, устанавливаемые через 6 м. прикрепляют к полу самозаанкеривающимися болтами, а к несущим конструкциям покрытия - анкера- ми, исключающими возможность передачи вертикальных нагрузок на стойку от покрытия при деформациях послед- него. Предусматривается крепление стоек фахверка так- же к стропильным фермам из трубчатых профилей, рам- ным и пространственным решетчатым конструкциям. До низа несущих конструкций покрытия перегородки соби- рают из панелей длиной 6 м и высотой 2,4 и 1,2 м, выше (до настила покрытия) - из стальных профилированных листов по стальным ригелям. Панели и ригели к стойкам фахверка крепят на бол- тах и шпильках. Стальные оцинкованные профлисты кре- пят к ригелям самонарезающими винтами, а между собой скрепляют комбинированными заклепками. Предел огне- стойкости таких перегородок составляет 0,25 ч. Сетчатые стальные консольные перегородки. Щитовые перегородки высотой 1,8 и 2,8 м (рис. 25.12) предназначены для ограждения мест складирования ма- териалов, зон, опасных для прохода работающих, и дру- гих мест промышленных зданий. Рис. 25.10. Разгораживающая перегородка из бетонных панелей в одноэтажном промышленном здании: 1 - железобетонная колонна; 2 - фахверковая стойка; 3 - ветви фахверковой стойки; 4 - дюбели: 5 - соединительный элемент; 6 - фибролитовые плиты или асбестоцементные листы: 7 - эле- менты каркаса для крепления верхней части перегородки; 8 - бетонная панель перегородки
546 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Перегородки собирают из элементов заводского изго- товления, каркас которых выполняется из стальных гнутых и горячекатаных уголков. Щиты перегородок высотой 1,8 м заполняют на всю высоту стальной плетеной сеткой с квадратными ячейками. В щитах перегородок высотой 2,8 м нижнюю часть на высоту 0,9 м заполняют стальными про- филированными листами, а верхнюю - стальной сеткой. Обвязку щитов выполняют из прокатных уголков 50 х 32 мм. Профлисты крепят комбинированными заклепками. 25.2.3. Каркасные перегородки В отечественной строительной практике применяются каркасные перегородки КНАУФ с высокими пожарно-тех- ническими характеристиками, обеспечивающие «сухой» способ качественной отделки помещений (рис. 25.13). Система перегородок КНАУФ из гипсоволокнистых листов включает в себя основные материалы: гипсово- локнистые листы, металлические профили или деревян- ные бруски; комплектующие материалы - шпаклевоч- ные смеси, грунтовки, винты и т.п. Перегородки поэлементной сборки из гипсоволокни- стых листов применяются как внутренние ограждающие конструкции помещений с сухим, нормальным и влажным режимами и неагрессивной средой. Перегородки пред- назначены для применения в жилых, общественных и производственных зданиях: • любых конструктивных систем и типов; • любого уровня ответственности, включая повы- шенный; • любой степени огнестойкости, включая I степень; • различной этажности; • возводимых в любых районах страны. Рис. 25.11. Панельная перегородка из асбестоцементных листов: 1 - панель; 2 - стойка фахверка; 3 - деталь крепления панели; 4 - шпилька; 5 - заполнение из листового материала Основной элемент перегородок - гипсоволокнис- тый лист - гомогенный, экологически чистый строитель- ный материал, получаемый методом полусухого прессо- вания из смеси гипсового вяжущего и распущенной ма- кулатуры. В зависимости от свойств и области примене- ния гипсоволокнистые листы подразделяются на листы обычные (ГВЛ) и влагостойкие (ГВЛВ). Гипсоволокнистые листы технологичны в работе, лег- ко режутся, пилятся, строгаются; имеют прямоугольную форму с основными типоразмерами; толщина - 10; 12,5; 15; 18 и 20 мм; ширина - 0,5; 1,0; 1,2 и 1,5 м; длина -1,2; 1,5; 2,5; 2,7; 3,0 и 3,6 м. Металлические профили представляют собой длинномерные элементы, изготовленные из углеродис- той холоднокатаной оцинкованной ленты толщиной 0,6 мм. Профили служат для монтажа каркасов сборных перегородок, к которым крепятся гипсоволокнистые лис- ты. Стандартная длина профилей составляет 2,7; 3,0; 4,0 и 4,5 м. Стоечные профили (ПС) имеют С-образную фор- му сечения и служат в качестве вертикальных стоек кар- касов перегородок. Монтируется стоечный профиль с со- ответствующим по размеру направляющим профилем (ПН) (рис. 25.14). ПС-профили выпускаются со следую- щими номинальными размерами (а х Ь) сечения; 50 х 50; 65 х 50; 75 х 50; 100 х 50 мм. Рис. 25.12. Металлическая перегородка с сеткой: 1 - накладка для крепления сетки; 2 - винт; 3 - обвязка; 4 - ме- таллическая сетка; 5 - обвязочная проволока; 6 - листовая сталь; 7 - анкерный болт; 8 - колонна
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 547 Типы перегородок Толщина перегородки, мм Толщина одного слоя облицовки, мм Максимальная высота перегородки, мм Предел огнестойкости, мин. Горизонтальный разрез Конструктивная характеристика L Одинарный каркас, обшитый одним споем ГВЛ 70 10 3,0 EI60 100 12,5 4.5 J, 600 JT 125 12,5 5,0 Одинарный каркас, обшитый двумя слоями ГВЛ 100 12,5 4,0 Е190 125 12,5 5.5 с 600 } 150 12,5 6,5 Одинарный каркас, обшитый тремя слоями ГВЛ (противопожарная) 125 12,5 4,0 Е1150 iAVAWA 150 12.5 5.5 175 12,5 6.5 Двойной каркас, обшитый двумя слоями ГВЛ 155 12,5 4.5 Е190 н 1 205 12,5 6.0 255 12,5 6,5 Двойной каркас с пространством для пропуска коммуникаций, обшитый двумя слоями ГВЛ 270 12,5 4,5 Е1150 320 12,5 6.0 1 L 1 370 12,5 6.5 а ШАШАША’А 1 Одинарный каркас, обшитый двумя слоями ГВЛ с листами стали между ними (безопасная) 177 12.5 9,0 Деревянный каркас, обшитый одним слоем ГВЛ 80 10 4,1 EI45 uQl lI 65 12.5 4.1 1 WA Деревянный каркас, обшитый двумя слоями ГВЛ 100 10 4,1 Е(90 “Е 600 L 110 12,5 4,1 Рис. 25.13. Типы каркасных перегородок с обшивками из гипсоволокнистых листов (ГВЛ) Размер «а» (48,8; 63,8; 73,8; 98,8 мм) ПС-профиля обеспечивает прочную стыковку без зазоров и деформа- ций направляющего ПН-профиля. На полках ПС-профиля выполнены продольные гофры, которые увеличивают жесткость. В стенке каждого профиля имеются три пары отверстий, которые позволяют монтировать инженерные коммуникации внутри перегородок. Крепление стоечного профиля к направляющему выполняется при помощи просекателя - методом «про- сечки с отгибом». Соединение стоечных профилей по длине применяется методом насадки или в стык с допол- нительным профилем. Направляющие профили (ПН) имеют П-образную форму и служат в качестве направляющих для стоечных
548 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ профилей, а также для устройства перемычек между ними в каркасах. ПН-профили выпускаются со следующи- ми размерами сечений: 50 х 40; 65 х 40; 75 х 40; 100 х 40 мм. Направляющие профили производятся с готовы- ми отверстиями 8 мм в стенке, предназначенными для крепления дюбелями к несущему основанию. Стойки и направляющие деревянного каркаса изго- тавливаются из пиломатериалов хвойных пород не ниже 2-го сорта. Влажность древесины не должна превышать 12%. Бруски каркаса необходимо обрабатывать антипи- ренами и антисептиками. В качестве тепло-звукоизоляционного слоя в пере- городках КНАУФ применяются минераловатные плиты, маты и другие материалы, имеющие гигиенические заклю- чения о соответствии санитарному законодательству РФ. Толщина звукоизоляционного слоя должна быть не менее половины расстояния между внутренними поверхностями ГВЛ. Требуемая плотность и толщина материала опреде- ляются исходя из расчета звукоизолирующей способности перегородки и требований к пределу огнестойкости. Для крепления ГВЛ к каркасу перегородок и крепле- ния элементов каркаса между собой применяются следу- ющие виды крепежных изделий: прокалывающие само- нарезающие винты, высверливающие самонарезающие винты, стальные винты. Для крепления каркаса к несущим конструкциям и навесного оборудования к ГВЛ применя- ются дюбели: универсальные, для пустотелых конструк- Рис. 25.14. Стальные гнутые профили перегородок: 1 - стоечный профиль (ПС); 2 - направляющий профиль (ПН); 3 - полка профиля Рис. 25.15. Фрагмент каркаса перегородки для пропуска комму- никаций: 1 - ПС-профиль; 2 - ПН-профиль; 3 - траверса; 4 - инженерные коммуникации ций, анкерные пластмассовые, анкерные металлические, с винтами. Гипсоволокнистые листы относятся к группе горюче- сти Г1 (слабогорючие), к группе дымообразующей спо- собности Д1 (с малой дымообразующей способностью), к группе токсичности Т1 (малоопасные по токсичности продуктов горения). Перегородки из ГВЛ на металлическом каркасе без за- полнения или с заполнением из материалов группы горю- чести НГ (негорючие) относятся к классу пожарной опасно- сти КО и могут являться противопожарными преградами. Перегородки из ГВЛ можно использовать для сантех- нических помещений. При этом крепление стационарно- го навесного оборудования (умывальников, навесных унитазов, биде, душа, электрощитов, пожарных шкафов и т.д.), а также элементов массой более 70 кг выполняется с помощью установленных в процессе монтажа перегоро- док специальных траверс или закладных изделий (из ПС- профиля), закрепленных к вертикальным стойкам карка- са (рис. 25. /5). Устанавливают и закрепляют к каркасу гипсоволокни- стые листы с помощью самонарезающих винтов с шагом не более 250 мм. Располагают их, как правило, верти- кально. При двухслойной обшивке поперечные стыки ли- стов первого слоя смещают относительно стыков второ- го слоя не менее чем на 400 мм (рис. 25.16). Основные узлы каркасных перегородок показаны на рис. 25.17. Каркасные перегородки с обшивками из гипсокар- тонных листов (ГКЛ) могут принимать криволинейные формы. Для того, чтобы изогнуть гипсокартонный лист, необходимо один конец листа закрепить неподвижно и, осторожно прижимая к шаблону, изгибать лист до нужной кривизны, предварительно его увлажнив. Для увеличения гибкости гипсокартонного листа в нем с шагом 25...30 мм делают поперечные прорези (для вогнутых - с обратной стороны листа, для выпуклых - с лицевой). Металлические направляющие устанавливают с разрезкой на отдельные элементы, равные шагу стоек, представляя в плане много- угольник, вписанный в кривую перегородки. Стойки карка- са устанавливают в зависимости от радиуса закругления. При этом чем меньше радиус, тем чаще шаг стоек. Перегородки из ПВХ-профилей (рис. 25.18). Стой- ки и ригели каркасных перегородок из ПВХ-профилей с оцинкованной стальной арматурой производятся из оди- Рис. 25.16. Схема обшивки перегородки двумя слоями ГВЛ
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 549 I* mil Ml ***** “* I Ft* 2 3 Рис. 25.17. Узлы каркасных перегородок: а-з - горизонтальные сечения; а - примыкание к стене; б - угол; в. д - примыкание одной перегородки к другой; г - скользящее присоединение к стене; е - изменение толщины; ж - создание угла в 135’; з ~ создание дверного проема; и-м - вертикальные сечения; и - жесткое присоединение к плите перекрытия; к - опирание на плиту перекрытия; л - скользящее присоединение: м - опирание на сборный пол; 1 - профиль стоечный (ПС); 2 - профиль направляющий (ПН); 3 - гиосоволокнистый лист (ГВЛ); 4 - самонарезающий винт; 5 - минеральная вата; 6 - дюбель, 7 - лента уплотнительная (герметик), 8 - шпаклевка; 9 - алюминие- вый защитный профиль; 10 - гипсоволокнистые полосы; 11 - гипсовый раствор; 12 - керамическая плитка; 13 - уголковый профиль; 14 - песок
550 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ накового профиля, что обеспечивает унификацию и эко- номичность производства. Профили стоек и ригелей гарантируют простое изго- товление перегородок при многообразии исполнения: Рис. 25.18. Каркасная перегородка из ПВХ-профилей: А - соединение с перекрытием при подвесном потолке; Б - со- единение с подвесным потолком; В - варианты заполнения; Г - соединение с полом, стеной, потолком; 1,2- ригель, стойка; 3 - стальная оцинкованная арматура; 4 - закрепление арматуры; 5 - панель (гпухов заполнение); 6 - стекло; 7 - втулка; 8 - винт; 9 - наконечник для стекла; 10-прижим; 11 - винт-саморвз; 12-от- крытая сторона армирования (не требует сверления); 13 - зак- рывающий профиль; 14 - болт; 15 - стальной уголок; 16 - под- весной потолок; 17 - вкладыш • сплошное остекление; • частичное остекление; ♦ заполнение глухими панелями: • монтаж дверей. Двойное остекление из обычного стекла позволяет монтировать жалюзи или затемнение между стеклами. Возможна установка панелей с различными вариантами отделки лицевых поверхностей. При повышенных требо- ваниях к звукоизоляции необходимо применение соот- ветствующих панелей. Максимальное расстояние между стойками состав- ляет 1,25 м; высота панелей - до 3 м. Монтаж перегородки осуществляется через расши- рительные профили, которые крепятся к стенам, полу или потолку. При использовании подвесных потолков стойка крепится вверху двумя уголками к перекрытию. Соединения между стойкой и ригелем производятся уголками из оцинкованной стали, которые привинчивают- ся к обоим профилям. Все винтовые соединения осуще- ствляются с помощью винтов-саморезов из оцинкован- ной стали, за счет чего значительно упрощается монтаж. Светопрпускающие и глухие заполнения монтируют- ся в стоечно-ригельную конструкцию перегородки с по- мощью привинченных шурупами прижимных планок. Перегородки из алюминиевых профилей. Перего- родки каркасные изготавливаются из алюминиевых прес- сованных профилей серии СПЛ-09 (рис. 25.19). Защитно- декоративное покрытие профилей - анодно-окисное или лакокрасочное покрытие с применением порошковых красителей на основе полиэфирных смол. Сечения несущих стоечных и ригельных профилей позволяют изготавливать перегородки высотой до 4 м. Для заполнения светопропускающей части перегоро- док применяется стекло толщиной 5 мм или стеклопакет толщиной 39 мм. Несветопропускающее заполнение из- готавливается из глухой панели, состоящей из алюминие- вых листов толщиной 1 мм с заполнением утеплителем (пенополистирол и др.). Толщина глухой панели 42 мм. В конструкциях перегородок легко устанавливаются двери из профилей серии СПЛ-02. Перегородки из алюминиевых профилей серии СПЛ- 14 (рис. 25.20} состоят из элементов (стоек и ригелей), соединяемых Т-образными крепежными деталями (вкла- дышами) с применением винтовых соединений (винты метрические и самонарезающие). Для заполнения проемов применяются: • стекло толщиной 5 мм в один ряд; • стекло в два ряда с возможностью установки между стеклами жалюзи с дистанционным приводом; • гипсокартон толщиной 12,5 мм в один ряд; • гипсокартон в два ряда с возможностью уста- новки между листами звукоизоляционного материала (минваты). Стационарные офисные перегородки - это специ- ально разработанные каркасные системы, состоящие из секций (модулей). Они представляют собой готовую кон- струкцию, которая не нуждается в отделке. Основой пе- регородки служит каркас из алюминиевых или стальных профилей, в который вставляются панели заполнения. Панели (секции) бывают стеклянными или непрозрачны- ми (из гипсокартона с виниловым покрытием, МДФ, ДСП и т.д.). Широко используются комбинации стекла и не- прозрачных материалов, когда одна часть перегородки остекленная, а другая - «глухая».
Раздел V, КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 551 Высота стационарных перегородок 2,5...3 м, но в принципе она может доходить и до 10 м. Толщина чаще всего принимается 80... 125 мм. Каркасы разных систем офисных перегородок разли- чаются по типу и материалу профиля. Алюминиевый кар- кас, в отличие от стального, проще и удобнее в монтаже. Стальной каркас - более жесткий, поэтому его использу- ют в тех случаях, когда необходимо возвести перегород- ку высотой 6...10 м. Иногда комбинируют эти материалы; например, изготавливают отделочные профили из алю- миния, а несущие стойки - из стали. В зависимости от типа материала, из которого сде- лана панель заполнения, перегородки разделяют на глу- хие (сплошные), остекленные и комбинированные Глухие перегородки используют в тех случаях, ког- да для сотрудников офиса нужно создать полностью изо- Рис. 25.19. Перегородка каркасная из алюминиевых профилей (серия СПЛ-09): 1 - профиль стоечный, ригельный; 2 - профиль стоечный трехсто- ронний; 3 - профиль стоечный угловой; 4 - шгапик межстеколь- ный; 5 - штапик; 6 - уплотнитель; 7 - втулка; 8,9- винт Рис. 25.20. Парегородки каркасные из алюминиевых профилей (серия СПЛ-14): 1 - стойка, ригель; 2 - поворотная трубчатая стойка; 3 - стоеч- ный трехсторонний профиль; 4 - стойка или ригель для одинар- ного заполнения; 5 - профиль поворотной стойки; 6 - крайняя стойка, ригель; 7 - прижим; 8 - крышка стойки, ригеля; 9 - то же, прижимная; 10 - вставка в неиспользуемый паз заполнения; 11 - крышка стойки, ригеля для перехода с двойного на одинарное заполнение; 12 - саморез крепления прижима; 13 - заглушка
552 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 25.21. Модули офисных перегородок ТРИПЛАН (a-к) и раз- резы (л-о): а - глухой; б-е - остекленные; ж - дверной глухой; з-и - двер- ные остекленные; л - вертикальный разрез глухого модуля; м - то же, горизонтальный; н - вертикальный разрез остекленного модуля; о - то же, горизонтальный; 1 - акустическая лента (зву- коизоляция); 2 - напольная направляющая; 3 - потолочная на- правляющая; 4 - стойка; 5 - распорный элемент: б - пружина; 7 - дюбель; 8 - горизонтальная перемычка; 9 - гипсокартонный лист; 10 - полоса гипсокартона; 11 - отделочный элемент: 12 - верхний элемент; 13 - омега-профиль; 14 - саморез; 15 - деко- ративная заглушка; 16 - F-профиль; 17 - минераловатный мат; 10 - Н-профиль; 19 - нижняя горизонтальная рама; 20 - боко- вая горизонтальная рама; 21 - штапик лированные кабинеты. Панели заполнения глухих перего- родок состоят из основы и декоративного покрытия, ко- торое наносят на основу в заводских условиях. Экономич- ные варианты - гипсокартон, покрытый поливиниловыми обоями; ламинированная ДСП; панели МДФ, оклеенные поливиниловыми обоями; листы гипсолита, армирован- ные стекловолокном и покрытые пластиком. Самый проч- ный, надежный, но и самый дорогой вариант - гипсолит, покрытый стальным листом. Между непрозрачными панелями заполнения часто используют прослойку из минеральной ваты, что улучша- ет звукоизоляционные свойства конструкции и повышает ее пожаробезопасность. Внутрь глухой перегородки мож- но встроить короб, в котором расположить всю необхо- димую проводку. Остекленные перегородки - неотъемлемый атри- бут современного офиса. Бесспорным достоинством ос- текленных перегородок является то, что они пропускают свет. Остекленная перегородка может состоять из верти- кальных или горизонтальных секций, а также представ- лять собой сплошную стеклянную конструкцию с едва за- метными стыками между стеклами. При изготовлении перегородок используют безопасное стекло, оклеенное специальной пленкой, или закаленное. Иногда вместо стекол в перегородки вставляют витражи или зеркала. Вдоль стеклянной перегородки может проходить узкая горизонтальная непрозрачная вставка, расположенная на высоте столешницы рабочего стола. Эта вставка служит одновременно и декоративным, и функциональным эле- ментом, так как внутри нее можно расположить электро- монтажный короб. Комбинированные перегородки состоят из остек- ленных секций и глухих непрозрачных панелей. Наиболее распространенным является вариант, когда непрозрачная секция находится в нижней половине перегородки. Ком- бинированные перегородки представляют большие воз- можности для оригинального решения офисного про- странства за счет большого количества комбинаций ти- повых модулей. Примером офисных перегородок являются перего- родки ТРИПЛАН (рис. 25.21}. На основе универсального каркаса возводятся различные модули (глухие, остеклен- ные, дверные) шириной 60; 90 и 120 см. Модуль любого типа при помощи небольшого набора декоративных эле- ментов можно превратить в любой другой без изменения основы-каркаса. Это позволяет в будущем быстро и лег- ко изменить дизайн и планировку офиса. Перегородки могут крепиться как в распор между полом и потолком, так и просто к полу и стенам. Применение пружинного механизма (джек-системы) в перегородках ТРИПЛАН уп- рощает их установку и хорошо защищает перегородки при деформациях здания. Предел огнестойкости офисных перегородок ТРИП- ЛАН - от 0,5 до 2 часов. Это означает, что их можно ис- пользовать в качестве противопожарных перегородок первого типа (на путях эвакуации). Стойки каркаса изготавливаются из сигма-образного стального профиля с ребрами жесткости. Горизонтальные перемычки между стойками в каркасе упрощают сборку, повышают устойчивость и обеспечивают полную верти- кальность стоек каркаса. Стальная дверная рама не тре- бует дополнительного усиления дверного модуля (не свя- зана с другими модулями), что дает возможность уста- новки остекленных модулей по обе стороны от дверного.
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 553 Декоративные и наружные элементы изготовлены из стали 0,8 мм и окрашены методом горячего эмалирова- ния. Стальной плинтус, покрытый винилом, предохраняет перегородки от повреждений при уборке помещений. Гипсокартонные плиты 13-ти мм высотой до 330 см армированы стекловолокном, покрыты виниловой пленкой и не требуют дополнительной отделки. В перегородках предусмотрены места для навесной мебели (шкафы, на- весные магнитные полки и т.п.). Остекленные модули мо- гут быть оборудованы горизонтальными и вертикальными жалюзи, в том числе с дистанционным управлением 25.3. Мобильные офисные перегородки Основное назначение мобильных перегородок - фор- мирование офисного пространства, снижение шумового фона, обеспечение необходимого психологического ком- форта, так как человеку важно иметь индивидуальное ра- бочее место. Система мобильных офисных перегородок позволяет в короткие сроки и без значительных затрат на строитель- ство изолировать специальные зоны в помещениях боль- шой площади и легко производить перепланировку в со- ответствии с изменениями функциональных требований к рабочему пространству. Конструкция предусматривает быструю переустановку модулей перегородок, причем без привлечения специалистов. По функциональному назначению мобильные перего- родки делятся на несколько групп: 1) перегородки для организации отдельного кабине- та. В этом случае используются перегородки максималь- но возможной высоты (2,2 м); 2) перегородки высотой до 2,2 м для функционально- го зонирования помещений (выделения зон); 3) перегородки высотой 1,5...1,8 м для выделения рабочих групп. Применяются в офисах типа «открытое пространство»; 4) перегородки для создания рабочих мест и визуаль- ной изоляции сотрудников. Для этого используются экра- ны-перегородки высотой 1,3... 1,5 м. Мобильные офисные перегородки представляют со- бой конструкции, состоящие из соединенных друг с дру- гом модулей. Как правило, модули мобильных перегоро- док не крепят ни к стенам, ни к полу, ни к потолку. Из-за этой особенности мобильные перегородки часто называ- ют мебельными. Модуль перегородки состоит из каркаса и вставлен- ных в него панелей. Модули собираются на фабрике и поставляются заказчику в готовом виде. Между собой они соединяются с помощью быстроразъемных фиксаторов. Устойчивость мобильной перегородки обеспечивают «лапы» - опоры или жесткость самой конструкции, кото- рая достигается за счет определенного соединения мо- дулей - Г-образного, Т-образного, Х-образного и др. (рис. 25.22). Оригинальную конструкцию имеют офисные перего- родки из труб ПВХ с диаметром 12 см, соединенные по торцам пластиковыми заглушками с подвижным сочлене- нием между собой (рис. 25.23). Секции таких перегоро- док можно свернуть в рулон, соединить друг с другом, с обычной перегородкой или стеной. Высота перегородок может быть любой до 6 м, но ее стандартные размеры: 92; 124; 156; 188 см. Оригинальная конструкция и неболь- шой вес делают подобную конструкцию очень мобильной и удобной, а выбор цветовой гаммы открывает широкие возможности дизайна помещений. 25.4. Трансформируемые перегородки Трансформируемые перегородки предназначены для частого изменения планировки помещений обществен- ных и жилых зданий (рис. 25.24). При выборе конструктивного решения и геометриче- ских параметров трансформируемых перегородок необхо- димо учитывать специфические особенности и назначение помещения (его объем, высоту и ширину, направление пе- редвижения людей, конструкцию перекрытия), материал изделий, их масштабность в интерьере и т.д. Некоторые перегородки требуют устройства направ- ляющего рельса в полу, что может быть не всегда прием- лемо с эстетической и функциональной сторон. Рис. 25.22. Мобильные офисные перегородки (общий вид) Рис. 25.23. Мобильные офисные перегородки из труб ПВХ
554 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Среди трансформируемых перегородок особое мес- то занимают стеклянные перегородки. Их назначение - зонирование пространства, обеспечение звуковой изоля- ции и, в то же время, сохранение визуальной взаимосвя- зи помещений. Стеклянные перегородки могут быть раз- ными: от безрамных конструкций с угловыми крепежны- ми элементами, обеспечивающими максимальную про- зрачность, до обрамленных профилями панелей, отвеча- ющих повышенным требованиям по звукоизоляции. Трансформируемые перегородки общественных зальных зданий подразделяют на несколько групп (рис. 25.25), в которых насчитывается более пяти десятков раз- новидностей, отличающихся способностью изменения функций помещения, конструкциями, свойствами звуко- изоляции и акустики, сложностью изготовления и други- ми параметрами. Наиболее распространенными в практике строитель- ства залов являются следующие трансформируемые пе- регородки, объединенные по принципу подвижности: • рулонные; • раздвижные; • складывающиеся; • сдвижные; • подъемно-опускные; • поворотные; • выдвижные. Рулонные перегородк (рис. 25.25 а, б) наматыва- ются на вертикальные и горизонтальные барабаны. Их выполняют из нескольких слоев звукоизоляционного ма- б Рис. 25.24. Трансформируемые (складывающиеся) перегородки в интерьере: а - общественного здания; б - жилого дома териала (иногда с воздушной прослойкой). Пленки пропи- тывают свинцом для придания им большего веса при со- хранении их эластичности. По нижней кромке крепят свинцовый плинтус для веса и натяжения. Для устройства рулонных перегородок необходимо помещение для руло- на в потолке или боковых нишах перегораживаемого по- мещения. Трансформация может осуществляться вруч- ную, с применением механических и электрических при- водов, с помощью автоматики. Рулонные перегородки на горизонтальной основе пе- рекрывают высоту помещений до 30 м, но ограничены шириной рулона (3...6 м в зависимости от материала и конструкции). Перегородки на вертикальной оси ограни- чены высотой до 7 м и могут быть длиной до 36 м. Раздвижные перегородки (рис. 25.25 в, г) с гори- зонтальным или вертикальным направлением движения выполняют из материалов аналогично рулонным, они так- же требуют противовесов по нижней кромке из качаю- щихся уплотнителей. Для их устройства требуются на- правляющие в потолке с ходовыми механизмами. Это наиболее простой и достаточно эффективный элемент трансформации, который можно осуществлять вручную или посредством электродвигателей. Складывающиеся перегородки (рис. 25.25д, е) бы- вают каркасными и бескаркасными, мягкими и жесткими, полугармончатыми и гармончатыми, с одной или двумя направляющими (в потолке и полу), одно- и многослойны- ми, выполненными из различных несгораемых материалов с различной степенью механизации складывания. Перегородки, состоящие из отдельных створок, коли- чество которых зависит от ширины и высоты проема, тре- буют устройства направляющих в потолке (для подвес- ных) и в потолке и полу (для опорных). Рис. 25.25. Трансформируемые (подвижные) перегородки заль- ных общественных зданий: а, б - рулонные (на вертикальной и горизонтальной осях); в, г - раздвижные (типа занавеса); д, е - складывающиеся (складча- тая и гармончатая); ж, з - сдвижные; и, к - подъемно-опускные (секционная и гильотинная); л - лопастная (на горизонтальной и вертикальной осях); м - выдвижная
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 555 Элементы складчатых перегородок могут передви- гаться в одиночку (каждая складка), попарно (по две складки), в системе (соединение «гармошкой»). На рис. 25.26 показаны детали конструкций перего- родок, наиболее часто применяемые на практике для чле- нения пространства залов. Для изменения направления складывания применя- ются поворотные и переводные стрелки. Створки могут складываться к откосам проема, в односторонние и двух- сторонние ниши, в асимметрично расположенные ниши. Ширина створок м. Важным вопросом является решение звукоизоляции складывающихся перегородок. Стыки и швы створок яв- ляются главными местами проникновения звука. Хорошо проявили себя в эксплуатации следующие способы реше- ния стыков: акустические щетки, фрикционные уплотни- тели, пружинные уплотнители. Сдвижные перегородки (рис. 25.25 ж, з) транс- формируются путем скольжения створок по направляю- щим с заходом друг за друга. Конструкции их аналогич- ны складывающимся, механизмы подвески к верхним направляющим и катучим опорам - такие же Отличие в том, что створки не складываются в гармошку по ходу движения, а задвигаются в ниши, требующие большого пространства. Для подвески к верхней направляющей требуются минимум два механизма во избежание перекоса; при опоре на нижнюю направляющую требуются минимум три механизма (точки опоры). Сдвижные перегородки транс- формируются по принципу «каждая панель отдельно». Ширина панелей зависит от перекрываемого проема, высоты помещения (обычно до 3,5 м) и веса конструкций. Направляющие в потолке и полу могут иметь стрелки для перевода створок панелей на другое направление движе- ния или при складывании в нишу (см. рис. 25.26). Подъемно-опускные перегородки (рис. 25.25 и, к) состоят из панелей различной конструкции (от деревян- ных каркасных до стальных и железобетонных), поднима- емых и опускаемых в необходимом месте при помощи механизмов, блоков, приводов, контргрузов. Они играют роль противопожарных занавесов, масса их может значи- тельно колебаться в зависимости от материала и разме- ров панелей. Перегородку можно расчленить на элемен- ты различной ширины, опускание и подъем которых регу- лируют ширину проема. Гильотинные перегородки состоят из движущихся снизу и сверху навстречу друг другу частей. Особенностью перегородок является необходимость в пространстве вверху, а для гильотинных - еще и внизу. В зависимости от ширины проема определяют ширину и количество подъемных элементов. Стыки их решают в виде «паз-гребень» или другим способом, обеспечиваю- щим плотное примыкание панелей. Подъемно-опускные перегородки имеют большую массу и обеспечивают хорошую звукоизоляцию, но слож- ны в устройстве и эксплуатации. Поворотные перегородки (рис. 25.25 л) представля- ют собой поворачивающиеся на вертикальной или гори- зонтальной оси лопасти различной конструкции (деревян- ные, металлические, пласмассовые каркасы с двухсторон- ней отделкой поверхностей деревом, пленкой, листами и т.п.). Поворотные перегородки применяются не только для отделения одного помещения от другого, но и используют- ся в качестве акустических экранов, сценических кулис. Изменением угла наклона перегородки на горизонтальной оси можно регулировать звукоотражение в зале. Выдвижные перегородки (рис. 25.25 м) - это плос- кие панельные, каркасно-панельные или монолитные элементы (из дерева, пластмассы, металла, бетона и комбинации материалов), выдвигающиеся снизу из трю- ма при помощи различных подъемников (преимуще- ственно гидравлического действия). Такие перегородки применяются, если в покрытии нет пространства для верхней механизации. Для жилых домов и квартир, а также некоторых обще- ственных зданий с небольшими помещениями, применя- ются трансформируемые перегородки, показанные на рис. 25.27. Такие перегородки чаще всего конструируют на основе деревянных каркасов. В каркас может устанав- ливаться узорчатое, тонированное в массе, цветное стек- ло, оклеенное защитной или тонированной пленкой В целях безопасности применяют стекла толщиной не ме- нее 6 мм или закаленные. Конструкции раздвижных и складных перегородок скользят по верхней направляющей и не требуют порогов и направляющих, монтируемых в пол. Чаще всего в полу устанавливается «флажок» для того, чтобы исключить ко- лебательные движения створок перегородок. Рис. 25.26. Узлы и детали подвижных перегородок: а - верхние узлы: б - нижние узлы; в-ж - акустические уплотните- ли, соответственно, щетки, фрикционный, легкосплавный двухсто- ронний, компрессионный, легкосплавный односторонний; з - при- емы конструирования; 1 - уплотнитель; 2 - акустическая проклад- ка; 3 - механизм подвески; 4 - амортизирующий упор 5 - стре- лочная направляющая; 6 - односторонняя ниша; 7 - двухсторон- няя ниша
556 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а 6 Рис. 25.27. Виды трансформируемых перегородок для жилых и общественных зданий: а - прямораздвижные; б - откатные; в - шарнирно складываю- щиеся; г - гармончатые жесткие; д - гармончатые мягкие Глава 26 НАРУЖНЫЕ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИЕ ОГРАЖДЕНИЯ 26.1. Общие положения Наружные ограждения со светопропускающим запол- нением позволяют, благодаря своим светотехническим и визуальным свойствам, обеспечивать освещение объе- мов непосредственно солнечным светом, а также види- мость интерьеров зданий снаружи и, наоборот, из зда- ния - окружающей среды. Не менее важна и эстетичес- кая функция наружного ограждения. Светопропускающие наружные ограждения по функ- циональному назначению разделяют на следующие виды: • окна (в том числе эркеров) - проемы в стенах, заполненные прозрачными конструкциями и предназна- ченные для обеспечения помещений естественным осве- щением, ультрафиолетовым облучением и инсоляцией, а также аэрацией и зрительной связью с наружным про- странством при одновременной защите от воздействия неблагоприятных факторов (низких и высоких темпера- тур, осадков, ветра, шума, пыли); • балконные и террасные двери - проемы в сте- нах, заполненные прозрачными конструкциями, выполня- ющими те же функции, что и окна, кроме того, предназ- наченными для выхода на балкон, лоджию, террасу; • витражи - светопропускающие самонесущие стены или участки стен нижних этажей зданий, зальных помещений, применяемые для максимального естествен- ного освещения, а также для обеспечения достаточной зрительной связи внутреннего пространства помещения с окружающей наружной средой; • фасадные конструкции остекления - светопро- пускающие навесные стены (навесные витражи) многоэтаж- ных зданий, выполняющие, кроме обычных традиционных функций, важную архитектурно-художественную функцию; • кровельные конструкции остекления - све- топропускающие покрытия в виде отдельных плоских ска- тов, сводов, куполов, пирамид, а также точечных свето- вых фонарей, мансардных окон. В зависимости от маюриала переплетов (каркасов) светопропускающих ограждений их подразделяют на де- ревянные, пластиковые (из ПВХ), стальные, алюминиевые и комбинированные. Конструкции светопропускающих ограждений под- вергаются нагрузкам и воздействиям. К нагрузкам отно- сятся действия, которые приводят к возникновению в конструктивном элементе напряжений и, соответственно, деформаций. Это, прежде всего, ветровые и снеговые нагрузки, а также нагрузки, возникающие при изготовле- нии (монтаже) конструкций. Кроме того необходимо учи- тывать косвенные нагрузки, возникающие в стеклопаке- тах при перепаде температур. К воздействиям относятся перепады температур и влажности наружного и внутреннего воздуха, шум, сол- нечная радиация, обеспечивающая инсоляцию и допол- нительный нагрев помещений, пыль и атмосферные осадки, водорастворимые химические примеси в атмос- ферной влаге.
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 557 Несущие элементы светопропускающих конструкций должны обладать необходимой прочностью и жесткостью при действии всех упомянутых нагрузок. Как ограждающие конструкции они должны обладать необходимыми теплозащитными, светотехническими и звукоизоляционными качествами при действии всех опи- санных выше воздействий, а также иметь герметичность сопряжений элементов ограждения между собой и с при- мыкающими конструкциями. Конструкции светопропускающих ограждений долж- ны быть достаточно технологичными, легко транспорти- руемыми и удобными в монтаже, иметь химическую стой- кость и легко поддаваться очистке. Являясь выразитель- ными элементами фасада и интерьера, светопропускаю- щие ограждения должны обладать высокими эстетиче- скими качествами. 26.2. Светопропускающие материалы и изделия 26.2.1. Строительные виды стекла Основными компонентами, образующими стекло, яв- ляются кварцевый песок (69...74%), сода (12...16%), из- вестняк и доломит {5...12%) и, в небольших процентных соотношениях, некоторые другие компоненты. Использу- ются также различные добаеки, например, для окрашива- ния стекла или изменения других его свойств. Для получения листового стекла, в основном, приме- няется флоат-метод. При этом процессе стекло поступа- ет из печи плавления в виде плоской ленты, а затем че- рез ванну с расплавленным оловом идет на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода, по сравнению с другими, являются стабильная толщина стекла; высокое качество поверхности, не требующей дальнейшей полировки. В последнее время в объеме выпускаемого материа- ла значительно возрастает доля функционального (с осо- быми свойствами) и декоративного стекла. Это связано с тем, что обычное стекло не отвечает современным тре- бованиям по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения и т.д. Выбор стекла должен определяться не только эсте- тическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воз- действием. Чтобы правильно использовать современные виды строительного стекла, необходимо обладать сведе- ниями о солнечном излучении, основными составляю- щими которого являются: • ультрафиолетовые лучи {длина волн 280...380 нм); • видимый свет (380...780 нм); • короткие волны (780...2480 нм); • длинные волны (2480 и более). Световые лучи частично отражаются стеклом, частич- но поглощаются и частично попадают внутрь помещения. Коэффициент светолропускания стекла от 88% (обычно- го полированного) до 19% (специального). Прямая солнечная энергия (короткие волны) - это невидимая часть спектра; она также частично отражается стеклом (особенно темным), а часть ее проходит внутрь помещения. Косвенная солнечная энергия (длинные волны) пе- редается тремя путями: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. 2/3 потери тепла через стекло про- исходит за счет теплового излучения и 1/3 - за счет теп- лопроводности и конвекции. Придавая стеклу определенные свойства, можно вли- ять на проникновение в помещение того или иного вида световой энергии. Выделяют несколько основных функций стекла: ♦ теплоизоляция зимой; • защита от перегрева помещений летом; ♦ звукоизоляция; • обеспечение безопасности; • защита от нападения; • защита от огня; • самоочищение; • эстетичность. Для реализации этих функций разработаны и приме- няются различные типы стекол. 1. Энергосберегающее стекло (теплосберегающее, теплопоглощающее). Придание энергосберегающих свойств стеклу связано с нанесением на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий, а само стекло с таким покрытием получило название нмзкоэмиссионно- го. Эти покрытия обеспечивают прохождение в помеще- ние коротковолнового солнечного излучения, но препят- ствуют выходу из помещения длинноволнового теплово- го излучения, например, от отопительного прибора (по- этому стекла также называют селективными). В настоящее время используется два типа покрытий: так называемое К-стекло - «твердое» покрытие и /-стек- ло - «мягкое» покрытие. Основной характеристикой стек- ла с низкоэмиссионным покрытием является коэффици- ент тепловой эмиссии. Значение этого коэффициента для стекол с твердым покрытием обычно составляет 0,15...0,18, для стекол с мягким покрытием - 0,03...0,15 (для обычного стекла - 0,84). Основная область применения стекол - использова- ние их в составе стеклопакетов (покрытие внутри стекло- пакета), теплосберегающие свойства которых во многом определяются параметрами покрытия на стекле. 2. Солнцезащитное стекло (теплоотражающее, рефлектное). Такое стекло обладает способностью сни- жать пропускание солнечной тепловой энергии. Солнце- защитными являются окрашенные в массе стекла и стек- ла с покрытиями. Окрашенное в массе стекло изготавливается путем добавления в расплавленное стекло оксидов металлов. Эти оксиды определяют световые и энергетические свой- ства, а также конечный цвет стекла (зеленый, синий, се- рый, бронзовый). Снижение проникновения солнечного тепла связано с тем, что часть тепла, которое попадает на стекло, поглощается самим стеклом, Поглощенное тепло в дальнейшем выделяется в ту сторону, температу- ра воздуха которой ниже. Отражающие поверхности прозрачных стекол получа- ют путем последовательного нанесения нескольких сло- ев покрытия на поверхность стекла. Как правило, количе- ство слоев равно пяти - четыре из них являются слоями окислов металлов, а пятый работающий слой состоит из серебра. Серебро обладает способностью пропускать видимый свет и почти полностью отражает излучение. Кроме того, такие стекла обладают и хорошей теплоизо- лирующей способностью. Благодаря солнцезащитным стеклам летом в поме- щении не так жарко, контрастность и яркость освещав-
558 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ мых предметов меньше, в результате чего снижается утомляемость глаз. Однако от прямых солнечных лучей такие стекла не защищают (яркость солнечного диска ос- тается слишком высокой), а поэтому применение жалюзи или штор остается актуальным. 3. Ламинированное стекло (многослойное, защит- ное). Это стекло состоит из двух или более слоев, «скле- енных» вместе с помощью пленки или ламинирующей жидкости. Слои могут быть выполнены из стекла одного или различных типов, плоскими или гнутыми в соответ- ствии с заданной формой (форму им придают до склей- ки). Сложный процесс ламинирования выполняется с по- мощью автоматизированной линии в несколько стадий. Последний этап проводится в автоклаве под воздействи- ем тепла и давления. Ламинирование не увеличивает механическую проч- ность стекла, но делает его «безопасным» - при разруше- нии осколки не разлетаются во все стороны, а остаются «висеть» на эластичной пленке. Кроме того, такие стекла хорошо защищают и от ультрафиолетового излучения. Ламинированные стекла целесообразно использо- вать для защиты от взлома, пуль, огня, для защиты чело- века от различных травм, а также для изготовления изо- лирующих стеклопакетов. В соответствии с ГОСТ Р 51136-98 стекло защитное многослойное представляет собой склеенные между собой полимерными материалами в различном сочета- нии пластины силикатного стекла, силикатного с органи- ческим стеклом, поликарбонатом или упрочняющими пленками; это является многослойным блоком, обладаю- щим защитными свойствами. В многослойных компози- циях обеспечение эксплуатационных параметров (поми- мо оптических) влечет за собой увеличение толщины и количества слоев композиции. К количеству защитных стекол относятся: • ударостойкое стекло - защитное стекло, вы- держивающее многократный удар свободно падающего тела с нормируемыми показателями (классы защиты А1, А2, АЗ); • устойчивое к пробиванию стекло - защитное стекло, выдерживающее определенное количество уда- ров обухом и лезвием топора, наносимых с нормируемы- ми показателями (классы защиты Б1, Б2, БЗ); • пулестойкое стекло - защитное стекло, выдер- живающее воздействие огнестрельного оружия и препят- ствующее сквозному проникновению поражающего эле- мента (пули); классы защиты 1, 2, 2а, 3, 4, 5, 5а, 6, 6а. В некоторых случаях остекление должно быть пожаро- безопасным, ограничивать распространение огня при по- жаре и обеспечивать безопасную эвакуацию людей из зда- ния. Кроме армированного стекла для этих целей разра- ботан специальный вид пожаробезопасных стекол - мно- гослойное ламинированное стекло с прозрачными, расши- ряющимися при воздействии высокой температуры про- межуточными слоями. При температуре около +120*С эти слои изменяют свои физические характеристики, и стекло превращается в жесткую и непрозрачную защитную конст- рукцию, позволяющую остеклению сохранять: • целостность, т.е. гарантировать отсутствие сквозных трещин или отверстий, через которые могут проникать продукты горения и пламя; • теплоизолирующую способность, препятствую- щую передаче тепла на защищаемое пространство из- лучением. 4. Закаленное стекло изготавливают из неполиро- ванного, полированного или узорчатого стекла на специ- альных закалочных установках. При необходимости в стекле предварительно делают требуемые вырезы, от- верстия, обрабатывают кромки, потому что готовые зака- ленные стекла не поддаются механической обработке. Прочность закаленного стекла на изгиб и удар в 5...6 раз выше прочности обычного стекла. Разбитое закален- ное стекло распадается на мелкие острые осколки. Наиболее уязвимым местом закаленного стекла яв- ляются его кромки. При монтаже конструкций необходи- мо оберегать торцы стекла от ударов, царапин и других повреждений. Закаленное стекло применяется для остекления окон и перегородок, дверей, ограждений балконов, лестнич- ных маршей, а также для производства изолирующих стеклопакетов и ламинированных стекол. 5. Армированное стекло - листовое стекло с метал- лической сеткой, безопасное и пожаростойкое, служащее эффективной преградой дыму и горячим газам. При по- жаре оно может треснуть, однако арматура удерживает его на месте, предотвращая тем самым распространение огня. Осколки стекла, удерживаемые арматурой, не вы- падают даже при образовании нескольких разломов. Ар- мированное стекло может применяться при остеклении заводских цехов, окон, фонарей, шахт лифтов и т.п. 6. Самоочищающееся стекло (изобретение послед- него десятилетия XX в., Великобритания) - это обычное стекло со специальным покрытием внешней поверхнос- ти. Его уникальное действие заключается в следующем: при попадании на стекло дневного света (ультрафиоле- тового излучения) его покрытие активизируется и разру- шает сцепление органического загрязнения (птичий по- мет, древесный сок и т.д.) со стеклом. А так как покрытие является гидрофильным (притягивающим воду), дожде- вая вода равномерно распределяется по поверхности стекла и, стекая вниз, смывает как органическую, так и неорганическую грязь. По сравнению с обычным стеклом вода очень быстро высыхает, не оставляя на поверхности пятен или подтеков. Покрытие не влияет на прочность стекла и только снижает его светопропускание примерно на 5%. Под не- которыми углами стекло имеет несколько больший, чем обычное стекло, зеркальный эффект с небольшим сине- ватым оттенком. Покрытие неотделимо от стекла, не отслаивается и не выцветает; оно может быть повреждено в случае повреж- дения самого стекла, например, острыми предметами, абразивными материалами. Самоочищающееся стекло можно использовать прак- тически для любого наружного остекления; особенно оно целесообразно в труднодоступных для очистки огражде- ниях. Может комбинироваться с другими стеклами в стек- лопакетах для получения дополнительных качеств: тепло- изоляции, снижения шума, защиты от солнца и огня. Для обеспечения безопасности и защиты от нападения может поставляться в закаленном и ламинированном видах. 26.2.2 . Стеклопакеты Стеклопакеты представляют собой объемные изделия, состоящие из двух или трех листов стекла, соединенных между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков, образующих герметически замкнутые каме-
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 559 ры, заполненные осушенным воздухом или другими газа- ми (ГОСТ 24866). Допускается изготовление стеклопаке- тов из четырех плоских листов стекла, а также установка декоративных рамок внутри стеклопакетов. Стеклопакеты, в зависимости от количества камер, подразделяют на типы: однокамерные (рис. 26.1 а) и двухкамерные (рис. 26.1 б). Камеры стеклопакетов могут быть заполнены осушенным воздухом или инертным га- зом (аргон, криптон и др.). В зависимости от назначения стеклопакеты подраз- деляют на виды: • стеклопакеты общестроительного назначения; • стеклопакеты строительного назначения со спе- циальными свойствами (ударостойкие, энергосберегаю- щие, солнцезащитные, морозостойкие, шумозащитные). Номинальная толщина стеклопакетов рекомендуется от 14 до 60 мм, расстояние между стеклами - от 6 до 36 мм. Размеры по высоте и ширине обычно не превыша- ют 3,2 х 3,0 м. Не рекомендуется изготовление стеклопа- кетов с размерами менее 0,3 х 0,3 м, а также с соотноше- нием сторон более 5:1. Возможно изготовление стекло- пакетов сложной конфигурации (треугольных, круглых, овальных и др.). Стеклопакеты обладают высокими тепло- и звукоизо- ляционными свойствами. Благодаря герметичности в ка- меру между стеклами не попадают влага и пыль. Для производства стеклопакетов можно использо- вать все типы строительных стекол. Их выбор зависит от требований, предъявляемых к конкретному ограждению. Важно правильно определить местоположение и ориен- тацию стекол со специальными свойствами в стеклопаке- те. Например, при использовании энергосберегающих стекол поверхность с нанесенным покрытием находится внутри стеклопакета. Солнцезащитные стекла рекомен- дуется устанавливать в качестве внешних стекол. В качестве материала для дистанционных рамок при- меняются алюминий и оцинкованная сталь, реже пласт- масса. Дистанционная рамка выполняется полой внутри со специальными диффузными отверстиями (дырочной пер- форацией, щелями). Внутри рамки находится осушитель, задача которого - способствовать быстрой абсорбции (впитыванию) незначительного количества воды в межсте- кольном пространстве, тем самым предотвращая выпаде- ние росы внутри стеклопакета в холодное время года. Швы между дистанционной рамкой и стеклами заде- лываются герметиками. Внутренний герметик обладает высокой способностью сопротивляться проникновению водяного пара, а наружный придает необходимую проч- ность конструкции. 26.2.3 . Полимерные материалы Полиметилакрилат (акрил) - органическое стекло, один из первых полимерных материалов, альтернативных стеклу, изобретенное в Германии в 1933 г. Акрил - абсолютно бесцветный материал, который способен выдерживать большие механические нагрузки, легок в обработке и замечательно поддается горячему формованию, имеет высокий уровень пропускания уль- трафиолетовых лучей. Органическое (акриловое) стекло выпускается тол- щиной от 2 до 50 мм с максимальными размерами 2 х 3 м. Кроме монолитных листов на современном этапе применяют структурированные листы, в поперечном се- чении представляющие собой ряд каналов, наполненных воздухом, разделенных тонкими перегородками. В таком решении имеется сразу несколько достоинств: листы ста- ли заметно легче, значительно улучшились теплотехни- ческие характеристики, поперечные перегородки одно- временно исполняют роль продольных ребер жесткости - достигается высокий коэффициент относительной проч- ности материала. Поликарбонат - полимер, свойства и стабильность которого позволяют отнести его к пластмассам высокого класса. Его физико-механические свойства остаются не- изменными в гораздо более широком, чем у акрила, ди- апазоне температур (от -45"С до +120’С), а ударная стой- кость поликарбоната выше, чем стекла, в сто раз и более и почти в десять раз, чем акрила. В современной строительной практике поликарбонат применяется в двух видах - в виде монолитных (сплош- ных) и структурированных листов различной толщины. Монолитный поликарбонат редко используется в плоских ограждениях (очень дорог для этого), но являет- ся превосходным материалом, из которого путем горяче- го формования получают элементы криволинейной фор- мы. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным планом, отдельные секции куполов, до- стигающие 8... 10 м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые). Современные технологии позволяют изготавливать изделия из сплошного поликарбоната с ребрами жестко- сти, что делает их пригодными для самонесущих элемен- тов покрытий. В этом случае необходимость в примене- нии металлического каркаса отпадает. Структурированные (сотовые, ячеистые) листы - наиболее распространенный вид поликарбоната, приме- няемый в строительстве сегодня;, в основном, использу- ется в наклонных, арочных и купольных покрытиях - кры- шах, навесах, фонарях и т.д. Структурированные поликарбонатные листы произ- водятся методом экструзии, при этом происходит плав- ление гранул и выдавливание полученной массы через особое устройство, форма которого определяет попереч- ное строение листа (рис. 26.2). За треть века своего развития промышленность по выпуску поликарбонатных листов выработала ряд пара- метров, в том числе толщину листов (4; 6; 8; 10; 16; 25; Рис. 26.1. Типы стеклопакетов: а - однокамерный; б - двухкамерный; 1 - стекло; 2 - дистанци- онная рамка; 3 - влагопоглотитель; 4 - нетвердеющий герметик; 5 - отверждающийся герметик; 6 - воздушная прослойка (меж- стекольное расстояние); 7 - рекомендуемые варианты располо- жения низкоэмиссионного покрытия; 8 - дегидрационные отвер- стия (щель)
560 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 32 мм). Ширина, преимущественно, составляет 1,2 и 2,1 м; длина - 3; 4; 6 и 12 м. Цвет материала - прозрачный (бесцветный), опал (молочный), бронзовый, серый, бирюзовый, синий. К основным достоинствам структурированных поли- карбонатных листов относятся: • малый вес (1,5...3,5 кг/м2), что позволяет проек- тировать легкие конструкции с большими формообразу- ющими возможностями; • высокие теплоизоляционные свойства; • высокая ударная прочность; • высокая несущая способность (до 250 кг/м2 при шаге обрешетки 1 ...2 м); • прозрачность; « гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные покрытия; • высокая химическая стойкость. У поликарбоната есть и недостатки, которые необхо- димо принимать во внимание при его использовании. Как любой пластический материал, он подвержен темпера- турному расширению в большей степени, чем материалы конструкций, в которых он применяется. Это свойство требует особого технического решения при проектирова- нии - для обеспечения компенсации линейного расшире- ния листы должны закрепляться в переплетах конструк- ций «плавающим» способом. Поликарбонатные листы, очевидно, не являются уни- версальными заменителями стекла или стеклопакетов в любых конструкциях, но, будучи грамотно примененными, способны помочь проектировщикам в разработке разно- образных проектов зданий. Листовой профилированный ПВХ-пластик успеш- но можно применять для строительства легких светопро- ницаемых навесов и кровель рынков, ангаров, складов, автостоянок, спортивных сооружений и других объектов. Листы выпускаются толщиной 0,8 мм с размерами 1 х 6 м трапециевидного (высота 18 мм) и волнистого (35 мм) сечений. Листы выпускаются прозрачными, молочными, серыми, голубыми, зелеными, красными. ПВХ-пластик имеет следующие свойства: • высокую прочность и долговечность; • стойкость к УФ-излучению; IXIXIXIXIXIXIXIXIXK Рис. 26.2. Типы поперечных сечений структурированных поликар- бонатных листов • легкость (1,3 кг/м2); • простоту монтажа; • хорошие оптические свойства (светопропуска- ние 62...80%); • химическую стойкость. Стеклопластиковые профилированные листы - композитный материал, состоящий из отвержденной по- лиэфирной смолы, армированной рубленым рассыпаю- щимся стекловолокном. Выпускаются в виде синусои- дальных (мелких и крупных) или трапециевидных листов. Листы могут иметь различный цвет, быть прозрачными, непрозрачными и прозрачными цветными. В современных условиях выпускаются листы толщи- ной 0,8; 1,0; 1,2; 1,5 мм. Для потребительского рынка раз- меры листов составляют 0,9...1,1 х 2...3 м. Возможная длина - до 12 м, ширина - до 2,3 м. 26.2.4 . Защитные и декоративные пленки Защитные и декоративные пленки используются для придания стеклу специальных свойств. Защитная пленка представляет собой прозрачную полимерную основу с нанесенным на нее специальным методом или в процес- се теплового вакуумного напыления специального слоя металлов (титана, меди, нержавеющей стали и т.д.). С другой стороны пленка имеет клеящий состав, обеспечи- вающий молекулярное сцепление со стеклом. Толщина пленок - от 112 до 380 мкм. Выпускаются как бесцветные (прозрачные), так и то- нированные (затемненные) защитные пленки. Все они имеют защитное покрытие от царапин. Пленку можно чи- стить любым моющим средством для стекла. Пленки наклеиваются непосредственно на внутреннюю поверхность стекла. Наклеенная специалистами, пленка не- различима на стекле и образует с ним единое целое. Основными функциями защитных пленок при их на- несении на стеклянную поверхность являются: увеличе- ние ударопрочности, придание свойств безопасного стекла, термоизоляция, защита от ультрафиолетового излучения, тонирование, придание стеклу односторонней видимости. Ударопрочность. Пленки толщиной 112 микрон и более в комплексе со стеклом способны выдерживать удар небольшим предметом типа бутылки, куска льда, камня и т.п. Пленки толщиной 225 микрон и выше пред- назначены для того, чтобы свести возможность проник- новения в помещение к нулю (даже с использованием та- ких специальных приспособлений как молоток, топор, стальной прут и т.п.). Стекло толщиной 5 мм с пленкой толщиной 300 мкм сертифицировано Госстандартом Рос- сии по классу защиты А1, с комплектом пленок общей толщиной 412 мкм - по классу защиты А2 и общей тол- щиной 680 мкм - по классу защиты АЗ. Безосколочность. Даже незначительной толщины пленки позволяют сделать стекло безопасным. Разбитое стекло не рассыпается на осколки, а остается на пленке. Рекомендуется использовать пленки в конструкциях стек- лянных крыш и фонарей верхнего света для уменьшения опасного потенциала падающих вниз осколков, образую- щихся при разрушении остекления. Термоизоляция. Пленки с металлическим напылени- ем обладают способностью отражать инфракрасные (теп- ловые) лучи, что позволяет избегать перегрева помеще- ний в жаркое время (часть тепловой энергии солнечного
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 561 излучения отражается стеклом) и уменьшать теплопоте- ри зимой (препятствуя передаче тепла через стекло). Защита от ультрафиолетового излучения. Солн- цезащитная пленка отфильтровывает до 99% ультрафио- летового излучения, причем УФ-лучи поглощаются не только тонированными, но и прозрачными пленками. Зеркальность. Благодаря зеркальным свойствам некоторых типов напыления возможно создание эффекта односторонней просматриваемости. Сохраняется сво- бодный просмотр через стекло изнутри и при этом прак- тически полностью устраняется возможность просматри- вания помещения снаружи. 26.3. Окна и балконные двери 26.3.1. Общие положения Окно - элемент стеновой или кровельной конструк- ции. предназначенный для сообщения внутренних поме- щений с окружающим пространством, естественного ос- вещения помещений, их вентиляции, защиты от атмос- ферных, шумовых воздействий, состоящий из оконного проема с откосами, оконного блока, системы уплотнения монтажных швов, подоконной доски, деталей слива и об- лицовок (ГОСТ 23166-99). Конструкция оконного блока состоит из стационар- ной коробки (рамы) и закрепленных на ней подвижных переплетов (створок), в которые вставляются стекла или стеклопакеты. Для членения окна и обеспечения жестко- сти конструкции применяются дополнительные элемен- ты: вертикальные и горизонтальные импосты. Горизон- тальные импосты также называются поперечинами, или Рис. 26.3. Формы окон средниками. С внешней стороны окна располагается от- лив, который препятствует проникновению воды между створкой и рамой. Слишком маленькие окна делают комнату темной и неуютной: большие окна иногда заставляют чувствовать себя как в стеклянном доме, где теряется чувство защи- щенности. При проектировании важно правильно назна- чать размеры, форму и расположение окон. Оптимальные условия освещения достигаются при ширине окон, равной 55% ширины жилой комнаты. Для того, чтобы, не прилагая дополнительных усилий, можно было выглянуть наружу, верхний край подоконной стенки должен находиться на высоте 90...100 см от пола. В зави- симости от высоты помещения верхний край оконного проема должен быть на высоте 200...220 см, оставляя вверху место для встраивания оконной перемычки, креп- ления гардин, ролетной коробки. Габаритные размеры окон и балконных дверей, нашедших в практике преиму- щественное применение, даны в табл. 26.1. Современные окна могут иметь самую разнообраз- ную форму (рис. 26.3}: прямоугольную, трапециевидную, треугольную, с полукруглой и арочной верхней частью и даже круглую. По количеству створок окна, в зависимости от их размеров, могут быть одно-, двух- и трехстворчатыми. По типу открывания (рис. 26.4) окна подразделя- ются на: • распашные (створки поворачиваются вокруг вертикальной оси); • подвесные (створки поворачиваются вокруг верхней горизонтальной оси); Таблица 26.1. Рекомендуемые габаритные размеры окон и балконных дверей Элементы Габариты, Для жилых | Для общественных дм i зданий: зданий Окна высота 6; 9; 12; 15; 18 12; 18; 21 ширина 9; 12; 13,5; 15; 18; 21 9:12; 13,5; 15: 18; 21; 24: 27 Балконные высота 22; 24 28 двери ширина 7,5; 9 9; 12; 18 Рис. 26.4. Способы открывания окон: а - распашное; б - подвесное; в - откидное; г - поворотно-от- кидное; д. е - среднеповоротные; ж - раздвижное; з - глухое (неоткрывающееся)
562 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • откидные (створки поворачиваются вокруг ниж- ней горизонтальной оси); • поворотно-откидные (створки поворачиваются вокруг вертикальной и горизонтальной нижней осей); • среднеповоротные (створки поворачиваются вокруг средней вертикальной или горизонтальной осей); • раздвижные (створки перемещаются в горизон- тальном направлении); • подъемные (створки перемещаются в вертикаль- ном положении); • глухие (неоткрывающиеся). Возможности открывания тесно связаны с конструк- тивными особенностями фурнитуры. Изобретение пово- ротно-откидной фурнитуры явилось в свое время большим событием в конструировании окон. Соединение в одном термине двух понятий (поворот и откидывание) соответ- ствует сути явления. Одну и ту же створку (при определен- ном положении ручки) можно открыть, повернув вокруг вертикальной оси, либо откинуть на нижнем подвесе, в результате чего образуется щель для проветривания. Распашные окна могут открываться внутрь помеще- ния или наружу и быть как с импостом, так и без него. Для фрамуг подходит только откидной тип открыва- ния, причем существуют различные варианты фрамужной фурнитуры, позволяющей управлять открыванием в зави- симости от размеров и конструктивных особенностей окна. По типу конструкции переплетов окна могут быть (рис. 26.5): • с одинарными переплетами; • со спаренными переплетами; • с раздельными переплетами; • с раздельно-спаренными переплетами. По виду остекления для зданий применяют окна: • с одинарным остеклением (только для неотапли- ваемых зданий); • с двойным остеклением (отдельные стекла или стеклопакет); • с тройным остеклением (стекло плюс однока- мерный стеклопакет или двухкамерный стеклопакет); • с четверным остеклением (два однокамерных стеклопакета). Требования к окнам. Окна должны пропускать в по- мещение достаточно света, обеспечивать проветривание помещений и одновременно защищать от непогоды, тем- пературных воздействий, шума и пыли. Конструкции окон должны быть удобными в эксплуатации, прочными, дол- Рис. 26.5. Схемы окон по конструкции переплетов и остеклению: а - одинарный переплет и двойное остекление; б - спаренный переплет и двойное остекление; в - раздельные переплеты и двойное остекление; г - то же, тройное остекление; д - раздель- ные переплеты и четверное остекление; е - раздельно-спарен- ные переплеты и тройное остекление говечными, соответствовать архитектурному замыслу фасада и интерьера. Светопропускание - основная функция окна. В со- ответствии со СНиП «Жилые здания», естественное осве- щение должны иметь жилые комнаты, кухни, неканализи- рованные уборные, входные тамбуры, лестничные клетки, общие коридоры, помещения общественного назначения в общежитиях. При этом отношение площади световых проемов к площади пола помещения, как правило, не должно превышать 1 : 5,5. Минимальное отношение дол- жно быть не менее 1 :8, для мансардных окон допускает- ся отношение 1:10. Теплоизоляция - важная функция окна, которая обеспечивает комфортные условия внутри помещения. Основными факторами, влияющими на теплотехнические качества окна, являются: • размер окна; • материал оконного блока; • тип остекления (в том числе наличие специаль- ного стекла и газа в стеклопакете); • местоположение и количество уплотнителей в системе рама/створка. Недостаточные теплотехнические свойства окон при- водят к появлению холодного излучения и возможности появления конденсата на самих окнах или в зоне их при- мыкания к другим конструкциям. Это может происходить и в результате плохого уплотнения стыков рамы и створки. Сопротивление теплопередаче окон нормируется СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Звукоизоляция окна зависит от: количества и тол- щины стекол, толщины воздушного промежутка и плотно- сти притвора. Увеличение количества стекол не всегда приводит к желаемому результату. Звукоизоляция с трой- ным остеклением повышается в том случае, если среднее стекло приближено к одному из крайних. С точки зрения акустики более целесообразным является увеличение толщины стекол и промежутка между ними. При решении вопроса о повышении звукоизоляции окон приходится сталкиваться с проблемой обеспечения притока воздуха в помещение при закрытых окнах. Со- вершенно очевидно, что в случае, когда для вентиляции открываются форточки, не имеет смысла усиливать зву- коизоляцию окна. Шумозащитные окна имеет смысл при- менять с вентиляционными элементами, обеспечиваю- щими требуемое снижение шума в режиме вентиляции. Вентиляция. В жилых домах обычно применяется нижеследующая схема вентиляции квартир. Отработан- ный воздух удаляется непосредственно из зоны его наи- большего загрязнения (из кухонь и санузлов) посред- ством естественной вытяжной канальной вентиляции. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, посту- пающего через негерметичности наружного ограждения (в основном, окон) и посредством проветривания всех помещений. Современные окна, обладающие повышенной герме- тичностью, не позволяют в закрытом состоянии обеспе- чить необходимый приток свежего воздуха в помещение. Поэтому задача обеспечения нормального воздухообме- на помещений является одной из важных. Создание нормального влажностного режима в помещениях. Вентиляция необходима не только для обеспечения поступления в помещение свежего воздуха, но и удаления из него излишков влаги, образующейся в процессе жизнедеятельности. В случае высокой влажно-
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 563 сти возможно выпадание конденсата на внутренней сторо- не окон, а следствием систематически высокого содержа- ния пара в воздухе является появление плесени на мебе- ли, стенах и потолках. Кроме того, избыточная влажность воздуха негативно сказывается на самочувствии людей. 26.3.2. Конструкции с переплетами из дерева Древесина является материалом, традиционно при- меняемым в изготовлении окон, так как ее природные свойства во многом отвечают требованиям, предъявляе- мым к оконным блокам. К достоинствам натуральной дре- весины относятся: высокая прочность при небольшой плотности; низкая теплопроводность и звукопроводность; высокая морозостойкость; низкий коэффициент темпера- турного линейного расширения. К недостаткам можно отнести наличие пороков (суч- ки, трещины, смоляные карманы и др.), гигроскопичность и горючесть. Современные деревянные окна имеют ряд принципи- альных отличий от традиционных окон, применявшихся в массовом строительстве до недавнего времени. Они от- личаются, прежде всего, высоким качеством древесины за счет специальной ее обработки, которая снижает де- формации конструкции при изменении температурно- влажностного режима воздуха в течении годового цикла, а также развитой системой уплотнений, отвода атмос- ферной влаги и современной фурнитурой. Для производства оконных блоков используется дре- весина как хвойных (сосна, ель, лиственница, кедр), так и лиственных (дуб и др.) пород. Каждая порода дерева име- ет свои специфические свойства, поэтому применение древесины разных пород в одном оконном блоке не до- пускается. Деревянные оконные профили могут изготавливать- ся из массива или из клееного бруса. Для получения из- делий заведомо высокого качества использование клее- ного бруса предпочтительнее. Данная технология позво- ляет отсортировать материал, имеющий пороки, и макси- мально использовать наиболее ценную ядровую часть древесины. Клееный брус не имеет сплошных протяжен- ных волокон, а поэтому менее подвержен короблению и деформациям изгиба. Превращение заготовленных брусьев в оконные про- фили заданного сечения осуществляется на автоматизи- рованных технологических линиях. Готовые профили под- вергаются специальной пропитке, повышающей стой- кость древесины по отношению к огню и гнили. Из пропи- танных профилей собираются оконные рамы и перепле- ты, которые затем подвергаются окончательной защитно- декоративной отделке для получения оконного блока с естественной структурой древесины. Чисто деревянные окна все реже применяются в со- временной практике по сравнению с окнами, где исполь- зуются разнообразные отливы из алюминиевых профи- лей. Конструкция такого окна показана на рис. 26.6. Плотность примыкания окон достигается за счет при- менения специальных водоотводных устройств (водо- слива) и уплотняющих профилей. Слив выполняет свою функцию благодаря двойному упору (иногда с резиновым уплотнением), он обеспечивает проветривание, имея от- верстие для свободного прохождения воды (см. рис. 26.6). Уплотнительный профиль обеспечивает плотность примыкания в течение длительного времени, поэтому он должен быть изготовлен из материала, отвечающего са- мым высоким требованиям. В качестве уплотнителей для стекол и стеклопакетов используется герметик (силико- новая мастика) либо устанавливается уплотнительный профиль, причем предпочтение отдается последнему, так как профили легче установить и впоследствии легко за- менить. Для этого лучше всего подходят профили из термопластичных эластомеров (ТПЭ) или силиконовые уплотнители, которые отличаются способностью выдер- живать воздействие температур в широком диапазоне. Для уплотнения коробки и створок также применяют- ся силиконовые уплотнители, термопластичные эласто- меры либо уплотнители из синтетического каучука, рези- ны (EPDM) и других материалов. Для членения остекления, придания выразительнос- ти и оригинальности окнам, а следовательно, и фасадам, архитекторами всегда использовались горбыльки. Наря- ду с обычными применяются также горбыльки «ложные», т.е. имитация этих элементов окна. Возможны различные варианты их установки: в стеклопакете, на стеклопакете и их комбинации. Наряду с деревянными, разработаны и применяются металлические и пластмассовые профили. Вентиляционные панели позволяют проветривать помещение, оставляя окно закрытым. Они монтируются в оконной раме или устанавливаются рядом. Размеры и дизайн вентиляционных панелей могут быть различными. Снаружи вентпанели закрываются деревянной или алю- миниевой решеткой, снабженной фильтром от пыли и сеткой от насекомых. Изнутри могут закрываться изоли- рующей панелью. Для поддержания небольшого контролируемого при- тока воздуха в помещение используются щелевые вен- тиляционные клапаны. Они устанавливаются в верхней Рис. 26.6. Поперечное сечение деревянного окна с одинарной створкой и двухкамерным стеклопакетом: 1 - стеклопакет; 2 - открытое крепление штапика с силиконовым герметиком; 3 - клееный профиль створки; 4 - водозащитный алюминиевый профиль; 5 - уплотнитель; 6 - фурнитура; 7 - во- доотлив; 8 - защитное покрытие; 9 - выборка подоконной чет- верти; 10 - выборка под отлив
564 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ части оконной рамы и регулируются механически путем открывания и закрывания задвижки. Конструктивные схемы деревянных окон. Совре- менные деревянные окна могут быть с одинарными, спарен- ными, раздельными и раздельно-спаренными створками. Оконные блоки с одинарными створками (см. рис. 26.6) обычно выполняют с установкой однокамерного или двухкамерного стеклопакета. Они удобны в эксплуатации. Теплоизоляционные свойства профиля зависят от его ширины (толщины) и породы дерева, из которого про- филь изготовлен. Оконные блоки со спаренными створками (рис. 26.7) состоят из наружных и внутренних створок, соединен- ных (спаренных) между собой. При этом внутренняя створ- ка навешивается на коробку. Соединенные между собой стяжками, створки составляют как бы один переплет, кото- рый имеет повышенную жесткость. Для чистки стекол створки разъединяют. В качестве остекления можно уста- навливать как два обычных стекла (1 + 1), так и стекло в на- ружную створку, а во внутреннюю - стеклопакет (1 + 2). Открывание окон с одинарными и спаренными створ- ками с помощью фурнитуры может быть любым: поворот- ным. откидным (с верхним или нижним подвесом), пово- ротно-откидным, вращающимся или раздвижным. В од- ной коробке возможна установка створок с различными способами открывания. Наиболее часто при двухстворча- том окне с фрамугой применяется поворотное открыва- ние одной створки, поворотно-откидное другой и откид- ное - фрамуги с нижним подвесом. Оконные блоки с раздельными створками (рис. 26.8) состоят из коробки, в которой на некотором расстоя- нии закреплены створки. Возможны варианты остекления 1 + 1 или 1 + 2. В современных конструкциях фурнитура по- зволяет открывать обе створки одной ручкой. Но возможно- сти открывания ограничены - поворотно-откидной способ невозможно использовать из-за большой ширины коробки. Преимущество двухстворчатых конструкций состоит в том, что только наружная створка подвергается воздей- ствию ветра, дождя и снега. Для того, чтобы на внутрен- ней поверхности стекла у внешней створки не образовы- вался конденсат, в уплотнениях устраивают прорези для вентиляции Между створками можно устанавливать жалюзи, при этом ручка управления выводится внутрь помещения или применяется дистанционный способ управления. Рис. 26.7. Сечение деревянного окна со спаренными подвесны- ми створками Оконные блоки с раздельно-спаренными створ- ками (рис. 26.9) являются комбинированными оконными конструкциями, при этом наружная створка - одинарная, а внутренние - спаренные. Окна с двойными переплетами (с раздельными и раз- дельно-спаренными створками) обладают следующими достоинствами: • достигается значительное улучшение звуко- и теп- лоизоляции и практически исключается конденсация влаги; • внутренний переплет поддерживает и усиливает наружный переплет в случае механического на него воз- действия; к тому же внутренний переплет практически не подвергается разрушающему воздействию неблагопри- ятных погодных условий; • остекление с внутренней стороны наружной рамы повышает долговечность деревянной конструкции окна. Окна с двойными переплетами (створками) значи- тельно дороже, чем окна с одинарными створками. При выборе конструкции окна необходимо руководствоваться принципами разумной достаточности - порой нет необ- ходимости применять окно или балконную дверь услож- ненной конструкции, если более простые и дешевые кон- струкции отвечают нормативным требованиям. 26.3.3. Конструкции с переплетами из ПВХ Окна из поливинилхлорида (ПВХ) или, как их еще на- зывают, пластиковые (металлопластиковые) окна широко применяются в России. А первые пластиковые окна по- явились в 1960-х гг. в Германии, где было освоено про- мышленное производство ПВХ. Поливинилхлорид - материал, относящийся к груп- пе термопластов. Чистый ПВХ на 43% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% из связанного хлора, по- лучаемого из поваренной соли. Для производства оконных профилей в порошкообразный ПВХ добавляют стабилиза- торы, модификаторы, пигменты и вспомогательные добав- Рис. 26.8. Деревянный оконный блок с раздельными створками: а - вертикальный разрез; б - горизонтальный разрез; в - то же, промежуточного импоста
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 565 ки для придания таких свойств как светостойкость, устой- чивость к атмосферным воздействиям, цветовой оттенок, качество поверхности, свариваемость и др. Пластиковые окна можно применять в промышлен- ных, общественных и жилых зданиях, никаких гигиениче- ских ограничений по их применению нет. ПВХ является трудновоспламеняющимся и самогася- щимся материалом. Он устойчив к воздействию кислот, щелочей, атмосферным влияниям. При понижении температуры модуль упругости ПВХ повышается, а следовательно, растут и его прочностные характеристики на растяжения, сжатие и изгиб. Однако при этом увеличивается его хрупкость (падает ударная вязкость), поэтому при монтаже пластиковых окон в зим- нее время риск разрушения ПВХ достаточно велик. С повышением температуры поливинилхлорид посте- пенно размягчается, падает прочность на сжатие и изгиб. Резкое снижение прочностных свойств ПВХ начинается с температуры +40'С, а вблизи +80"С находится точка его раз- мягчения. В связи с этим применение ПВХ-окон недопусти- мо в помещениях с повышенным температурным режимом. По своей конструкции ПВХ-окна в общих чертах не отличаются от деревянных. Только для изготовления от- дельных элементов применяются не сплошные бруски, а полые многокамерные пластиковые профили (рис. 26.70), получаемые методом экструзии. Экструзия полимеров - способ изготовления профи- лированных изделий большой длины из пластмасс и ре- зин, который заключается в непрерывном выдавливании размягченного материала через отверстия определенно- го сечения. Осуществляется в экструдерах, чаще всего шнековых. Профили поставляются длиной обычно 6,5 м. На сбо- рочном участке они нарезаются под необходимый раз- мер. Затем профили армируются усилительными элемен- тами, в них фрезеруются необходимые отверстия (для отвода воды, проветривания, крепления фурнитуры). Соединение отдельных профилей рамы и створок про- изводится сваркой встык при помощи нагревательного элемента. Крепление импоста осуществляется с помощью механических соединителей (рис. 26.17), а штапик просто вщелкивается в соответствующие пазы рамы или створки. Сваренные рамы и створки поступают на следующую операцию - установку уплотнений. Средние уплотнитель- ные прокладки устанавливаются в большинстве случаев са- Рис. 26.10. Элементы и функциональные размеры ПВХ-профилей: 1 - главный профиль (коробка); 2 - главный профиль (створка): 3 - доборный профиль (штапик); 4 - стеклопакет; 5 - уплотняющая прокладка; 6 - базовая подкладка; 7 - опорная (дистанционная) подкладка; 8 - усилительный вкладыш (арматура); а - зазор в при- творе; b - высота в притворе; с - фальцлюфт; d - высота фалыд- люфта остекления; g - высота защемления стеклопакета Рис. 26.11. Механическое соединение рамы с импостом: 1 - профиль рамы; 2 - профиль импоста; 3 - соединитель; 4 - винт; 5 - отверстия; 6 - шайба Рис. 26.9. Оконный блок с раздельно-спаренными створками
566 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ мими производителями профилей. Другие виды уплотните- лей вставляются вручную с помощью специальных роликов. Последняя операция - окончательный монтаж. Уста- новка стеклопакетов производится в вертикальном поло- жении на специальном стенде. Стенд жестко фиксирует окно по вертикали и горизонтали, что позволяет правиль- но установить стеклопакеты и фурнитуру Для изготовления полукруглых и стрельчатых форм окон (рис. 26.12) применяются гибочные установки. Из всех оконных материалов ПВХ обладают наибольшими возможностями изгибания с различными радиусами кри- визны. Но это является сложной операцией. При изготов- лении окна с открывающейся арочной створкой достаточ- но трудно выдержать совпадение радиуса изгиба рамно- го и створчатого профилей, к тому же изогнутые профили не могут быть проармированы как прямолинейные. При эксплуатации таких окон могут возникать температурные деформации неармированного ПВХ, приводящие к про- блемам плотного притвора. В настоящее время предлагается достаточно широ- кий выбор расцветок поверхности пластиковых профи- лей - от однотонных цветов: красного, зеленого, синего, голубого до различных декоров, в том числе с имитацией под дерево. Применяются несколько способов окраски (отделки) профилей из ПВХ: II И И II Рис. 26.12. Окна из криволинейных ПВХ-профилей • окрашивание в массе (белые и коричневые); • коэкструзионный; • ламинирование акриловой пленкой; • акриловое лакирование; • напыление. Самый надежный, долговечный и устойчивый к ат- мосферным воздействиям способ - коэкструзионный, являющийся результатом совместной экструзии акрила и ПВХ, который позволяет получить акриловое покрытие на поверхности профилей в различных цветовых тонах тол- щиной 0,5 мм. Для решения технических и архитектурных задач про- изводители профилей выпускают большую номенклатуру изделий, из которых легко собираются элементы разной формы и размеров. Всю номенклатуру изделий можно условно разделить на две большие группы [рис. 26.13): основные профили и вспомогательные (дополнительные). Профили, предназначенные непосредственно для из- готовления окон, т.е. рамы, створки, импосты, штульпы относятся к группе основных изделий профильной си- стемы. Обычно производители выпускают 5...7 разно- видностей основных профилей каждого вида (назначе- ния) с различными показателями по теплотехнике, стати- ке, дизайну. Вспомогательные (доборные) профили выпуска- ются для расширения архитектурных возможностей ПВХ- окон и для их быстрого и удобного монтажа. Вспомога- тельные профили по функциональным признакам можно разделить на несколько групп: • профили, служащие для увеличения архитектур- ной выразительности окон: штапики; горбыльки для чле- нения остекления (рис. 26.14): соединители; поворотные профили; декоративные накладки и т.д.; • профили, используемые для монтажа окон; отде- лочные; пороги; удлинители; нащельники; отливы-соеди- нители; профили для ставней и т.д.; • реставрационные профили, закрепляемые на су- ществующую коробку старого окна без ее демонтажа; • профили-усилители, применяемые в случаях, когда импост или соединительный профиль не проходят по статическому расчету. Из изделий профильной системы могут собираться окна практически любой конфигурации, любого цвета и с любым типом открывания - как с импостом для двух- створчатых окон или окна и балконной двери (рис. 26.15), так и без него, с так называемой нащельной манжетой, или штульпом (рис. 26.16). Соединители - профили, предназначенные для со- единения оконных (белконных) дверных коробок друг с другом в конструкциях, состоящих из двух и более рам. Соединители могут быть предназначены для стыковки профилей под разными углами, а их тип подбирается, как правило, с учетом требований оконной статики (рис. 26.17). Эти профили незаменимы при изготовлении боль- ших окон, ленточного(горизонтального и вертикального) остекления, а также эркеров разной формы (рис. 26.18). Расширители - профили, предназначенные для уве- личения высоты оконной коробки, что часто бывает необ- ходимо, например, при установке окон в старых зданиях с большими четвертями, при выполнении цоколей киос- ков, при монтаже балконных дверей (рис. 26.19) и т.д. Расширители могут быть такой же ширины, как оконная коробка или уже. Например, меньшие по ширине расши-
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 567 рители используются для присоединения наружных отли- вов или подоконников. Отливы-соединители — профили, предназначенные для эффективного отвода воды от оконной конструкции и для присоединения наружных отливов и подоконников. Могут использоваться также самостоятельно для того, чтобы избежать затекания воды под раму. Рис. 26.14. Примеры элементов, декорирующих большие поверх- ности остекления окна: а - накладка на клею; б - крестовина; в - двухсторонние наклад- ки с дистанционными планками Рис. 26.13. ПВХ-профили и узлы сопряжений (АДЕПЛАСТ); а - профиль коробки; б - импост, в - створки; г - штапики, д - армирующий стальной профиль; е - уплотнители; ж - подкладка под стеклопакет; з - узел « коробка-створка»; и - узел «импост- створка»; к - узел глухого остекления в импост; л - то же, в ко- робку; 1 - коробка; 2 - створка; 3 - импост; 4 - штапик; 5 - под- кладка; 6 - уплотнитель Рис. 26.15. Варианты узла блокировки оконного и балконного дверного блока: 1 - оконный блок; 2 - дверной блок; 3 - стяжной шуруп; 4 - сили- коновый герметик; 5 - нащельник; 6 - уплотнительная прокладка
568 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Отделочные - различного вида облицовочные про- фили для отделки оконных откосов. Могут быть и отдель- ные профили: уголки, наличники, заглушки и т.д. Пороги - делаются из алюминия, но входят в про- граммы поставщиков ПВХ-профилей. Пороги делятся на пороги для входных дверей и накладные защитные про- фили для балконных дверей (рис. 26.20). Профили для ставней - это направляющие, ламели, коробки и т.д. В комплекте с системами ПВХ-профилей по- ставляются, как правило, рольставни (жалюзийные ставни). В отличие от деревянных окон, где широкое распространение получила система двойных створок (спаренных или раздельных), в ПВХ-окнах, в основном, применяется одинарная створка с однокамерным (рис. 26.21) или двухкамерным стеклопакетом. В пластиковых окнах конструкция с двойными створ- ками (раздельными переплетами) также применяется (рис. 26.22), но хотя эта система и дает улучшение техни- ческих характеристик, экономически ее применение не всегда оправданно. Конструктивные особенности ПВХ-профилей. Как уже упоминалось, профили из ПВХ имеют внутри полые камеры, заполненные воздухом. Камера - это замкнутая внутренняя полость (система полостей) профиля, распо- ложенная перпендикулярно направлению теплового пото- ка. Камера может состоять из ряда подкамер, разделен- ных перегородками. Камеры выполняют различные функ- ции, например, для установки усиливающих вкладышей или в качестве каналов самовентиляции. Основные про- фили выпускаются с тремя, четырьмя или пятью камера- ми. Количество, размеры и расположение камер опреде- ляются техническим расчетом. В профилях имеются дополнительные пазы, которые служат для установки штапика, фурнитуры и для крепле- ния дополнительных элементов. Толщина стенок профи- лей, в зависимости от их расположения, составляет 1.5...3 мм. Большая камера называется основной, она служит для установки усилительного вкладыша {армирующего профиля), поскольку изделия из ПВХ под действием вы- соких температур и внешних нагрузок изменяют свою форму, увеличиваются в размерах и деформируются. Сечение усилительного вкладыша и толщина его сте- нок рассчитываются по требованиям статики. Они могут иметь разную форму - как П-образную, так и замкнутую прямоугольную. Толщина стенок может быть разной - от 1 до 3 мм. Изготавливаются усилительные (армирующие) вкладыши из оцинкованной гнутой стали (основной вари- ант), из алюминия, стеклопластика. Рис. 26.17. Виды соединений ПВХ-профилей: а - стандартные; б - соединительные профили; в - то же, с уси- лением; г - соединитель для прямого угла; д, е - соединитель- ные профили для переменного угла; 1 - силикон; 2 - армирова- ние гнутым профилем; 3 - стальная пластина Рис. 26.16. Створки со штульпом (варианты)
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 569 Рис. 26.18. Детали остекления эркеров (КВЕ). 1 — профиль коробки; 2 - профиль соединительный под 90'; 3 - профиль соединительный поворотный; 4 — профиль цилиндрический; 5 - промежуточный профиль; 6 - арматурный вкладыш; 7 - уплотняющая прокладка; 8 - винт; 9 - расширительный профиль; 10 - бутиловая лента; 11 - утеплитель; 12 - облицовочный кирпич; 13 - перегородка; 14 - гипсокартон; 15 - облицовочный уголок
570 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ При сильном ветре и дожде отдельные капли могут проникнуть на дно фальца стеклопакета или рамы. Для отвода этой воды дно фальца имеет наклон к наружному краю или специальную выемку. Далее вода через специ- альные дренажные отверстия в стенках профилей рамы и створки попадает в дренажные камеры, откуда выво- дится наружу. На рис. 26.23 показана комбинация рамы и створки системы VEKA в нижней части окна. Наружная камера как рамного, так и створчатого профиля заполнена полиуре- тановой пеной для теплоизоляции, а дренажная камера как таковая находится полностью в теплой зоне. Из рам- ного профиля вода стекает по подставочному профилю, который может быть также утеплен. Для крепления фурнитуры (петель), соединяющей раму и створку, существуют специальные камеры для крепления фурнитуры. Наличие таких камер обусловле- но тем, что винты крепления должны проходить как мини- мум через две стенки ПВХ с общей толщиной стенок ми- нимум 5 мм. Рама и створка могут располагаться по отношению друг к другу по-разному, что хорошо видно на рис. 26.24. Наруж- ные поверхности рамы и створки могут быть в одной плос- кости, смещены частично или полностью. При расположе- нии рамы и створки вровень профиль створки дает возмож- ность устанавливать стеклопакеты большей толщины. Для крепления штапика в створке и в раме пре- дусматривается паз. В раме он используется в том слу- чае, если окно глухое и, следовательно, остекление уст- раивается прямо в раму. Профиль штапика может быть самым разным, что обусловлено архитектурным замыс- Рис. 26.20. Балконная дверь, открывающаяся наружу Рис. 26.19. Балконная дверь, выполненная с расширительным ПВХ-профилем (VEKA) Рис. 26.21. Размеры ПВХ-окна с одинарной створкой: А - габарит створки: В - размер под приборы; С - фалец створ- ки; D - стеклопакет створки; Е - световой проем створки; F - световой проем коробки; G - стеклопакет коробки (при глухом остеклении); Н - фалец коробки Рис. 26.22. Конструкция ПВХ-окна с раздельными створками (VEKA)
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 571 лом. Крепление штапиков чаще всего производится пу- тем вдвигания в паз, что позволяет при необходимости заменить остекление. На штапике также обычно находится паз, куда встав- ляется уплотнитель, плотно прижимающий стеклопакет. В последние годы возросло применение систем с дополни- тельно экструдируемыми элементами уплотнения, кото- рые образуют неразрывное целое с самим штапиком. Уплотняющие прокладки (профили) устанавлива- ются не только в области штапика, но и в створке для крепления стекла с другой стороны, а также между рамой и створкой для более плотного примыкания друг к другу (для обеспечения воздухо- и водонепроницаемости). Возможны различные варианты уплотнений плоско- сти между рамой и створкой, что обусловлено техниче- скими и архитектурными причинами (рис. 26.25): 1 ) наружное уплотнение (в раме) и внутреннее уплот- нение (в створке) - уплотнение по притвору; 2 ) среднее уплотнение, дополненное внутренним уп- лотнением (в створке); 3 ) тройное уплотнение представляет собой комбина- цию двух предыдущих; используется для повышения зву- коизоляции. Способы установки ПВХ-окон в проемы стен различ- ных современных конструкций достаточно подробно по- казаны на рис. 26.26. Террасные (панорамные) двери могут иметь не толь- ко распашной вариант открывания, но также быть раздвиж- ными (в том числе параллельно-раздвижными, подъемно- раздвижными) и складными раздвижными. Для любого ва- рианта открывания возможно применение откидывающих- ся створок, что позволяет проветривать помещения. Современные способы открывания не только органи- зуют выход на улицу (террасу) и обеспечивают освеще- ние помещения, но и позволяют объединять внутренние и наружные пространства (трансформирующиеся двери). Наиболее широкое применение панорамные двери находят в теплом климате. В средних широтах их можно Рис. 26.23. Профили рамы и створки с пенополиуретановым за- полнением (VEKA): 1 - наружные камеры; 2 - дренажные камеры; 3 - подставочный профиль; 4 - водоотвод использовать в качестве внутренних дверей, связываю- щих пространство зимнего сада и, например, гостиной. Раздвижные террасные двери предназначены для многостворчатых остекленных ограждений. Их конструк- ция аналогична конструкции раздвижных окон. Заполнение остекленной части может быть выполнено в виде стекло- пакета. Возможны различные варианты комбинаций не- подвижных и раздвижных створок. Обычно данная систе- ма применяется в тех случаях, когда к звуко- и теплоизо- ляции не предъявляются максимальные требования. Рис. 26.24. Расположение ПВХ-профилей рамы и створки по от- ношению друг к другу: а - вровень; б - частично смещены; а - полностью смещены б Рис. 26.25. Системы уплотнения рамы и створки: а - даухконтурная; б - трехконтурная
572 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 26.26. Установка ПВХ-окон в проемы стен: а - с наружной штукатуркой; б - с наружной облицовкой кирпи- чом; в - то же, вентилируемого типа; г - из трехслойных бетон- ных панелей; 1 - профиль оконной коробки; 2 - расширительный профиль; 3 - уплотнительный шнур; 4 - утеплитель; 5 - налич- ник; 6 - пароизоляция: 7 - силиконовый герметик; 8 - уплотняю- щая прокладка; 9 - антисептированный брус; 10 - гидроизоля- ция; 11 - монтажный анкер; 12 - гипсокартон; 13 - окрасочная пароизоляция; 14 - антисептированная доска
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 573 Подъемно-раздвижные двери (рис. 26.27) функци- онируют по принципу «поднять - задвинуть - опустить». В зависимости от установленных приборов открывания их полотна могут раздвигаться после легкого приподнима- ния, а также откидывания на нижнем подвесе. Параллельно-раздвижные двери, помимо раз- движного варианта открывания, могут иметь откидные створки для обеспечения вентиляции. Современная фур- нитура позволяет применять как ручной, так и механиче- ский способы закрывания дверей. Складные раздвижные двери рис. 26.28) позволя- ют полностью открывать большие остекленные проемы и, по существу, представляют собой трансформируемую стену. Отдельные дверные элементы могут складываться гармошкой в относительно небольшой пакет, который сдвигается в сторону. С помощью специальных ответных планок складная раздвижная дверь прочно фиксируется в любом месте дверного проема. Каждая створка может использоваться как в качестве двери в поворотном поло- жении, так и служить для проветривания помещения в откинутом положении. Фурнитура складных раздвижных дверей дает возможность обес ечивать либо нижнее (по нижней направляющей), либо верхнее (по верхней на- правляющей) скольжение створок. 26.3.4. Конструкции с переплетами из алюминия Современные окна из алюминия достаточно разнооб- разны, а конструкция и дизайн позволяют применять их в различных зданиях - жилых, общественных и производ- ственных. Сочетание алюминиевых профилей с декора- тивными деревянными накладками со стороны помеще- ния расширяет области применения алюминиевых окон и позволяет им вписаться в любой интерьер. Преимуществами алюминиевых окон являются: • длительный срок службы (долговечность); • устойчивость к коррозии и деформациям; • стойкость к воздействию кислот, газов, ультра- фиолетового излучения; • возможность изготовления окон больших разме- ров, сложных форм, с различными способами открывания; • отсутствие необходимости в особом уходе. Алюминиевый профиль для производства окон, как правило, получают из трехкомпонентного сплава: алюми- ния (обеспечивает легкость и элегантный внешний вид); магния (усиливает прочность сплава); кремния (повыша- ет литейные свойства). Профили из алюминиевых сплавов получают методом прессования - путем механического продавливания заго- товки, нагретой до определенной температуры, через мат- рицу с заданным сечением. Поскольку алюминиевые спла- вы очень пластичны, такой метод прессования позволяет производить профили любого сложного сечения. При окраске алюминиевого профиля применяются две основные технологии: • нанесение покрытия гальваническим способом; • нанесение лакокрасочного покрытия. Гальванический способ позволяет получать прочное, стойкое к атмосферным воздействиям покрытие с низкой себестоимостью. Недостатки способа - вредное произ- водство и ограниченная цветовая гамма. Рис. 26.27. Подъемно-раздвижные террасные двери: а - общий вид; б - сечение Рис. 26.26. Складные раздвижные террасные даери: а - схемы; б - сечение; в - общий вид
574 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Способ нанесения лакокрасочных покрытий (способ порошкового покрытия) имеет большие возможности по цветовой гамме и не является экологически вредным. Краска представляет собой сухой порошок различного цвета, наносимый в специальной камере методом распы- ления на поверхность. В термокамере происходит поли- меризация, в результате чего образуется прочное эла- стичное покрытие с высокой адгезией. Алюминиевые профили могут быть сконструированы как однокамерными, так и многокамерными. Чаще приме- няются трехкамерные профили. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому выпускают два вида профилей, которые отлича- ются областью применения: 1 ) «холодный» профиль - профиль без изолирую- щей термовставки. Применяется при изготовлении окон неотапливаемых зданий; 2 ) «теплый» профиль - профиль с термоизолирую- щей вставкой. Применяется для окон отапливаемых жи- лых и нежилых зданий. В «теплых» профилях наружная и внутренняя оболоч- ки профиля соединены между собой термоизолирующей вставкой (изолирующими планками из армированного стекловолокном полиамида или политермида), которая прерывает поток тепла, обеспечивая, таким образом, луч- шую теплоизоляцию с сохранением свойств жесткости всего сечения. Полиамид, имеющий в 150 раз меньший коэффициент теплопроводности, чем алюминий, исключает возмож- ность промерзания профиля по горизонтальным стенкам- перемычкам. Вместе с тем он не уступает алюминию по прочностным характеристикам и поэтому обеспечивает совместную работу внутреннего и наружного профилей при восприятии ветровых нагрузок. Термоизолирующие вставки шириной 20...34 мм закатываются между алюми- ниевыми профилями на вальцово-закаточной линии. Для снижения конвективного теплообмена внутри профиля камеры между термоизолирующими вставками могут заполняться на заводе вспенивающимися матери- алами с низким коэффициентом теплопроводности или жесткими заполнителями. Практически все фирмы-производители алюминие- вого профиля выпускают несколько основных систем «хо- лодных» и «теплых» профилей: оконные, дверные, вит- ражные (фасадные) и специального назначения. В систему оконных и балконно-дверных профилей входят: рамный профиль; профиль для створок; штапик; импостный профиль; штулытовый профиль. Такой набор позволяет изготавливать как глухие, так и открывающие- ся окна одностворчатыми и двухстворчатыми, безимпост- ные и с импостом. Современная фурнитура обеспечивает окнам из алю- миния любой тип открывания: поворотный, откидной, по- воротно-откидной, раздвижной, а также надежное запи- рание (в том числе противовзломное). В конструкции окон из алюминиевых профилей при- меняется среднее уплотнение и уплотнение по притвору (внутреннее), что обеспечивает высокие характеристики по ветро-, водо- и звукопроницаемости. В качестве уп- лотнителей применяются (как и в других окнах), в основ- ном, EPDM. Рис. 26.29. Окно и балконная дверь с одинарным алюминиевым переплетом Рис. 26.30. Окно и балконная дверь с раздельными переплетами
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 575 По типу конструкции оконного блока алюминиевые окна могут быть с одинарными переплетами (рис. 26.29); со спаренными переплетами; с раздельными переплета- ми (рис. 26.30; 26.31). Общий вид окна, образующийся комбинацией из рамы и створки, не всегда желателен при архитектурном решении фасада, в особенности если фасад представля- ет собой сплошную остекленную конструкцию. Функция «окно» должна быть выполнена, но рама самого окна дол- жна быть адаптирована к структуре остекления фасада. В таких случаях используются блочные окна, сконструиро- ванные таким образом, чтобы неподвижная рама с наруж- ной стороны закрывала весь створный переплет (рис. 26.32). Поэтому окна снаружи смотрятся так, будто состо- ят лишь из одной рамы. Имея узкий и гладкий внешний вид, блочные окна могут применяться и в обычных стенах с отдельными проемами. Теплоизолированные взломозащитные окна из алюминия являются «безопасными» без дополнительно- го оснащения (например, решетки). Прочность алюминия и точность обработки препятствуют быстрому взламыва- нию с помощью рычага. Конструкция окна в раме осна- щается устройствами, препятствующими разъединению створки и рамы, а также цилиндровыми замками. Кроме того большое значение имеет специальное безопасное остекление (рис. 26.33). Пулестойкое окно (рис. 26.34) изготавливается из тяжелых (толстых) специальных профилей и специально- Рис. 26.31 Монтаж в стеновой проем окна с раздельными пере- плетами и двойным остеклением: 1 - монтажная пена; 2 - болт; 3 - гайка; 4 - винт с пружиной; 5 - профиль отлива; 6 - кронштейн; 7 - подоконник го стекла толщиной до 54 мм. Внешний вид и лицевая ширина соответствуют обычным алюминиевым окнам. Применяется трехкамерная конструкция профиля и сред- нее уплотнение. При весе створок до 130 кг окно оснаща- ется поворотно-откидными приборами. А если вес ство- рок доходит до 200 кг. то поворотно-откидная фурнитура применяется с кривошипной рукояткой. Подъемно-раздвижная панорамная дверь из алю- миниевых профилей (рис. 26.35 а; рис. 26.36) в закрытом положении плотно прилегает к коробке и таким образом высокогерметична, а в приподнятом - легко катится на роликах. Она приводится в действие одной рукой при по- мощи рукоятки подъемника. Двери изготавливаются из Рис. 26.32. Сечение блочного окна в остекленной наружной сте- не (SCHUCO) Рис. 26.33. Сечение взломостойкого окна (SCHUCO) Рис. 26.34. Сечение пулестойкойкого окна
576 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ термически разделенных профилей с двойным уплотнени- ем по периметру. Двери катятся на роликах по двухколей- ным направляющим шинам со вставками из нержавеющей стали. Двигаясь параллельно, они могут открываться на- право и налево. Размер полотна может достигать 2,2 м в ширину и 2,7 м в высоту, максимальный вес - 250 кг. Остекленные раздвижные двери целесообразно ис- пользовать в гостиницах, лечебно-курортных учреждени- ях, зимних садах частных домов. Отдельные секции складной раздвижной двери (рис. 26.35 г) складываются в относительно небольшой пакет, который легко сдвигается в сторону, что позволяет открывать на 90% большие остекленные проемы. Пакет полотен может складываться внутрь или наружу. Полотна крепятся к ведущему элементу и надежно двигаются на роликах сверху и снизу. Общая нагрузка полотен переда- ется на нижнюю направляющую. Запорные устройства сверху и снизу обеспечивают защиту от взлома. Размер полотна может достигать 1 м в ширину и 2,5 м в высоту, вес - 75 кг. 26.3.5. Конструкции с переплетами из стеклопластика Стеклопластик - стеклонаполненный термореактив- ный материал на основе полиэфирных смол. Получить профили различной конфигурации стало возможным с внедрением в практику процесса пултрузии. Этот про- Рис. 26.35. Террасные (панорамные) двери: а - подъемно-раздвижная; б, в - раздвижные; г - складная раз- движная цесс представляет собой протягивание через нагретую фильеру стекловолоконного материала, пропитанного термореактивной смолой. На выходе получается готовое изделие - оконный профиль, на который далее наносится окрасочное покрытие. Стеклопластиковые оконные блоки {рис. 26.37} могут применяться в жилых и административных зданиях, для остекления павильонов, веранд, лоджий и т.д. Особенности окон из стеклопластика: • высокие теплотехнические и прочностные свой- ства, позволяющие применять профили с меньшим коли- чеством воздушных камер, чем профили из ПВХ; • рама собирается с помощью саморезов с ис- пользованием герметика: • остекление стеклопластиковых окон может быть одинарным (одно стекло); двойным (однокамерный стек- лопакет); тройным (двухкамерный стеклопакет); Рис. 26.36. Вертикальное (а) и горизонтальное (б) сечения тер- расной раздвижной двери Рис. 26.37. Схема сборки оконной рамы из стеклопластика: 1 - стойка рамы; 2 - полка рамы; 3 - соединительный элемент; 4 - соединительная клипса; 5 - винт-саморез
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИИ 577 • по показателю прочности стеклопластик близок к алюминию, благодаря чему не требуется установка в профили усиливающих элементов; • незначительный коэффициент линейного расши- рения обеспечивает работу окна как единого целого (стекло в стекле); при перепадах температур в уплотне- ниях не образуются щели; • благодаря высокой точности изготовления, со- противление воздухопроницанию таких конструкций име- ет высокие показатели; • из стеклопластиковых профилей невозможно из- готовить окна с криволинейными очертаниями, так как они не гнутся. Установка окон из стеклопластика производится только в жесткий проем с возможностью крепления по всему периметру к металлическому или деревянному каркасу либо в проем каменной или бетонной стены. 26.3.6. Комбинированные конструкции Каждый материал, применяемый для изготовления окон, имеет свои достоинства и недостатки. Комбиниро- ванные окна - это способ использования положительных качеств каждого материала, обойдя его недостатки. Глав- ный фактор, который ограничивает сегодня применение комбинированных конструкций окон - это их стоимость. В комбинированных окнах используют следующие сочетания различных материалов; дерево + алюминий (медь); дерево + ПВХ; ПВХ + алюминий; алюминий + де- рево + ПВХ и др. Наиболее распространенными являются деревянно- алюминиевые окна. Дерево - материал с хорошими теплоизолирующими свойствами, вписывающийся в лю- бой интерьер, но требующий защиты от внешних воздей- ствий. Защитить деревянное окно снаружи металличе- ской накладкой или выполнить целиком наружную створ- ку из металла - рациональный способ продлить срок службы деревянного окна. Существуют два вида конструкции комбинированных деревянно-алюминиевых окон: Рис. 26.38. Деревянный оконный блок с алюминиевой наружной облицовкой 1 ) окно однорамное (с одинарным переплетом) с ис- пользованием алюминиевой оболочки, которая механичес- ки крепится к деревянному оконному профилю (рис. 26.38)', 2 ) окно двухрамное (с раздельным или спаренным переплетом), где возможны два варианта: • алюминиевая оболочка прикрепляется к внеш- ней деревянной оконной створке, при этом внутренняя створка остается без изменений; • окно состоит, по существу, из двух окон: дере- вянного внутреннего и алюминиевого внешнего (рис. 26.39 а), которые могут быть соединены между собой Скобами (рис. 26.396). Необходимо помнить о том, что металл намного чув- ствительнее к температурным колебаниям, чем дерево, по- этому с внутренней стороны на металле может скапливать- ся конденсат (в случае, если алюминиевая оболочка крепит- ся к деревянному профилю). Чтобы избежать этого, дерево отделяется от металла специальным изоляционным слоем, предотвращающим контакт конденсата и дерева. Существует и другая разновидность комбинирован- ных алюминиево-деревянных окон - алюминиевые окна с деревянными декоративными накладками из твер- Рис. 26.39. Комбинированные деревянно-алюминиевые окна: а - с раздельными створками; б - с соединенными створками Рис. 26.40. Деревянный оконный блок с ПВХ-накладками
578 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ дых пород дерева {дуба, бука и др.), закрывающими ме- таллический профиль изнутри помещения. Таким обра- зом окно снаружи защищено от атмосферных воздей- ствий и является долговечным и прочным, а внутри поме- щения воспринимается как теплое и живое, прекрасно сочетаясь с другими атрибутами интерьера. Применяются комбинированные окна, состоящие из следующих сочетаний материалов: • деревянные окна с пластиковой (ПВХ) оболоч- кой, которая выполняет функцию защиты древесины (рис. 26.40): • пластиковые окна с металлической накладкой, которая используется для декоративных целей и в каче- стве дополнительной защиты ПВХ-профилей. Разработана еще одна разновидность комбинирован- ных окон, которые состоят из трех разных материалов: • дерева, выполняющего декоративную функцию изнутри; • пластика, выполняющего функцию теплозащиты (средний слой); • металла, который защищает другие материалы от атмосферных воздействий. Такие окна еще не вошли в практику, с ними прово- дятся эксперименты и идут поиски оптимальных конст- руктивных решений. 26.4. Витражи Витражи различают по форме (рис. 26.41), разме- рам, ритму чередования остекленных ячеек, цвету и фак- туре прозрачного заполнения, материалу и отделке эле- ментов каркаса (переплетов). Все это определяет эсте- тическую значимость витражей в решении архитектуры фасадов и интерьеров зданий. Витражи могут быть с глухим остеклением или иметь открывающиеся элементы - створки, фрамуги, двери. На первом зтаже они могут включать элементы входов - входные двери и тамбуры. В зависимости от конструкции каркаса витражи бывают одинарными и двойными раздельными (расставленными). Одинарные витражи выполняют из металлических профилей, ПВХ-профилей с двойным или тройным остек- лением (с однокамерными или двухкамерными стеклопа- кетами). Двойные раздельные витражи (витрины) могу) быть: • проходными; • полупроходными; • непроходными. В проходных витражах расстояние между наружны- ми и внутренними элементами составляет 0,5...0,8 м. В витринах, предназначенных для экспонирования чего- либо, расстояние между остеклениями увеличивается до 1,5 м. Входы в межстекольное пространство проходных витражей устраивают из тамбура, а при отсутствии там- бура - с внутренней стороны помещения через каждые 15 м ограждения. Входы выполняют в виде створных эле- ментов шириной 400...800 мм, высотой 1500...2000 мм на вертикальном подвесе. В полупроходных витражах расстояние между на- ружными и внутренними элементами принимают 0,2...0,5 м, протяженность неоткрывающихся участков ос- текления - до 3 м. Между неоткрывающимися участками предусматривают створные элементы шириной не менее 0,6 м, через которые чистят остекление. В непроходных конструкциях наружные и внутрен- ние элементы сближают максимально с обеспечением разрыва «мостика холода». Для очистки поверхностей стекол предусматривают открывающиеся створки во всех ячейках витража. Конструкция двойного раздельного витража с оди- нарным остеклением как наружного, так и внутреннего ограждения, изготовленного из алюминиевых прессован- ных профилей серии СПЛ-03, представлена на рис. 26.42. Конструкции витражей могут устанавливаться как в от- дельные проемы, так и блокироваться в ленту по фасаду здания. Витражи могут иметь поворотные створки, фра- муги открываются ручным прибором или автоматически. Остекление витражей производится стеклом толщи- ной 5...6,5 мм с обязательной установкой фиксирующих и опорных подкладок. Закрепление витража в проем про- изводится посредством сварки стальных пластин верхне- го и нижнего узлов стоек к закладным деталям после про- верки правильности установки витража. Зазоры между стеной и конструкцией витража заполняются теплоизоли- рующими уплотнителями. Витражи с одинарными каркасами (одинарные ви- тражи) имеют наименьшую конструктивную толщину, что высвобождает часть объема здания для полезного исполь- зования. Применение для их остекления одно- и двухка- мерных стеклопакетов повышает теплоизолирующие каче- ства ограждений при сокращении расхода материалов на устройство. Современная конструкция витража из алюми- ниевых профилей с видимой их шириной 50 мм и остекле- нием стеклопакетами представлена на рис. 26.43. а Рис. 26.41. Виды витражей; а - простой ленточный; б - угловой: в - с наклонными ригелями; г - поворотный; д - с арочным завершением
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 579 60 Рис. 26.42. Характерные сечения витража из алюминиевых про- филей серии СПЛ-03
580 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ а б Рис. 26 43. Узлы самонесущего витража из алюминиевых про- филей: а - сборка узла • стойка-ригель»; б - опора стойки; в - установка стеклопакета в ригель; г - крепление ригеля к стойке под прямым углом, д - то же, под 67,5'; е - крепление ригеля к угловой стойке, ж - врезка окна; з - врезка двери; 1 - стойка; 2 - ригель; 3 - сухарь ригеля; 4 - винт-саморез; 5 - сухарь стойки; 6 - резиновая проклад- ка; 7 - пластина подпятника; 8 - стеклопакет; 9 - уплотнительная прокладка; 10 -декоративная планка; 11 - прижимная планка; 12 - ПВХ-подкладка; 13 - опорная пластина: 14 - термораэрыв; 15 - компенсатор; 16 - рамный профиль; 17 - створный профиль
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 581 Витражи для зальных помещений отличаются уве- личенными размерами и большой остекленной поверхно- стью, воспринимающей значительные ветроеые нагрузки. Эти нагрузки передаются вертикальным и горизонталь- ным импостам, выполненным в виде специальных алюми- ниевых профилей увеличенных размеров сечения, сталь- ных прокатных и сварных профилей, элементов из клее- ной древесины (рис. 26.44). Стойки каркаса жестко закрепляют на нижней опоре. Верхние концы стоек закрепляют с возможностью верти- кального перемещения для компенсации температурных деформаций. Компенсация деформаций предусматрива- ется также в местах крепления горизонтальных импостов к конструкциям здания или в узлах соединения элемен- тов каркаса. Оригинальная несущая система для восприятия вет- ровой нагрузки (напора и отсоса), которая включает го- ризонтальные стальные трубчатые элементы (крепятся в местах пересечения стоек и ригелей витража) и напряга- емых тонких канатов из нержавеющей стали разработана в Германии (SCWCO) (рис. 26.45). Конструкция устанав- ливается внутри здания и благодаря своей ажурности не Рис. 26.44. Усиленные стойки витражей зальных помещений (SCHUCO): а-в - алюминиевые; г - стальная прокатная; д - деревянная кле- еная; е - стальные перфорированные мешает освещению внутреннего пространства и визуаль- ной связи с наружным пространством. При проектировании витражей из ПВХ-профилей необходимо принимать во внимание требования по ста- тике, так как это оказывает влияние на конструкцию пе- реплетов. Дело в том, что поливинилхлорид сам по себе обладает низким модулем упругости, поэтому в конструк- циях большого размера требуется усиление ПВХ-профи- лей в соответствии с прочностным расчетом. Для изготовления витражей разработаны специаль- ные соединительные профили с металлическими усили- тельными вкладышами (рис. 26.46). При больших площа- дях остекления в качестве несущего каркаса можно ис- пользовать стойки (иногда и ригели) из стальных профи- лей типового сортамента. Важным является также учет большого температурно- го расширения ПВХ-профилей и выполнение температур- ных швов в конструкции. В случае примыкания витража к стальным или железобетонным колоннам следует избегать образования мостиков холода конструктивными мерами. Рационально применение ПВХ-профилей при проек- тировании небольших павильонов, киосков, веранд и т.п. (рис. 26.47). Стальные несущие конструкции на чертежах показаны условно - в каждом конкретном случае необхо- дим расчет. Рис. 26.45. Варианты несущих напряженных конструкций витра- жей для восприятия ветровой нагрузки
582 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 14 13 Рис. 26.46. Детали витражей из ПВХ-профилей (КВЕ): 1 - рамный профиль; 2 - соединительный профиль; 3 - силикон; 4 - пенополиэтилен; 5 - арматура профиля; 6 - уплотнитель; 7 - швеллер; 8 - деревянные антисептированные пробки; 9 - гипсо- картонные листы; 10 - бутиловая лента; 11 - монтажный анкер; 12 - утеплитель; 13 - облицовочный профиль; 14 - стальная тру- ба; 15 - профиль створки; 16 - винт-саморез; 17 - стена (колон- на); 18 - подвесной потолок; 19 - конструкция пола; 20 - порог; 21 - стальная пластина с трубой; 22 - расширительный профиль
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 583 Рис. 26.47. Детали витражей из ПВХ-профилей павильонов, киосков, веранд (КВЕ): 1 - рамный профиль; 2, 3 - соединительный профиль; 4 - уплотнитель; 5 - силикон; 6 - пенополиэтилен; 7 - минеральная вата; 8 - металлопластик; 9 - утеплитель; 10 - антисептированная доска; 11 - металлическая труба; 12 - пластиковая заглушка; 13 - уширитель- ный профиль; 14 - каркас; 15 - потолок; 16 - пол; 17 - плинтус; 18 - винт-саморез; 19 - колодка; 20 - гидроизоляция; 21 - монтажная опора
584 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 26.5. Фасадные конструкции остекления Фасадные конструкции (витражи) из системных про- филей и стекла классифицируют по различным признакам: 1 ) по применяемым материалам. Используются различные виды стекол и стеклопакетов, которые закреп- ляются в профилях, специально разработанных для фа- садных систем. Применяются профили из алюминия, ста- ли, ПВХ; 2 ) по теплоизолирующей способности. Фасадные конструкции остекления могут быть "теплыми», «холод- ными» и «тепло-холодными». Холодные системы для отапливаемых зданий не применяются; 3 ) по способу крепления стеклопакетов. Остеклен- ные конструкции фасадов могут быть с видимыми элемен- тами крепления стеклопакетов, как вертикальными, так и горизонтальными {стоечно-ригельный вариант), и со скры- тыми элементами крепления (условно - вариант структур- ного остекления). Применяется и промежуточный вариант, когда на фасадной стороне присутствуют только верти- кальные или только горизонтальные профили; 4 ) по способу крепления к несущим конструкци- ям здания фасадные системы остекления делятся на на- весные (преимущественное применение) и самонесущие. Во все «светопропускающие фасады» могут быть встроены окна и двери. Кроме стеклопакетов и стекол могут устанавливаться глухие (несветопрозрачные) утеп- ленные панели. Их можно комбинировать со стеклопаке- тами, обеспечивая требуемую освещенность помещений и архитектурную выразительность фасадов. Проектирование конструкций фасадного остекления требует не только решения вопросов, связанных с естест- венным освещением помещений и созданием вырази- тельных фасадов, но и ряда технических задач. К ним от- носятся: • решение вопросов статики всей конструкции в целом и особенно в местах крепления к несущим конст- рукциям здания; • обеспечение компенсации температурных де- формаций конструкций; • конструктивные решения узлов примыканий све- топропускаюшей конструкции к остову здания; Рис. 26.48. Здание с витражом-стеной стоечно-ригельной кон- струкции • выбор стекол и самой конструкции стеклопакетов; • обеспечение вентиляции помещений; • решение вопросов применения автоматических систем пожаротушения; • обеспечение (при необходимости) системы солнцезащиты; • обеспечение отвода влаги с любой высоты и площади остекления (система дренажа); • эксплуатация светопропускающей конструкции (замена заполнений, мытье и т.п.). При грамотном решении указанных проблем (при проектировании и качественном строительстве) «теплая» светопропускающая конструкция должна обеспечивать свою прочность, гидроизоляцию, пароизоляцию, тепло- изоляцию (зимой и летом), звукоизоляцию, вентиляцию конструкции и дренаж конденсата, а также противопо- жарную защиту. Важно понимать, что для навесных витражей должны применяться специально разработанные профильные си- стемы. Самые разные архитектурные решения могут быть выполнены благодаря многообразию элементов профиль- ных систем, которые включают в себя накладные и само- несущие профили с различной конструктивной толщиной (высотой сечения) для обеспечения работы под нагрузкой. Фасадные конструкции позволяют интегрировать в свою структуру окна и двери (из подобных профилей), решать узлы перехода к светопропускающим кровлям. В системах ведущих производителей разработаны специ- альные элементы: продухи для остекленных скатов, эле- менты бокового и нижнего крепления створок (поворот- ных и откидных) и т.д. Все эти элементы могут иметь одинаковую ширину наружных профилей и воспринимать- ся на фасаде как единое целое. Необходимо понимать и то, что различные материа- лы (профили) нельзя слепо комбинировать друг с другом. Например, если основные конструкции выполнены из алюминия, то встраивать в них пластиковые окна (из ПВХ) нельзя, так как коэффициент температурного расшире- ния у алюминия в два раза ниже, чем у пластика. Для конструкций фасадного остекления используют- ся, в основном, алюминиевые профили, но в последнее время популярность приобретают профили из стали. Мо- гут применяться также армированные ПВХ-профили и комбинированные профили (сталь-алюминий). Основными преимуществами стальных конструкций по сравнению с алюминиевыми аналогами являются лучшие характеристики по огнестойкости и безопасности, а также прочностные свойства, позволяющие реализовывать про- екты без применения усиливающих элементов и выполнять большие пролеты в фасадной сетке. При одних и тех же размерах стеклопакетов габариты стоек и ригелей в сталь- ных сериях значительно меньше, чем в алюминиевых. Это улучшает эстетические характеристики светопропускаю- щих конструкций как снаружи, так и изнутри. Стоечно-ригельные конструкции фасадного остек- ления (рис. 26.48) свое название получили благодаря тому, что основными конструктивными элементами в этой системе являются вертикальные несущие стойки, к кото- рым крепятся горизонтальные ригели. Несущая часть та- кой конструкции располагается с внутренней стороны навесной стены-витража. Соединение стоек и ригелей в различных конструк- циях осуществляется по-разному. В вертикальной навес- ной стене соединение может выполняться «внахлест», ког-
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 585 да профили частично перекрывают друг друга. Ригель при- крепляется к стойке с использованием алюминиевого со- единителя (кронштейна), закрепленного в стойке с помо- щью прижимных винтов (рис. 26 49). Место соединения ригеля и несущего профиля герметизируется прокладкой из морозостойкой резины или силиконовым герметиком. Соединение стоек и ригелей наклонно расположен- ной навесной стены может осуществляться при неболь- шом наклоне ригеля к стойке. Такой способ позволяет осуществлять дренаж из ригеля в несущий профиль. Соединение между вертикальными и горизонтальны- ми профилями может осуществляться также путем частич- ного углубления ригеля в вырезы вертикального профиля. Стеклопакеты устанавливаются снаружи на алю- миниевые опорные пластины, которые предварительно закрепляются к ригелю. В процессе монтажа стеклопаке- ты фиксируются по месту с помощью синтетических скоб, привинченных к несущим профилям. Уплотнители из ре- зины обеспечивают герметизацию стыков между стеклом и алюминиевыми профилями. Прижимные планки стекло- пакетов крепятся болтами из нержавеющей стали, и за- тем на прижимные планки защелкиваются декоративные алюминиевые крышки. Обязательным требованием ко всем профильным си- стемам является вывод конденсата. Это самый серьез- ный вопрос, на который необходимо обращать особое внимание при фасадном остеклении, так как стеклопакет одной своей поверхностью выходит наружу, а другой - в теплое помещение. Это значит, что у него обязательно есть зона, температура которой близка к температуре точки росы. В этой зоне образуются капельки воды, кото- рые нужно вывести из конструкции, при этом ограждение должно оставаться герметичным и с наружной стороны (защита от внешних воздействий), и со стороны помеще- ния (во избежание теплопотерь). Существуют несколько способов вывода конденсата. Один из них - когда около каждого стеклопакета в ниж- ней части делаются два или больше дренажных отвер- стий, через которые конденсат выводится из-под стекло- Рис. 26.49. Соединение стойки и ригеля из алюминиевых профи- лей: а - перпендикулярное; б - под углом; 1 - стойка; 2 - ригель; 3 - кронштейн; 4 - уплотнитель из резины; 5 - винт; 6 - силиконо- вый герметик пакета. Вода стекает по горизонтальным элементам к узлу крепления со стойкой, попадает в нее, уходит вниз и в самой нижней части выводится наружу. Другим важным моментом правильного функциони- рования стеклопакета является вентиляция простран- ства вокруг него. Удаление влаги через дренажные кана- лы недостаточного размера, а также плохая вентиляция стеклопакетов могут привести к образованию плесени и росту грибков. При этом разъедается торец стеклопаке- та, покрытый герметиком, и нарушается герметичность, что приводит к образованию конденсата внутри стекло- пакета и отпотеванию наружного стекла. В системах из алюминиевых профилей должна быть решена проблема компенсации теплового расшире- ния конструкций (особенно при значительных размерах). Горизонтальное расширение элементов навесной стены может компенсироваться путем крепления ригеля к верти- кальному профилю через продолговатые горизонтальные отверстия и применением в стыках резиновых прокладок. Вертикальное расширение в местах соединения верти- кальных профилей может компенсироваться с помощью расширительного профиля (выполняющего и функцию усиления конструкции). Такой профиль помещается во внутренние полости двух вертикально соединяемых стоек. Существуют несколько принципов крепления конст- рукций остекления зданий. Один из них - навесная си- стема, когда вся фасадная конструкция навешивается снаружи и крепится с помощью кронштейнов только к пли- там перекрытия (рис. 26.50). Горизонтальные ригели явля- Рис. 26.50. Узлы крепления стоек навесных витражей: а - с помощью кронштейна-детали; б - со сборным кронштей- ном; 1 - кронштейн; 2 - втулка; 3 - накладка; 4 - болт с гайкой и шайбой; 5 - стойка
586 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ются элементами, которые только передают вес стеклопа- кетов на стойки. Эта система достаточно проста в устрой- стве, но требует наружного монтажа, а значит, наличия ле- сов либо навесных монтажных приспособлений. Самонесущая на высоту этажа конструкция встра- ивается в здание. Она устанавливается на перекрытия, при этом торцы перекрытий, которые необходимо тепло- изолировать и декорировать, остаются открытыми. При необходимости применения витражей с больши- ми пролетами (в зданиях с высокими этажами) бывает экономически нецелесообразно увеличивать жесткость конструкции путем увеличения сечения алюминиевых профилей. Проще изнутри поставить дешевый стальной каркас, на который закрепить алюминиевые конструкции. Размеры пролетов, для которых могут быть применены алюминиевые системы, определяются расчетом. При выборе конструкции необходимо уделять внима- ние пожаробезопасности. Некоторые фирмы разработа- ли специальные алюминиевые огнестойкие конструк- ции, которые могут применяться не только для фасадно- го остекления, но и в светопропускающих крышах. Увели- чение огнестойкости обеспечивается минераловатными вкладышами и многослойными стеклами. На рис. 26.51 показаны основные узлы конструкции навесного витража многоэтажного здания из алюминие- вых профилей серии «RF 50». Серия предназначена для изготовления стеновых ограждений зданий, а также для изготовления наклонных светопропускающих покрытий, фонарей, зимних садов и других конструкций. В состав несущей системы входят стойки и ригели с видимой ши- риной 50 мм, которые соединяются между собой наложе- нием ригеля на стойку без выборки паза в стойке (см. рис. 26.49}. В зависимости от объекта и воздействующих на конструкцию нагрузок имеется возможность выбора несу- щих элементов с моментами инерции от 40 до 860 см4. При особо высоких нагрузках стойки можно усиливать спе- циальными, вставляемыми внутрь стоек, профилями. На- бор ригельных профилей позволяет, при необходимости, устанавливать ригель одинакового со стойкой размера - это удобно при монтаже в местах примыкания ограждаю- щей конструкции к перекрытиям здания. В серии имеется набор монтажных стоек, которые позволяют монтировать ограждающую конструкцию из предварительно собранных элементов (рис. 26.51 а}, что значительно сокращает время монтажа. Использование монтажных стоек позволяв i 1акже компенсировать гори- зонтальные изменения размеров элементов конструкции под воздействием колебаний температуры. Вертикаль- ные изменения размеров компенсируются взаимным (те- лескопическим) соединением двух стоек при помощи за- кладного профиля. Для получения необходимых теплофизических и зву- коизоляционных свойств ограждающей конструкции в се- рии «RF50» используется набор термовставок (термоизо- ляторов) из твердого ударопрочного поливинилхлорида (ПВХ) и набор уплотнительных прокладок из EPDM. Мно- гокамерные термоизоляторы вставляются снаружи по всей длине стоек и ригелей. Прозрачные части конструкции остекляются снаружи стеклом или стеклопакетами. В непрозрачные части мо- гут устанавливаться различного рода слоистые панели (например, из набора - два окрашенных алюминиевых листа, между которыми располагается минераловатная плита, или другой вариант - наружное закаленное стек- ло, затем минераловатная плита и алюминиевый лист из- нутри). Серия «RF 50» позволяет устанавливать заполне- ние толщиной от 4 до 50 мм, при этом возможны любые комбинации толщины (в указанном диапазоне) устанав- ливаемого заполнения. В конструкции предусмотрена возможность удаления влаги и вентиляция области фальца стеклопакета. В серии используется набор накладных декоративных крышек, которые могут иметь различный цвет. При этом конструкции могут быть двухцветными - внутренние эле- менты (стойки и ригели) окрашены в один цвет, а наруж- ные элементы (крышки) - в другой. В конструкцию фасадного остекления могут устанав- ливаться окна и двери любого типа открывания. Соединительные и крепежные изделия (самонареза- ющие винты, болты, гайки и т.п.) изготовлены из нержа- веющей стали (если есть контакт с алюминием) либо име- ют антикоррозионное покрытие. фасадное структурное остекление (рис. 26.52} представляет собой единую поверхность стекла без види- мых наружных накладных планок с минимальными зазора- ми между стеклами. Зазоры необходимы для того, чтобы компенсировать температурные колебания размеров со- седних стеклопакетов. Несущий остов самого здания дол- жен быть абсолютно жестким, а плиты перекрытий иметь минимальный прогиб, практически равный нулю. В ряде технических решений предусматривается приклеивание стеклопакета к алюминиевой опорной рам- ке, которая затем закрепляется на вертикальные стойки и горизонтальные ригели. Для структурного остекления часто применяют особый стеклопакет, в котором наруж- ное стекло делается длиннее, чем внутреннее. Это позво- ляет приклеивать к опорной рамке одновременно два стекла - наружное и внутреннее, что обеспечивает всей конструкции большую надежность. Для увеличения безопасности и надежности систе- мы остекления, помимо простого приклеивания стекло- пакетов, существует еще и механическая фиксация пу- тем продления опорной рамки и загибания ее за край стекла наружу. Алюминиевая рамка становится видна с фасада, но зато существенным образом повышается бе- зопасность всей конструкции. Это особенно важно в слу- чае пожара, так как термостойкость клея менее 200'С, и только механическое крепление позволяет стеклопакету удерживаться. В российских условиях используется технология крепления стеклопакетов на механических фиксаторах, при которой опирание и фиксация происходят за счет поворотных скоб-«пропеллеров», имеющих по два при- жимных уса (рис. 26.53}. Используются специальные стеклопакеты, в которых рамка с абсорбентом располо- жена не у края, а заглублена приблизительно на 50 мм. Таким образом по всему периметру стеклопакета форми- руется паз. При монтаже «усы» ориентированы парал- лельно швам, свободно заглубляются в них на половину толщины стеклопакета и притягиваются саморезами. Швы по всему периметру заполняются силиконовыми уп- лотнителями, которые обеспечивают герметичность, ком- пенсируют деформации вследствие термического расши- рения стекла относительно несущей структуры и возмож- ные неточности монтажа. Применяется также промежуточный вариант, когда только вертикальные или только горизонтальные накладки располагаются на наружной плоскости остекления. Стек-
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 587 Рис. 26.51 (начало) Узлы навесных витражей из алюминиевых профилей серии «ЛЕ 50»: а-з - горизонтальные сечения (стоек)
588 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 26.51 (продолжение). Узлы навесных витражей из алюминиевых профилей серии «RF50": и-о - вертикальные сечения (ригелей)
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 589 лопакеты при этом варианте крепятся в одном направле- нии традиционным способом (стоечно-ригельная конст- рукция), а в перпендикулярном направлении швы между соседними стеклопакетами герметизируются специальны- ми резиновыми прокладками. Это накладывает ограниче- ние на размеры применяемых стеклопакетов При такой конструкции стены-витража возможна установка открыва- ющихся элементов со стыками, не видимыми с фасада. В зданиях сравнительно небольшой высоты (в том числе этажей) возможно фасадное остекление с приме- нением ПВХ-профилей по самонесущей или навесной схемам (рис. 26.54). В этом случае промежуточные риге- ли и горизонтальные элементы, примыкающие к перекры- тиям, решаются аналогично оконным системам с исполь- зованием различных уширительных профилей. Верти- Рис. 26.52. Здание со структурным остеклением (SCHUCO): а - общий вид; б - горизонтальное сечение; в - вертикальное се- чение кальные стойки должны в каждом конкретном случае рас- считыва ься на прочность. Как правило, они выполняют- ся с применением соединительных усиленных ПВХ-про- филей либо стальных профилей (см. рис. 26.46). 26.6. Кровельные светопропускающие ограждения Верхнее освещение может быть различным - от пол- ностью светопропускающих покрытий (прозрачных кро- вель) до точечных фонарей. Применение кровельных светопропускающих конст- рукций требует решения не только задач, связанных с обеспечением естественного освещения помещений и созданием красивого внешнего вида покрытия, но и ряда технических вопросов. К ним относятся: • обеспечение жесткости и прочности всей конст- рукции в целом; • разработка узлов примыканий светопропускаю- щей кровли к корпусу здания; • выбор прозрачного материала (стекло, стекло- пакеты, полимерные изделия); • решение вопросов удаления снега и организо- ванного водоотвода; • разработка мер по эксплуатации конструкции (замена элементов, очистка и т.п.); • обеспечение (при необходимости) солнцезащиты; • обеспечение вентиляции помещения с возмож- ностью дымоудаления в случае пожара. Светопропускающие конструкции крыш классифици- руют по различным признакам: функциональным, конст- руктивным, по форме, размерам и т.п. Конструктивный признак позволяет разделить все светопропускающие конструкции на следующие типы: 1) конструкции на основе системных профилей (алюми- ния, стали, ПВХ и комбинированных) с заполнением из оди- нарного стекла, стеклопакетов, полимерных материалов; 2) конструкции из самонесущих светопропускающих полимерных элементов; 3) конструкции световых фонарей; 4) конструкции мансардных окон. Для изготовления конструкций светопропускающих кровель применяются системные профили из таких мате- Рис. 26.53. Крепление стеклопакетов структурного остекления зданий на механических фиксаторах (Россия)
590 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 26.54. Узлы самонесущих на высоту этажа (1) и навесных (2, 3) витражей с применением ПВХ-профилей (КВЁ): 1 - рамный профиль; 2 - уширительный профиль; 3 - плинтус; 4 - декоративно-защитный профиль; 5 - уплотнитель; 6 - утеп- литель; 7 - силикон; 8 - пенополиэтилен; 9 - регулируемая мон- тажная опора; 10 - гидроизоляция; 11 - ПВХ-наличник; 12 - стальной уголок; 13 - дюбель; 14 - бутиловая лента; 15 - арма- тура
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 591 риалов как алюминий, сталь, ПВХ. Как правило, для боль- ших пролетов применяются стальные, для средних про- летов - алюминиевые (рис. 26.55), для малых пролетов - алюминиевые и ПВХ-профили. Профили собираются в виде рам с учетом конкретных статических нагрузок по формам, соответствующим архитек рному замыслу кры- ши. Системные профили позволяют сконструировать практически любую форму крыши: скатную, двухскатную, шатровую, купольную и т.д. (рис. 26.56). Для конструирования каркасов используются, в ос- новном, «теплые» профили с теплоизоляционными встав- ками (терморазрывами), прерывающими мостики холода. Одними из важнейших элементов являются уплотни- тели между профилем и стеклом. Уплотнители чаще все- го делают из синтетического каучука (EPDM). С внутрен- ней стороны используют прочный, способный удерживать стекло уплотнитель, с внешней стороны - уплотнитель мягкий, плотно прилегающий к стеклу. Надежность уплот- нителей может быть дополнительно увеличена за счет вплавления проволоки, которая препятствует усадкам уп- лотнителя, происходящим со временем. На профилях и на внутренних сторонах прозрачных элементов часто образуется конденсат. Для предотвра- щения этого явления необходимо вентилировать стыки конструкции светопропускающей крыши и обеспечивать дренаж образующейся влаги. При этом конструкция в це- лом должна, с одной стороны, оставаться герметичной, а с другой - давать возможность проветривания простран- ства вокруг каждого светопропускающего элемента. Если наличие конденсата допустимо, то угол ската крыши должен быть достаточно большим, чтобы вода не капала вниз, а стекала по кровельному материалу в сточ- ные желоба вертикальных профилей, которые выведены наружу. Если требуется избегать конденсата, то поверх- ность стекла должна быть достаточно теплой и (или) су- хой. В этом случае надо обеспечить достаточную венти- ляцию внутренней поверхности стекла либо использовать стекла с электроподо ревом Рис. 26.55. Односкатное светопропускающее покрытие с приме- нением алюминиевых профилей Конструкция светопропускающей крыши должна быть герметичной как снаружи (система гидроизоляции), так и изнутри (система пароизоляции). Теплый воздух из поме- щения, содержащий пары воды, не должен проникать к холодным зонам конструкции. Если ограничиться герме- тизацией только снаружи, то влага все равно попадет в толщу конструкции с внутренней стороны в виде паров воды, которые сконденсируются в капли. Эта влага може явиться серьезным разрушающим фактором. Теплоизоляция должна обеспечивать комфорт внут- реннего пространства жарким летом и холодной зимой. Для этого следует применять стеклопакеты со специаль- ными стеклами (см. п. 26.2.1). Для определения прочности профильных конструк- ций составляется расчетная схема каркаса, рассчитыва- ются действующие силы, определяются реакции опор, максимальные изгибающие моменты. Далее подбирают- ся сечения профильных элементов по каталогам. При от- сутствии необходимых по несущей способности систем- ных профилей приходится применять внутренний сталь- ной или деревянный каркас. Характерные узлы покрытия из алюминиевых профи- лей изображены на рис. 26.57 (дополнительная информа- ция по системе - см. рис. 26.51). Система алюминиевых профилей «HARTMANN» (рис. 26 58) предназначена для проектирования теплоизолиро- ванных конструкций, в том числе светопропускающих крыш с большими пролетами, без промежуточных опор - от односкатной крыши до сложных геометрических карка- сов куполов, пирамид с уклоном 15...50°. Лицевая сторона профиля составляет 60 мм; конструкционная высота сече- ния выбирается в зависимости от нагрузок в пределах от 30 до 240 мм. В решении узлов системы уделено внима- ние тщательной герметизации всех стыков конструкции. Вентиляция осуществляется через откидные створки, ин- тегрированные в конструкцию крыши. Управление створ- ками может быть ручным или электроприводным. Для проектирования зимних садов и веранд с верти- кальным и наклонным остеклением (рис. 26.59) исполь- зуются комбинированные профили (сталь + ПВХ + алю- миний). Несущими элементами конструкции являются стальные гнутосварные профили шириной 50 мм и глуби- ной 50...120 мм. Последовательный терморазрыв между внутренними и наружными профилями осуществляется за счет использования ПВХ-профиля, который выполняет Рис. 26.56. Основные формы светопропускающих покрытий (крыш): а - двухскатное; б - арочное (сводчатое); в - пирамидальное; г - купольное
592 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ функции стеклонесущего элемента конструкции. Наруж- ный прижимной алюминиевый профиль закрепляется к пластмассовому стальными антикоррозионными винта- ми. Стальные несущие профили закрываются пластико- выми профилями, которые защелкиваются на стеклоне- сущий профиль (рис. 26.60). Наклонные несущие профи- ли, как и в каркасе из обычных деревянных стропил, опи- раются на коньковую и карнизную балки. Для водостока устанавливается желоб, из которого в область угловой стойки выводится водосточная труба и закрывается алю- миниевым профилем-кожухом. Для остекления крыш в настоящее время широко ис- пользуют плоские панели ячеистой структуры на осно- ве поликарбоната (см. п. 26.2.3). Панели сотового по- ликарбоната крепят посредством алюминиевых или поли- карбонатных стыковочных профилей к ригелям (к обре- шетке), которая может быть деревянной, алюминиевой или стальной (рис. 26.61). Расстояние между ригелями (обрешеткой) рассчитывают в зависимости от ветровой и снеговой нагрузок, а также от толщины и ширины пане- лей. Ригели передают нагрузку от светопропускающего ограждения на несущие конструкции покрытия (балки, фермы, рвмы, арки). Рис. 26.57. Сечения светопропускающей кровли из алюминиевых профилей серии «RF50»: а - конек: б - сечение промежуточного ригеля; в - карниз; г - монтаж на стальной каркас Рис. 26.58. Узлы скатной крыши (HARTMANN): а - конек; б - карниз Рис. 26.59. Формы планов и варианты примыканий зимних садов (веранд) к объему здания
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 593 Рис. 26.60. Основные узлы светопропускающих ограждений зим- них садов и веранд из комбинированных профилей (ТИССЕН ПО- ЛИМЕР) Стыковочные профили состоят из нижней опорной части и верхней - прижимной - и скрепляются друг с дру- гом винтами. Обычно нижняя опорная часть стыковочно- го профиля из алюминия и алюминиевый ригель выпол- няются в едином элементе (рис. 26.61 в). Между стыко- вочными элементами и поликарбонатными панелями ук- ладывают уплотняющие прокладки из вулканизированной теплосветоизносостойкой резины, которые герметизиру- ют стык. Уклон скатов принимают не менее 5”. Нижний конец панелей заклеивают специальной лентой, чтобы исключить попадание пыли внутрь ячеек панели. Универсальная система светопропускающего по- крытия DANPALON предназначена для устройства есте- ственного освещения помещений вновь строящихся и реконструируемых общественных и производственных зданий (рис. 26.62). Поликарбонатные панели могут ис- пользоваться и для устройства светопропускающего за- полнения стен. Рис. 26.61. Соединение поликарбонатных листов с несущими конструкциями: а - фрагмент плана покрытия; б - шарнирный узел; в. г - рядо- вые узлы; 1 - лист сотового поликарбоната; 2 - ригель (обрешет- ка); 3 - несущая конструкция покрытия (фонаря); 4 - алюминие- вый ригель конька; 5 - опорная часть стыка; 6 - ригель совмест- но с опорной частью; 7 - прижим; 8 - уплотнитель; 9 - винт; 10 - нащельник алюминиевый или из полимера а б Рис. 26.62 С е опропускающие покрытия с панелями DANPALON- а - с каркасом из клееной древесины; б - с металлическим кар- касом
594 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Основным элементом покрытия DANPALON являются сотовые панели различной внутренней структуры, изготов- ленные методом экструзии в виде плит толщиной 10. ..30 мм и шириной 600 мм, имеющие по краям ребра жесткости с зубчатыми боковыми поверхностями (рис. 26.63 а}. Длина панелей по условиям транспортировки до 12 м. Соединения панелей между собой и с несущими эле- ментами производятся без применения клеящих и уплот- нительных материалов и устройства сквозных отверстий, что позволяет создавать конструкции, исключающие про- никновение воды и пыли в помещение. Соединение смежных панелей производится с помо- щью U-образных нащельников-коннекторов, имеющих с внутренней стороны зубчатый рельеф и обеспечивающих надежное замковое соединение по принципу защелкивания (рис. 26.63 б). Коннекторы изготавливаются из поликарбо- ната или алюминия (при увеличенном шаге прогонов). Соединительный узел панелей вместе с коннектором выполняет функцию ребра жесткости, что позволяет опи- рать покрытие на прогоны с шагом до 2,5...3,0 м. По этой причине панели классифицируются как самонесущие. Крепление покрытия к несущим элементам (стропи- лам и прогонам, колоннам и ригелям) производится с помощью выполненных из нержавеющей стали деталей ~ кляммеров. Данное решение позволяет компенсировать температурные деформации панелей. Для решения покрытий DANPALON в условиях высо- ких нагрузок и увеличенных пролетов (для плит) разрабо- Рис. 26.63. Панели DANPALON: а - сечения; б - типовой узел соединения; в - усиление ребер панелей вставкой из алюминиевого профиля; 1 - поликарбонат- ная панель; 2 - кляммер; 3 - нащельник - коннектор; 4 - торцо- вый профиль таны варианты нестандартной комплектации с использо- ванием дополнительных элементов - усиливающих алю- миниевых профилей - между ребрами поликарбонатных панелей (рис. 26.63 в). Сопряжения с конструкциями здания осуществляют- ся с применением гнутых доборных элементов или спе- циальных профилей; при необходимости стыки утепляют- ся и уплотняются (рис. 26.64). При возведении покрытий в форме куполов ребри- стые панели DANPALON разрезают по диагонали с целью получения сегментных участков. В средней части таких участков треугольные по форме элементы соединяют между собой по принципу DANPALON (см. рис. 26.63), а боковые стороны - по принципу обычных поликарбонат- ных плит (см. рис. 26.61). Возможны вставки из цельных панелей между треугольными. При устройстве различных навесов, беседок, неутеп- ленных покрытий веранд, павильонов, производственных зданий и т.п. используются нижеследующие светопропус- кающие изделия. Рис. 26.64. Узлы покрытия с панелями DANPALON: а - конек; б - стыковка панелей по длине; в - примыкание к вит- ражу (окну); г - опирание на стену; д - примыкание к стене
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 595 Рис. 26.65. Крепление прозрачных листов из ПВХ (ICOPAL) 1. Стеклопластиковые профилированные листы - композитный материал, состоящий из отвержденной по- лиэфирной смолы, армированной рубленым рассыпаю- щимся стекловолокном. Толщина листов 0,8... 1,5 мм; ши- рина - от 0,9 до 3 м; длина - 2...12 м. Листы имеют раз- личные виды профиля: мелкая волна (76 х 18 мм), круп- ная волна (177 х 51 мм), трапеция (100 х 40/18 мм). 2. Волнистые листы из экструдированного ПВХ (по типу асбестоцементных листов). 3. Пластины с трубчатыми швами. Профилированные (волнистые) листы опирают на об- решетку и крепят к ней специальными винтами через предварительно высверленное отверстие в гребне волны. Пластины соединяются друг с другом с помощью трубчатых швов {рис. 26-65). К обрешетке их прикрепля- ют с использованием фиксаторов, вставляемых внутрь трубчатой части пластины. 26.7. Фонари верхнего света Многие промышленные предприятия размещаются в одноэтажных зданиях значительной длины и ширины. Ес- тественное освещение помещений в таких зданиях (а так- же и в других) может быть обеспечено только с использо- ванием верхнего света. Для этих целей применяют фона- ри различных видов. Рис. 26.66. Формы поперечных сечений световых и светоаэра- ционных фонарей: а - прямоугольный; б, в - М-образные; г - трапециевидный; д, е, ж, и - односкатные; з - треугольный; к - сводчатый Фонарями называют специальные конструкции в по- крытиях зданий, способные пропускать внутрь помеще- ний лучистую энергию видимой части солнечного спект- ра и предназначенные для естественного освещения и аэрации зданий. Конструктивное решение и форму фонарей опреде- ляют требованиями, предъявляемыми к освещенности и микроклимату в помещениях, а также климатическими условиями района строительства. Фонари классифицируют: • по назначению (световые, светоазрационные, аэрационные); • по расположению (продольные, поперечные); • по форме профиля поперечного сечения (прямо- угольные, трапециевидные, М-образные, пилообразные, треугольные, многоугольные, сводчатые и др. - рис. 26.66); • по размерам: точечные (световой проем устраи- Рис. 26.67. Зенитный фонарь с куполом из органического стекла: 1 - кровля; 2 - стяжка; 3 - дополнительный слой кровельного ма- териала; 4 - фартук из оцинкованной стали; 5 - деревянная рама; 6 - упругие прокладки; 7 - клеевой шов; 8 - кляммеры: 9. 10 - наружный и внутренний слои купола; 11 - шурупы; 12 - стальная рама стакана; 13 - утеплитель; 14 - стакан из стального листа; 15 - цементно-песчаный раствор; 16 - закладная деталь; 17 - па- роизоляция
596 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ вается в плите покрытия без нарушения основных ее не- сущих функций), панельные (световой проем образуется путем изъятия одной плиты), ленточные (путем изъятия нескольких плит); • по возможности открывания (глухие, открываю- щиеся); • по направлению света (двухстороннее, односто- роннее, зенитное). Конструкции фонарей должны соответствовать клас- су зданий по долговечности, быть водо- и воздухонепро- ницаемыми, обладать соответствующими микроклимату помещений теплоизоляционными характеристиками, не допускать образование конденсата на внутренних поверх- ностях прозрачного ограждения, быть безопасными в эксплуатации, легко подвергаться очистке и ремонту, возводиться индустриальными методами. Фонари долж- ны обеспечивать требуемую освещенность помещений. В настоящее время наибольшее распространение получили зенитные фонари, наиболее полно удовлетво- ряющие требованиям современного строительства. Они имеют простое конструктивное решение, небольшие раз- меры в плане и по высоте, незначительный вес, индуст- риальны в изготовлении и удобны при монтаже. При уст- ройстве зенитных фонарей световые проемы располага- Рис. 26.68. Панельные фонари с двухсторонними (а) и односто- ронними (б) секциями: 1 - рядовая секция; 2 - стакан; 3 - накладка; 4 - уплотнитель; 5 - кровля; 6 - механизм открывания; 7 - опорная часть; 8 - плита покрытия ют горизонтально или под небольшим углом и поэтому их световая активность в 2..,2,5 раза превышает этот пока- затель прямоугольных световых и светоаэрационных фо- нарей. Благодаря универсальности конструктивного ре- шения зенитные фонари можно применять в покрытиях зданий любых видов. Для освещения помещений высотой от низа несущих конструкций до 6 м рекомендуется применять точечные зенитные фонари с площадью световых проемов до 3 м2. Рис. 26.69. Панельный глухой зенитный фонарь с заполнением из стеклопакетов: 1 - опорный стакан; 2 - защитная сетка; 3 - стеклопакет; 4 - профнастил; 5 - гнутый уголок; 6 - фартук; 7 - нащельник; 8 - уплотнитель; 9 - болт; 10 - герметик; 11 - алюминиевый уголок; 12 - пароизоляция 13 - утеплитель; 14 - гидроизоляция; 15 - винт; 16 - упор Рис. 26.71 Точечный открывающийся зенитный фонарь' 1 - опорный стакан; 2 - стеклопакет; 3 - фартук из асбестоце- ментных листов; 4 - защитная сетка; 5 - уплотнитель; 6 - гнутый уголок; 7 - прокладка; 8 - крюк; 9 - петля; 10 - зажим
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 597 В зданиях с большей высотой помещений следует прини- мать панельные и ленточные зенитные фонари. Площадь световых проемов зенитных фонарей не должна превы- шать 15% площади пола помещений. Зенитные фонари можно устанавливать в покрытиях из железобетонных плит и профилированных стальных листов. В первом случае световые проемы образуют пу- тем устройства специальных отверстий в плитах или де- лая пропуск плит при их монтаже в покрытии; во втором случае размеры проемов для зенитных фонарей прини- мают с учетом расположения прогонов и ширины насти- ла. Основание (форма в плане) может быть круглое, квад- ратное, прямоугольное, в том числе протяженное. Распространенные размеры зенитных фонарей: ши- рина - 1,5 и 2,9 м; длина - 1,7; 2,9; 3,9 и 5,9 м. Рис. 26.70. Открывающийся зенитный фонарь с заполнением из стеклопакетов: 1 - опорный контур; 2 - стеклопакет; 3 - шарнир; 4 - накладка; 5 - нащельник: 6 - коньковый нащельник; 7 - переплет; 8 - утеп- литель 9 - упор Общими элементами всех видов зенитных фонарей являются: опорный стакан, светопропускающее заполне- ние, защитная сетка, фартуки, механизмы открывания (для открывающихся конструкций). Опорные стаканы изготавливают из листовой стали, холодногнутых и прокатных стальных профилей, а также из железобетона, асбестоцементных листов и других матери- алов. Опорные стаканы утепляют эффективными тепло- изоляционными плитными материалами. Для рациональ- ного распределения светового потока боковые грани опорных стаканов рекомендуется выполнять наклонными. В зависимости от профиля поперечного сечения све- топропускающего заполнения зенитные фонари подраз- деляют на односкатные, двухскатные и криволинейные. Угол наклона остекления в скатных фонарях принимают не менее 12°. Односкатные зенитные фонари могут иметь ширину светового проема не более 1,5 м. При большей ширине светопропускающее заполнение следует устраи- вать двухскатным. Светопропускающее заполнение зенитных фона- рей может быть двух- и трехслойным. Для неотапливае- мых зданий применяется однослойное заполнение. Ос- текление выполняется из стеклопакетов и полимерных материалов (акрил и поликарбонат). Элементы светопро- пускающего заполнения закрепляют в конструкциях фо- нарей с помощью упругих прокладок. На рис. 26.67-26.71 приведены конструкции точечных и панельных зенитных фонарей с различными вариантами светопропускающего заполнения и опорных стаканов. Конструкции фонарей верхнего света в виде двух- скатных покрытий, сводов, пирамид, конусов и куполов для общественных зданий зального или атриумного типов проектируют преимущественно на основе системных алюминиевых профилей (рис. 26.72} по типу покрытий (СМ. п. 26.6). Рис. 26.72. Фонари верхнего света на основе алюминиевых про- филей: а - скатные; б - купольный
598 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 26.8. Мансардные окна В качестве источников освещения мансардного эта- жа используются традиционные окна, располагаемые вертикально в стенах и специально разработанные для этой цели мансардные окна, которые устанавливаются в плоскости скатов крыши с уклоном 15...90' (рис. 26.73; 26.74). При проектировании окон для помещений мансардных этажей необходимо учитывать следующие положения: • количество мансардных окон, их общая ширина и размещение в скатах крыши не ограничиваются, так как, являясь составной частью поверхности крыши, окна спо- собствуют решению архитектурных задач; • размеры и размещение окон должны отвечать визуальным и антропометрическим характеристикам, со- гласно которым верх оконного проема должен быть не ниже отметки 1,9 м от пола; • отношение световой площади мансардных окон к площади пола помещения принимается по нормам не менее 1 : 10; • наклонные окна испытывают повышенные клима- тические и механические нагрузки, а также к ним облег- чен доступ людей со стороны крыши, следовательно, гер- метичность и прочность конструкций этих окон должны быть повышенными по сравнению с традиционными. Мансардные окна, в основном, изготавливаются из древесины, но разработаны также окна из ПВХ-профи- лей. Деревянные элементы окна (в основном, клееная сосновая древесина, обработанная специальным обра- зом) и ПВХ-профили защищают снаружи от внешних воз- действий алюминиевыми профилями с полиэстровым покрытием (рис. 26.75; 26.76). Цвет покрытия подбира- ется таким, чтобы он хорошо сочетался с цветом кро- вельного материала. Для помещений с повышенной влажностью (ванные, кухни) деревянные профили имеют влагостойкое полиуретановое покрытие белого цвета. Система открывания мансардных окон зависит от подвеса створки к коробке. Самая популярная конструк- ция - со среднеповоротным открыванием. Благодаря фрикционным петлям, располагающимся в центральной ее части, створку окна можно оставлять в позиции накло- на, а также поворачивать вокруг оси на 180’, что значи- тельно облегчает чистку внешнего стекла. Ручка може быть расположена снизу или сверху. Комбинированная система сочетает в себе два спо- соба открывания - среднеповоротное (позволяющее вра- щать створку на 180 ) и подвесное (по верхней оси от О' до 35°). Фурнитура обеспечивает фиксацию створки при любом способе открывания. В разных режимах открыва- ние осуществляется при помощи одной ручки, распола- гающейся внизу оконной створки. Переключатель нахо- дится на боковом элементе коробки и не заметен при за- крытом окне. Распашное окно может иметь правое (ручка слева) или левое (ручка справа) открывание с фиксацией полно- го и частичного открывания. Для проветривания помещений система открывания обычно позволяет фиксировать створку окна в нескольких положениях. В целях предотвращения конденсата многие виды мансардных окон оснащаются вентиляционным устрой- ством (клапаном), которое круглый год может обеспечи- вать постоянный, регулируемый приток свежего воздуха при закрытом окне и выводить лишнюю влагу из помеще- ния. Вентиляционное устройство, расположенное в окон- ном коробе (рис. 26.77), имеет ряд преимуществ: • не уменьшает площадь полезного остекления окна; • обладает эффективным звукогашением благода- ря лабиринтообразному строению; • имеет хорошие фильтрующие свойства от попа- дания пыли внутрь помещений; • предохраняет от попадания насекомых в поме- щение с помощью встроенной сетки; • предоставляет возможность регулирования ко- личества пропускаемого воздуха. Для защиты от холода в мансардных окнах приме- няются теплосберегающие стеклопакеты. Использование стекол с высокими характеристиками по энергосбереже- нию улучшает изоляционные свойства окон и в значитель- ной степени препятствует конденсации водяного пара на Рис. 26.73. Применение мансардных окон: а - в малоэтажном жилом доме; б - в многоэтажном здании
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 599 а б внутренней стороне стеклопакета в помещениях с повы- шенной влажностью. Мансардные окна безопасны в эксплуатации, так как в стеклопакетах устанавливают закаленные стекла с повышенной прочностью к механическим нагрузкам, противоударные стекла, специальные предохранители от выдавливания стеклопакетов, а также другие инженерные решения защиты от взлома. Окна могут иметь от одной до четырех точек запирания, что существенно повышает безопасность мансардных помещений в комбинации с противовзломными стеклопакетами. Большинство роизводителей мансардных окон пред- лагают несколько вариантов окладов для различных типов кровельных материалов (рис. 26.78). Металлические (пре- имущественно алюминиевые) оклады выполняют не толь- ко защитную функцию для деревянных элементов крыши, но и отводят дождевую воду от поверхностей окна. В зави- симости от способа установки различают следующие виды окладов: выступающие над плоскостью кровли и заглуб- ленные в кровлю, позволяющие повысить теплоизоляци- онные свойства мансардного окна в условиях холодного климата. Для кровель из медных и цинковых листов изго- тавливаются оклады из соответствующих материалов. в Рис. 26.74. Объединенные мансардные окна в интерьерах а - тр1 ряда по ширине и высоте; б - с «верхняком»; в - карниз- ное окно Рис. 26.76. Мансардное окно ФАКРО: а - вертикальный разрез; б - поперечный разрез Рис. 26.77 Вентиляционное устройство мансардного окна ФАКРО
600 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Б-Б 11-4 10-Г 20-30 15 5 9 п 13- Рис. 26.75. Мансардное окно ВЕЛЮКС: 1 - оконный блок. 2-4 - верхняя, нижняя и боковая секции оклада; 5 - стропило; 6 - монтажный брус; 7 - дистанционный брус; 8 - вентиляционные отверстия; 9 - теп- лоизоляция; 10 - вентиляционный зазор; 11 - обрешетка; 12 - кровля (черепица); 13 - пароизоляция; 14 - гидроизоляция; 15 - внутренняя отделка проема; 16 - дре- нажный желоб 30-60 7- Специальные оклады позволяют объединять мансар- дные окна в группы: горизонтальные, вертикальные, ком- бинированные (рис. 26.79). Среди мансардных можно выделить специальные окна: 1) эвакуационное окно с комбинированной систе- мой открывания. При подвесном открывании створка окна может открываться в диапазоне от 0’ до 40', а в случае опасности нажатие на спусковые держатели створки приподнимает ее на угол до 70’. Это обеспечи- вает возможность беспрепятственного выхода на кры- шу для эвакуации из опасного помещения {например, при пожаре); 2) окно-люк предназначается для освещения и про- ветривания чердачного пространства, а также дает воз- можность использовать его в качестве дополнительного выхода на крышу для проведения ремонтных или убороч- ных работ. Оснащенное стеклопакетом из специальных стекол, окно дает защиту от несанкционированного про- никновения на чердак с кровли; 3) карнизное окно - это окно, которое расположено в верхней части стены (карнизе) и предназначено для ус- тановки в комплексе со стандартным мансардным окном, которое устанавливается в плоскости ската крыши (рис. 26.74 в); может быть открывающимся или глухим. Приме- нение карнизного окна улучшает освещение помещения и обзорность, обогащает решение фасада здания; 4) окно-надставка - это небольшое окно треуголь- ной, прямоугольной, трапециевидной или сегментной формы, устанавливаемое поверх стандартных открываю- щихся мансардных окон (рис. 26.74 б); может быть толь- ко «глухого» типа. Для мансардных окон разработаны и применяются различные аксессуары. Шторы - элегантная декоративная преграда солнечно- му свету, создающая интересные световые эффекты вплоть до полного затемнения помещения. Боковые направляю- щие позволяют зафиксировать штору в любой позиции. Рис. 26.79. Объединение окон в группы: а - горизонтальное; б - вертикальное; в - комбинированное; г - возможные варианты
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 601 а 6 Жалюзи - позволяют контролировать количество и направление солнечного света, проникающего в помеще- ние, путем изменения наклона перьев. Маркиза - в жаркие дни хорошо защищает от сол- нечных лучей, не ограничивая естественный обзор из окна; устанавливается поверх окна, позволяя затемнять помещение даже при открытом окне. Наружные рольставни - полностью затемняют по- мещение, обеспечивая дополнительную звуке- и тепло- изоляцию, защиту от проникновения в мансарду; обслу- живаются вручную или с помощью электропривода. Москитная сетка - позволяет открывать окно, не беспокоясь о том, что в помещение проникнут насеко- мые; устанавливается на оконных откосах изнутри поме- щений с направляющими. в Рис. 26.78. Типы окладов для установки мансардных окон: а - заглубленный для плоских кровельных покрытий (металл, плитки и др.); б - заглубленный для профилированных кро- вельных изделий (профнастил, черепица); в - выступающий для медных и цинковых кровель; г - выступающий для крыш с укло- ном скатов от 10' с увеличением угла установки окна Глава 27 ДВЕРИ И ВОРОТА 27.1. Двери. Общие положения Дверь - подвижное ограждение в проеме стены или перегородки. Кроме выполнения функции обеспечения сообщения между смежными помещениями и наружным пространством, двери играют значительную роль в архи- тектурном решении фасада и интерьера. Внутренняя дверь всегда соотносится с интерьером, наружная - с фасадом соразмерно величине дома. Одна из наружных дверей специально выделяется, чтобы визу- ально обозначить главный (парадный) вход. Для этого су- ществуют несколько приемов: размеры, обрамление, ко- зырек, цвет, специальное освещение и др. На расположение, размеры, конструкцию и дизайн дверей влияют следующие факторы; • назначение здания и его отдельных помещений, • интенсивность людских потоков в общественных и производственных зданиях; • архитектурный стиль здания и отдельных поме- щений; • особые |ребования к помещениям. Двери имеют следующие составные части и дета- ли (рис. 27.1): • дверное полотно - открывающаяся часть двери; • дверная коробка - рама, устанавливаемая в двер- ном проеме, на которую навешиваются дверные полотна; • наличники - устанавливаются по периметру ко- робки для оформления проема и закрытия щели между коробкой и стеной (перегородкой); • порог - специальный брусок в полу, который ус- танавливают для улучшения звукоизоляции, теплоизоля- ции и огнестойкости двери; • плинтус, применяемый для защиты нижней части дверного полотна от загрязнения и повреждений; • обвязка дверного полотна - основные брусья (профили) дверного полотна по его периметру; • средники - дополнительные брусья (профили), делящие дверное полотно на части и служащие связью между элементами обвязки; • горбыльки - более тонкие брусья (профили), предназначенные для членения остекленной части двери и закрепления стекла;
602 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • филенки - отдельные панели, заполняющие про- странство между обвязками и средниками; • уплотнители - специальные элементы для увели- чения звуко- и теплозащитных свойств дверей; • петли - металлические детали, с помощью кото- рых дверное полотно крепится к коробке; • дверные приборы: ручки, замки, задвижки (шпингалеты), предохранительные цепочки и т.д., крепя- щиеся к полотнам. Это обобщенный, но совсем не полный перечень эле- ментов, которые применяются при изготовлении дверей. Классификация. Все двери можно разделить на две группы - общего назначения и специальные. По местоположению в здании двери могут быть: • наружные (входные, балконные, террасные); • внутренние (межкомнатные, шкафные); • служебные (в подвал; на чердак; на крышу; в ма- шинное помещение лифта). По количеству полотен: • однопольные (с одним дверным полотном); • двупольные (с двумя полотнами); • полуторапольные (с двумя полотнами различной ширины, из которых широкое используется для прохода, а узкое открывается в случае проноса крупногабаритных предметов). Двери, в зависимости от конструкции полотен, под- разделяют на следующие типы: • с глухими полотнами (Г); • с остекленными полотнами (О); • с остекленными качающимися полотнами (К); • со сплошным заполнением полотен, усиленные для входов в квартиры (У). По виду используемых материалов двери могут быть: • деревянные; • пластмассовые (из ПВХ); • металлические; • стеклянные; • стеклопластиковые; • комбинированные. По способам открывания двери подразделяют на: • распашные (с открыванием в одну сторону, в две стороны - качающиеся, с дополнительной возможностью откидывания для проветривания); • раздвижные (с одно-, двух- и трехколейными на- правляющими); • подъемно-раздвижные (по принципу «поднять— задвинуть-опустить»); • параллельно-раздвижные с откидыванием по- лотен; • складные раздвижные (трансформируемые); • вращающиеся (карусельные). Для безопасности эвакуации большинство дверей открывается наружу (по ходу эвакуационных путей) за исключением внутриквартирных. Выбор материала для изготовления двери зависит от ее функции и типа. Двери делают из следующих мате- риалов и изделий: • древесины (массивной, клееной, шпонированной); • материалов на основе древесины (ДСП, МДФ, фанеры, фибролита и др.); • стали (облицовку выполняют из древесины, пла- стика и др. материалов); • алюминиевых профилей (в качестве заполнения используют стекло и различные панели); • пластиковых (ПВХ) профилей с различным за- полнением полотен; • закаленного стекла с частичным обрамлением или без него. Единая для всех видов строительства номенклатура дверей включает одно- и двупольные двери с координа- ционно-модульными размерами, кратными модулю 100 мм (М). Размеры дверей по ширине приняты равны- ми 700; 800; 900; 1000; 1300; 1500 и 1900 мм, а по высоте 1600:1900: 2100 и 2300 мм. Полуторапольные двери при- нимаются по ширине 1300 и 1500 мм. В некоторых случа- ях могут применяться и другие размеры (табл. 27.1). Таблица 27.1. Размеры дверей для всех видов строительства Размеры (модуль) ширина Рис. 27.1. Основные части и детали дверей: 1- дверная коробка; 2 - обвязка; 3 - средник; 4 - наличник; 5 - горбыльки; 6 - филенка; 7 - плинтус; 8 - дверные приборы; 9 - стена (перегородка) высота 7 е 9 10 12 13 15 19 21 23 10 + 13 + + + 16 + + + 19 +- + + + 21 4- + + + + + + + + 24 + + + + + + + + + 28 + + + + + +
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 603 Требования к дверям определяются расположением их в здании (наз ачением). Общие требования включают: • удобство пользования; • прочность и жесткость; • звукоизоляцию; • теплоизоляцию (к наружным); • светопропускание; • устойчивость к атмосферным воздействиям; • устойчивость к механическим воздействиям; • эстетические качества. 27.2. Входные двери Входные двери, в зависимости от предъявляемых к ним требований, подразделяют на две группы: двери для жилых и общественных зданий. К входным дверям для жилых зданий предъявляют требования, иногда во многом отличающиеся от тех, ко- торые предъявляют к дверям общественных зданий. Двери для жилых объектов делят на три группы: • для многоквартирных многоэтажных зданий; • для малоэтажных домов; • входные в квартиры с лестничных клеток (кори- доров). Первые две группы дверей являются наружными и на них распространяются требования как для утепленных конструкций. Размеры, членения, пропорции, отделка должны решаться с учетом архитектуры фасада. Для обеспечения изоляции внутренних пространств от холо- да и продувания наружные двери устраиваются с тамбу- ром, а в некоторых случаях - с двойным тамбуром. Двери должны открываться наружу. Для второй и третьей групп дверей важным является требование по безопасности, т.е. предпочтительны за- щитные (противовзломные) двери. Для входных в квартиру дверей требования по звуко- и теплозащите менее жесткие, чем для наружных. Их внешняя отделка должна гармонично сочетаться с лест- ничной клеткой (или коридором), а с другой стороны - с внутренней отделкой квартиры. Возможно применение второй внутренней двери, при этом двери могут устанав- ливаться как в единой коробке, так и в разных. 11ри выборе входной двери необходимо помнить о том, что должна обеспечиваться возможность спасения при чрезвычайных обстоятельствах, например, при пожаре. Рис. 27.2. Две входные двери разных конструкций в одной коробке К входным дверям для общественных зданий предъявляются повышенные требования по прочности и жесткости, особенно для зданий с большими потока- ми людей. Все большее распространение получают различные типы автоматических дверей. Конструкции входных дверей могут быть самыми раз- личными, что зависит от требований к ним и от применя- емых материалов. При этом необходимо знать, что все свойства одновременно (теплозащита, противовзлом- ность, огнестойкость и др.) совместить в одной конструк- ции практически невозможно. Входные двери могут быть деревянными, стальными или с применением профилей из алюминия и ПВХ. Входные деревянные двери должны иметь усилен- ную конструкцию, порог, уплотнители, атмосферостойкую наружную отделку, запорный механизм. Кроме этого две- ри могут иметь плинтус (чаще металлический), утепли- тель, специальное остекление (стеклопакет). Основными конструкциями деревянных входных две- рей являются: • щитовые с утеплителем (рис. 27.2); • щитовые с утеплителем и включением в конст- рукцию металлических листов (рис. 27.3); • филенчатые массивные с усиленной обвязкой (рис. 27.4). Усиленные двери находят все большее применение, так как их металлические листы усиливают конструкцию и предотвращают деформацию от атмосферных воздей- ствий. Эксплуатационные качества наружных дверей улучшаются при наличии над входом козырька. Стальные двери по конструктивному исполнению бывают противовзломными, пулестойкими, противопо- жарными. Их часто называют бронированными, имея в виду двери высокого класса защиты, в которых использу- ются стали специального состава (броневые суммарной толщиной более 5 мм. Стальные двери в настоящее вре- мя получили широкое применение в качестве входных в квартиры и одноквартирные жилые дома (рис. 27.5). Рис. 27.3. Усиленная деревянная входная дверь: 1 - стальной лист; 2 - нажимной гарнитур 3 - цилиндр замка; 4 - накладка замка; 5 - уплотнитель
604 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Защитные стальные двери могут изготавливаться не только глухими, но и остекленными с применением специ- ального стекла; быть не только распашными, но и раздвиж- ными (полотно заходит в стену при открывании двери). К конструкции стальной двери предъявляются следу- ющие требования: • стойкость против взлома; • жесткость конструкции, позволяющая избежать деформации; • тепло- и звукоизоляция; • надежность системы запирания; • наличие глазка или видеокамеры; • наличие дополнительных приспособлений (зад- вижек, порогов и т.д.); • удобство пользования; • эстетичность. Совершенные стальные двери представляют собой конструкцию, состоящую из: • контрорамы, которая надежно крепится к стене с помощью специальных закладных элементов; • рамы (коробки), прикрепляемой к контрораме вин- тами; рама и контрорама изготавливаются из прокатных профилей толщиной 2...2,5 мм из высокопрочной стали; « корпуса двери (стальной базы), включающего один или два стальных листа и элементы жесткости в виде открытых или замкнутых стальных профилей. Стальные листы соединяются между собой и с эле- ментами жесткости с помощью сварки. Внутрь полотна закладывается негорючий тепло- и звукоизоляционный материал, например, минеральная или базальтовая вата. Входные двери из алюминиевых профилей позволя- ют выполнять их самыми разнообразными (рис. 27.6). Ис- пользование разнообразных вставок из многослойного стекла или панелей, различные формы членения горбыль- ками остекленных поверхностей - все это дает возмож- ность найти индивидуальные варианты решения входных дверей. Одностворчатые и двухстворчатые, открывающи- еся внутрь и наружу двери могут выполняться с фрамуга- ми и без них и в требуемом цветовом исполнении. Двери из алюминиевого профиля являются прочны- ми, долговечными и оригинальными. Разработаны вари- анты дверных конструкций - противовзломные, пулене- Рис. 27.4. Деревянная входная дверь: 1 - обвязка; 2 - филенка; 3 - уплотнитель; 4 - порог; 5 - коробка пробиваемые, с защитой от взрыва. Алюминиевый про- филь для изготовления дверей имеет много положитель- ных качеств и находит все большее применение как в об- щественных, так и в жилых зданиях. Алюминиевые двери могут устанавливаться как в вы- полненные из системных профилей витражи, так и в двер- ные проемы стен. Благодаря жесткой конструкции и долго- вечности, двери используются в зданиях с большими люд- скими потоками: торговых центрах, бизнес-центрах и т.п. Профильные двери из алюминия часто используются в тех случаях, когда необходимо установить автоматичес- кие двери, а также двери противопожарные и защитные. Для входных дверей используют «теплые» профили с термовставками. Но довольно часто в практике, в целях экономии средств, используются и «холодные» профили (рис. 27.7) при наличии тепловой завесы в тамбуре. Для заполнения дверных полотен вверху часто при- меняются стеклопакеты, а внизу - глухие панели из раз- личных материалов, в том числе из алюминиевых листов. Разнообразие форм и расцветок дверей из ПВХ- профилей позволяет удовлетворить любые творческие идеи проектировщиков (рис. 27.8). Двери могут быть Од- ностворчатыми, двухстворчатыми, многостворчатыми (для общественных зданий), с одной или несколькими боковыми панелями, с фрамугой, цветными или имитиру- ющими текстуру и цвет натуральной древесины. Рис. 27.5. Стальная дверь: а - вертикальный разрез; б - тс же, с порогом и козырьком; в - горизонтальный разрез
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 605 На специальном оборудовании ПВХ-двери изготавли- ваются с высокой точностью. Архитекторы при этом име- ют полную свободу в выборе пропорций, членения две- рей (рис 27.9} и в возможностях создания их гармонич- ного сочетания с фасадом. Требования по жесткости и надежности, предъявляе- мые к дверям, выше, чем к окнам, именно поэтому в са- мих конструкциях дверных ПВХ-профилей (их угловых со- единениях) есть особенность - усиление, которое может выполняться с помощью: • специальных элементов из ПВХ, закрепляемых в усилительных вкладышах и свариваемых по всей плоско- сти стыка; Рис. 27.6. Входные двери с приме ением алюминиевых профилей BSB ИМИ MMMi мм вва мая мим МИИ Рис. 27.7. Дверь с заполнением из стеклопакетов и алюминие- вых трехслойных панелей: 1 - декоративная рамка (горбылек); 2 - соединитель; 3 - под- кладка; 4 - штапик; 5 - уплотнитель Рис. 27.8. Входные двери из ПВХ-профилей Рис. 27.9. Варианты членения дверей из ПВХ-профилей на ос- текленные и глухие участки
606 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • оцинкованных стальных соединителей, вставля- емых в элементы жесткости перед сваркой пластмассо- вых профилей; они крепятся с помощью саморезов к ар- мирующему профилю, тем самым предотвращая любое расширение, перекос или скручивание. Стык дверного полотна и коробки выполняется в двух вариантах: полотно располагается вровень с коробкой или полотно имеет смещенную по отношению к коробке поверхность {рис. 27.10). Для заполнения полотен используются различные виды стекол и стеклопакетов, а также панели с облицов- ками из пластика, алюминия, ПВХ-профили и другие ма- териалы. Рис. 27.11. Автоматические двери: а - одностворчатая раздвижная; б - двухстворчатая раздвижная; в - двухстворчатая телескопическая раздвижная, г - то же. четы- рехстворчатая; д - система антипаники для подвижных створок; е - раздвижная полукруглой формы; ж - раздвижная угловая; з- к - револьверные (карусельные) двух-, трех- и четырехлопаст- ные; л-н - способы складывания полотен при эвакуации Рис. 27.10. Входная дверь из ПВХ-профилей, встроенная в вит- раж (ТИССЕН)
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 607 Пороги для ПВХ-дверей выполняются из алюминие- вых профилей в двух вариантах: • предназначенный для новых зданий, профиль монтируется в пол и имеет достаточную глубину для ук- ладки каменных плит; с его внутренней стороны может устанавливаться дополнительный профиль из ПВХ, кото- рый утепляет притвор; • более плоский порожек, предназначенный для реконструируемых зданий; он оставляет место для уст- ройства покрытий пола. По способу открывания двери из ПВХ-профилей под- разделяются на распашные, раздвижные, подъемно-раз- движные, параллельно-раздвижные с откидыванием по- лотен, складные раздвижные. При включении в проект автоматических дверей обычно преследуют две цели: • функциональную - автоматические двери значи- тельно повышают пропускную способность и создают комфорт входящим: • эстетическую - обогащение фасада и придание зданию современного вида и привлекательности. Автоматические двери изготавливаются по индиви- дуальному заказу (тип конструкции, размер, цвет, допол- нительное оборудование, логика работы и др.). Самым распространенным и функциональным ти- пом автоматических дверей являются раздвижные двери (рис. 27. И a-ж]. Они устанавливаются в гости- ницах, вокзалах, торговых центрах и других обществен- ных зданиях с большими людскими потоками, где не- обходима высокая пропускная способность и возмож- ность прохода «с занятыми руками». Также эти двери применяются на объектах с контролем доступа, где требуется идентификация входящего. Раздвижная ав- томатическая дверь может удовлетворить практически все требования пользователей; единственным ограни- чением при ее выборе является пространство, необхо- димое для того, чтобы подвижные полотна могли раз- двигаться в стороны. Для автоматических дверей применяют рельсы дли- ной до 6 м; при этом можно обеспечить ширину открыва- ния дверей до 3 м. Рекомендуемая высота прохода - 210 см. Вес подвижных полотен практически не ограни- чен: современные приводы обеспечивают надежную и плавную работу дверей весом до 240 кг. Разновидностью автоматических раздвижных дверей являются раздвижные двери с антипаниковыми шар- нирами (рис. 27.11 д), которые могут применяться на путях эвакуации. В нормальном режиме они работают как обычные раздвижные двери. При нажатии на створки из- нутри (в случае паники, пожара) и подвижные, и непод- вижные створки открываются наружу как распашные две- ри. Такое открывание можно использовать и намеренно (в жару, для проноса крупных предметов и т.д.). Ширина прохода в режиме раздвижных дверей составляет 100...250 см. Если боковое пространство недостаточно для раз- движки полотен, используют телескопический вариант раздвижных дверей (рис. 27. 11 в, г). Например, при ши- рине проема 300 см обычная конструкция раздвижной две- ри позволяет обеспечить ширину открывания (прохода) на 150 см, а телескопическая - на 200 см. Однако конструк- ция получается более «толстой», кроме того, уменьшается жесткость «из плоскости», что требует устройства направ- ляющей в полу по всей ширине дверной конструкции. Круглая (полукруглая) и угловая конструкции раз- движных автоматических дверей (рис. 27.11 е, ж) удов- летворяют многие требования и смотрятся очень эффект- но, хотя они выше по стоимости, чем плоские двери. Полу- круглая дверь является частным случаем сегментной две- ри. Угол дуги дверного полотна может быть любым (до 180"). Чем больше радиус круглой двери, тем более плав- но и бесшумно двигаются полотна. Минимальный реко- мендуемый радиус - 100 см. Угловая дверь может иметь угол между подвижными полотнами от 90" до 135". Раздвижная дверная конструкция изготавливается из алюминиевых профилей и стекла; может быть изго- товлена и из пуленепробиваемых материалов - стали и бронированного стекла. Выбор типа привода опреде- ляется физическими нагрузками (вес полотен, интен- сивность работы), требуемой логикой работы двери и необходимыми устройствами (замок, панель управле- ния, сенсоры, устройства контроля доступа, компью- терная сеть и т.п.). Для изготовления дверных полотен применяют «хо- лодные» и «теплые» (с термовставками) алюминиевые профили, применяемые для изготовления витражей. По- ставщики автоматических приводов обычно предлагают собственные системы профилей, где хорошо продуманы все примыкания, а также предусмотрены дополнительные детали - направляющие и уплотнители. Для изготовления полотен внутренних дверей обыч- но используется закаленное стекло либо стекло типа «триплекс», а для наружных дверей предпочтительнее применять стеклопакеты. Отдельным классом автоматических дверей являют- ся револьверные (карусельные) двери (рис. 27.11 з-н), которые бывают: • полностью ручные (без привода) - входящий должен толкать дверь перед собой; • ручные с двигателем - после выхода человека из двери обеспечивается фиксация полотен в определенном положении; • автоматические с сервоприводом - привод реа- гирует на первоначальное нажатие на полотно и начинает вращать дверь, которая после выхода человека останав- ливается; » полностью автоматические - вращаются посто- янно или начинают вращаться при подходе людей. В зависимости от диаметра (2...6 м) револьверные двери имеют два, три или четыре полотна, которые спо- собны складываться при необходимости эвакуации лю- дей или транспортировки крупногабаритных грузов {рис. 27.11 л-н). Револьверная дверь - дорогая конструкция с точки зрения производства и монтажа, но это единственная конструкция, решающая проблему сквозняка и задачу за- щиты помещения от пыли и грязи. На базе автоматических дверей можно запроектиро- вать различные шлюзовые входные группы. Шлюзы используют в целях предотвращения сквозняков либо для обеспечения контроля доступа. В первом случае стандартным решением является тамбур из двух раз- движных дверей, объединенных программными сред- ствами таким образом, что вторая дверь не откроется, пока не закроется первая. При необходимости обеспече- ния контроля доступа выбор конструкции шлюза обуслав- ливается специальными требованиями (весовой датчик, фотоэлементные пары, инфракрасные сенсоры и т.п.).
608 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 27.3. Внутренние двери К внутренним дверям не предъявляются такие жест- кие требования, как к входным (наружным). Но в то же время двери должны соответствовать назначению тех помещений (зданий), в которых они устанавливаются, например: • двери офисов должны обладать повышенной звукоизоляцией, быть удобными в эксплуатации и хоро- шо вписываться в интерьер; • двери школ должны быть долговечными и устой- чивыми к механическим воздействиям; • двери больниц и поликлиник должны отвечать требованиям гигиены, обладать улучшенной изоляцией, бесшумно закрываться; • двери гостиниц, по возможности, должны соче- тать в себе долговечность, стойкость к повреждениям, звукоизоляцию и эстетику; • двери магазинов и складов должны обладать по- вышенной прочностью, отличаться простотой конструк- ции и низкой стоимостью; • двери специальных помещений имеют свои осо- бые требования. Межкомнатные двери жилых зданий по типу запол- нения дверного полотна делятся на глухие и остекленные (рис. 27.12). Рис. 27.12. Глухие и остекленные межкомнатные деревянные деери Рис. 27.13. Раздвижная дверь из четырех полотен с матовым стеклом Глухие двери могут быть гладкие, с формованной панелью или филенчатые. Отделка глухих дверей может дополняться: • панелями из резной древесины; • комбинациями шпона ценных пород древесины с разным рисунком и направлением волокон; • инкрустацией другими материалами (металл, стекло); • профилированными окантовками (из дерева, пластика); • зеркалами. Остекленные двери могут иметь остекление самых разных форм: прямоугольной, треугольной, арочной, с вертикальными и горизонтальными членениями. Размеры стекла определяются архитектурными требованиями с учетом безопасности. Типы применяемых стекол: обычные прозрачные, дымчатые, матовые, витражные и венециан- ские, различные цветовые и фактурные комбинации и т.д. Для членений применяются горбыльки как настоя- щие, так и ложные (накладные), накладные решетки из дерева, металла и пластика. По способу открывания межкомнатные двери раз- деляют на распашные, раздвижные и складные. Наиболее традиционные - распашные двери (правые и левые). Раздвижные двери (рис. 27.13) дают дополнительные возможности для трансформации помещений, решают про- блему «узких мест» в квартире. Такие двери могут быть пра- выми и левыми, однопольными и двупольными, с движени- ем вдоль стены или задвигающимися внутрь стены. Раз- движные двупольные двери могут иметь как одну направля- ющую для обоих полотен, так и две, причем для каждого из полотен варианты направления движения могут быть раз- личными, что зависит от типа конкретной конструкции. Щели между стеной и дверным полотном обязательно дол- жны закрываться специальными щеточками для обеспече- ния звукоизоляции и защиты от пыли внутренних пустот. Раздвижные двери могут быть не только деревянны- ми, но и из профилей алюминия или ПВХ. В подобных дверных полотнах для отделки их поверхности использу- ют различные материалы: стекла, зеркала, ламинирован- ные панели, дерево, обои и др. Складные двери разделяют на три группы: • дверное полотно состоит из равных секций (рис. 27.14)', • дверное полотно состоит из двух секций разной ширины (на 1/3 полотна); • дверное полотно состоит из множества узких от- дельных секций - «двери-гармошки» (см. п. 25.3). Дверные полотна на 1/2 и на 1/3 полотна имеют конст- рукцию и наружную отделку, сходные с распашными дверя- ми. Отличие связано с наличием раздвижного механизма и особенностями крепления частей полотна друг к другу. Двери-гармошки могут быть выполнены из различных материалов: дерева, ДСП, МДФ, фанеры, пластиков и др. Такие двери могут быть глухими или остекленными, с же- сткими или гибкими шарнирами, одностворчатыми или двухстворчатыми. Как правило, двери-гармошки подве- шиваются к верхнему направляющему рельсу, но при не- обходимости может устанавливаться и нижний направля- ющий элемент. Существуют Двери, в которых комбинируются два ва- рианта открывания - раздвижной и складной. По форме двери могут быть прямоугольными (основ- ное применение) или арочными. Кроме того применяют
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 609 варианты арочных полотен в прямоугольной форме двер- ного проема. Прямоугольные двери могут дополняться фрамугами арочной или прямоугольной формы; для этой цели используют импост. Фрамуги устраиваются глухими (для зрительного увеличения высоты двери) и остеклен- ными (для увеличения светового потока). Наибольшее распространение получили межкомнат- ные двери из дерева и материалов на основе дерева. Применение заменителей натуральной древесины обус- ловлено стремлением снизить стоимость конструкций и нивелировать недостатки дерева как природного матери- ала (в первую очередь гигроскопичность). Например, все больше применяется в дверных конструкциях материал MDF, обладающий высокой гидрофобностью и повышен- ной плотностью. Двери из других материалов (металла, пластика) ред- ко применяются для жилых помещений в России, хотя до- вольно широко распространены в ряде европейских стран. Высокие эксплуатационные качества, долговечность, ори- гинальный дизайн помогают подобным дверям занять до- стойное место в группе дверей для жилых зданий. Конструктивные решения дверных полотен могут иметь свои особенности, но все их можно разделить на две группы: филенчатые и щитовые. Двери с филенчатыми полотнами - наиболее эс- тетичны, но и самые сложные в изготовлении. Вследствие каркасной конструкции они обладают малым весом и воз- можностью разнообразной архитектурной обработки фи- ленок (рис. 27.15). Полотна филенчатых дверей состоят из брусков обвяз- ки, образующих каркас полотна, средников (промежуточ- ных брусков) и филенок - щитов, заполняющих простран- ство между брусками. Нижний брусок обвязки часто дела- ется более широким. Иногда к нижнему бруску обвязки крепится защитная доска - плинтус. Дверь тем прочнее, чем больше в ней средников, а следовательно, и филенок. Для закрепления филенок в брусках обвязки и сред- нике выбираются специальные пазы, в которые при сбор- ке двери вставляются филенки. По виду соединения с обвязкой различают следующие виды филенок: гладкие, с рамой, наплавные, с раскладками. Раскладки (профиль- Рис. 27.14. Складная остекленная дверь ные реики) называют по-разному: окладными калевками, молдингами или штапиками. Двери щитовой конструкции состоят из «обкла- док» - обвязочной рамы из брусков и щита. Щитовые по- лотна могут быть сплошными и каркасными. При каркасном исполнении (рис. 27.16) полотно представляет собой раму (каркас) из деревянных брус- ков. Между крайними вертикальными или горизонтальны- ми брусками обвязки через определенные промежутки вставляют бруски жесткости, которые не дают прогибать- ся облицовке. Заполнение дверных полотен может быть различным: сотовым, ячеистым из пластинок ДВП, из ДСП с круглыми пустотами, из сплошных ДСП, из деревянных брусков и т.д. Сотовое заполнение выполняется из гофрированно- го картона. Прочность такого типа дверей вполне доста- точна для квартиры. Двери с основой из древесностру- жечной плиты с круглыми пустотами (экструзионной ДСП) более прочные, из сплошной ДСП еще прочнее, хотя и гораздо тяжелее. Внешняя панель дверей может быть гладкой, формо- ванной (профильно-прессованной), окрашенной в раз- личные цвета либо отделанной древесным шпоном или ламинатом. Двери могут быть глухими или остекленными. Толщина дверного полотна принимается 35...45 мм. Коробка и наличники. Дверные полотна навешива- ются на дверные коробки, укрепляемые в проемах стен и перегородок. Наличники служат для закрытия щелей между коробкой и стеной, а также для оформления двер- ного проема. Дверные коробки могут выполняться из различных материалов и отличаться по конструкции и внешнему виду. Важное требование к коробке - простота ее монта- жа при удобной подгонке к дверному проему. Толщина Рис. 27.15. Филенчатые деревянные межкомнатные двери
610 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ коробок внутренних дверей по возможности должна со- впадать с толщиной перегородок (стен), иначе возникают трудности с установкой наличников. При толстых стенах возможно наращивание коробки с помощью компенса- торных соединительных планок или использование до- борной доски. Рис. 27.16. Одностворчатая распашная (а) и двухстворчатая кача- ющаяся (б) остекленные двери с полотнами щитовой конструкции Традиционная дверная коробка собирается из брус- ков с выбранными четвертями для организации притвора полотен. При устройстве фрамуг коробка снабжается го- ризонтальным импостом. Дверные коробки изготавливают из дерева (масси- ва), ДСП, МДФ и реже из стали (в основном, для обще- ственных зданий). Отделка коробки и наличников, как правило, идентична отделке полотна двери, однако может быть выполнена и другого цвета (чаще более темного). Разновидностью коробок являются специальные ме- таллические короба, применяемые для раздвижных две- рей, убираемых в стену. Они бывают двух типов: для от- делки под гипсокартон или под штукатурку. Пороги в межкомнатных дверях обычно не делают. Они необходимы только если предъявляются повышен- ные требования к звукоизоляции. Применяются вариан- ты порогов: с притвором (с четвертью), планочные, с вен- тиляционным отверстием, высокие (для туалетов). Обыч- но используется твердая древесина. Внешняя отделка (облицовка) межкомнатных две- рей может выполняться различными способами: • фанерование - с использованием шпона ценных пород древесины; • окраска в белый и другие цвета; • тонирующее лакирование; • протравливание морилкой; • облицовка пластиком или ламинатом; • вырезание рисунка на панели с помощью панто- графа; • инкрустация с применением различных мате- риалов; • комбинированным способом. Стеклянные двери. Для дверей без обвязки исполь- зуются стекла толщиной не менее 8 мм с обработанной кромкой и последующей закалкой всего полотна. Кромка обрабатывается в форме трапеции, а затем подвергает- ся качественной полировке. Для изготовления цельностеклянных дверей приме- няются прозрачные и тонированные в массе стекла, а так- же прозрачные и цветные узорчатые стекла. Требования по безопасности обуславливают необходимость исполь- зования термически закаленного (безопасного) стекла. Цельностеклянные двери могут быть распашными, складными, раздвижными, а также автоматическими. По- добные двери зрительно объединяют несколько помеще- ний в единое пространство, одновременно ограничивая доступ, а также служат звукоизоляционной преградой. 27.4. Ворота К воротам предъявляются высокие требования по функциональности, долговечности, надежности и по со- ответствию их дизайна общей архитектуре здания. Классификация ворот производится по различным признакам: область применения, тип открывания, конст- руктивное решение, применяемые материалы. По области применения ворота обычно подразде- ляют на гаражные и промышленные. По типу открывания можно выделить ворота рас- пашные, откатные (цельные, двупольные, секционные), подъемные (подъемно-поворотные, подъемно-складные, подъемно-телескопические, подъемно-шторные), рулон- ные (скручивающиеся).
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 611 По конструкции полотно ворот может представлять собой как цельную панель, так и состоять из отдельных секций (ламелей) - в секционных и рулонных воротах. В зависимости от показателей ло теплопроводности ворота подразделяются на утепленные и неутепленные. Материалы, используемые для полотен ворот - это чаще всего металлы (сталь, алюминий и их комбинации), но могут быть также древесина, различные типы стекол, пластики и др. Управление воротами осуществляют вручную либо с помощью электрического привода, оснащенного раз- личными устройствами доступа и безопасности. Особое внимание необходимо обращать на безопасность исполь- зования ворот: должна быть исключена возможность за- щемления пальцев; аорота должны быть оборудованы ус- тройствами, исключающими их непроизвольное движе- ние при повреждении. Для выбора наиболее оптимального варианта ворот необходимо учитывать ряд требований к воротам для конкретного объекта: • частное или промышленное использование; • возможность подъезда к воротам вплотную; • интенсивность эксплуатации; • требования по теплоизоляции; • необходимость освещенности помещения через ворота; • технологические особенности (энергосбереже- ние, влагостойкость, пожаробезопасность и т.д.); • необходимость разграничения потоков транс- порта и людей; » необходимость защиты ворот от взлома; • автоматическое оснащение ворот; • конструктивные особенности проема ворот (раз- меры, перемычки и т.д.); • архитектурные требования. Гаражные ворота. В настоящее время обязательным требованием комфортного проживания в одноквартирном доме является наличие автостоянки (гаража). Поэтому по- требность российского рынка в гаражных воротах растет в соответствии с ростом строительства комфортного жилья. Наиболее широко применяются две конструкции гаражных ворот: подъемно-поворотные и секционные. Конструкция подъемно-поворотных ворот пред- ставлена на рис. 27.17. При открывании полотно ворот перемещается по специальным направляющим из вер- тикального положения в горизонтальное (под потолок по- мещения). Подъем полотна ворот осуществляется с по- мощью пружин растяжения и подъемных рычагов. Рама выполняется из труб прямоугольного сечения, полотно ворот представляет собой цельную конструкцию. Благо- даря простой конструктивной схеме ворота надежны, просты в управлении и относительно экономичны. Полотно ворот состоит из каркаса (сварной рамы из прямоугольных профилей с поперечными ребрами жест- кости) и облицовки (из металла или древесины). Полотно выполняется неутепленным или утепленным. Утепленное полотно представляет собой трехслойную конструкцию из пенополистирола с двухсторонними металлическими листовыми облицовками. Возможна установка в полотнах ворот остекления, которое разнообразит дизайн и обес- печивает дополнительное освещение. Подъемно-поворотные ворота выпускаются в широ- ком диапазоне размеров. При необходимости рядом с гаражными воротами могут быть установлены боковые двери, выполненные в том же стиле, что и полотно ворот. Если боковую дверь установить невозможно, то исполь- зуют решения, позволяющие встраивать калитку (внешне схожую с полотном) а конструкцию ворот. Управление воротами может осуществляться с помо- щью ручного или электрического привода. При установке электропривода ворота можно легко открывать и закры- вать с помощью пульта дистанционного управления, не выходя из машины, либо с помощью кнопочного выклю- чателя изнутри гаража. Секционные ворота широко используются в гаражах (автостоянках) частных домов, но этим область их приме- нения не ограничивается. Они применяются также и как промышленные ворота. Полотно секционных ворот (рис. 27.18} состоит из от- дельных секций - ламелей, скрепленных между собой пет- левыми шарнирами. По краям ламелей устанавливаются ролики со встроенными подшипниками, которые обеспе- чивают плавное и бесшумное скольжение полотна ворот по направляющим. Секции ворот поднимаются вертикально вверх и уходят под потолок, занимая горизонтальное (на- клонное) положение. Благодаря этому они не занимают -2£ Наружная высота рамы _ £ з 5 а Глубина захода при открывании электроприводом 2930 мм при высоте ворот 2125 мм 3400 мм при высоте ворот 2325 мм 4310 мм при высоте ворот 2750 мм Глубина захода при открывании ______электроприводом Рис. 27.17. Подъемно-поворотные гаражные ворота: а - общий вид; б - горизонтальный разрез; в - вертикальный разрез а 3
612 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ дополнительного места при открывании, что позволяет ставить автомобиль вплотную к воротам гаража. Секционные ворота подходят к любой форме проема: прямоугольной, со скошенными углами, с верхней закруг- ленной частью в форме сегмента или полуокружности. Для естественной освещенности гаража (и в декоратив- ных целях) в секциях ворот могут встраиваться окна. Мо- жет быть установлена также и калитка. Существуют несколько типов ламелей, составляющих полотно секционных ворот: • стальные - с одинарной стенкой (холодные); • стальные - с двойной стенкой (утепленные); • из массивной древесины различных пород. Полотно ворот с одинарной стенкой усиливается с помощью стальных профилей, что повышает их устойчи- вость и обеспечивает бесшумный ход. В утепленных металлических панелях пространство между облицовками заполняется вспененным полиурета- Рис. 27.18. Секционные гаражные ворота: а - общий вид; б - полотно; в - варианты расположения зубчатого вала и ходовых рельсов; г - конфигурация ворот; 1 - пенополиу- ретан; 2 - акриловое заполнение; 3 - шарнирное соединение; 4 - алюминиевые листы; 5 - нижний профиль со сдвоенной манжетой ном высокой плотности, что обеспечивает монолитность и высокую прочность панелей. Пенополиуретан является материалом с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, поэтому такая конструкция полотна обеспечи- вает эффективную теплозащиту помещения автостоянки. Выпускаются секционные ворота с различными разме- рами ламелей Высота панелей составляет 400...600 мм, а толщина чаще бывает 42 мм. Стыки панелей разрабатыва- ются таким образом, чтобы исключить проникновение внутрь помещения атмосферных осадков и ветра. Этому способствуют резиновые уплотнители. Для обеспечения герметичности ворот по периметру обычно применяются эластичные морозостойкие уплотнители, которые препят- ствуют утечке тепла. Секционные ворота могут оснащаться ручным или электрическим приводом. Электропривод может постав- ляться в различной комплектации. Безопасность является ключевым требованием для гаражных ворот. В конструкции ворот должны быть пре- дусмотрены такие решения, которые позволяют: • исключить возможность защемления частей тела человека; • исключить возможность зажатия воротами по- сторонних предметов; • исключить вероятность падения ворот; • защитить от взлома. К воротам производственных зданий (промыш- ленным воротам) тоже предъявляются высокие требо- вания их соответствия архитектуре здания. Но все же главным являются технические параметры ворот, их спо- собность выполнять задачи, которые зависят от особен- ностей производства. Например, для производств с мок- рыми процессами (автомойки) применяются влагостой- кие ворота. В этих конструкциях все ролики, петли и кре- пеж изготавливаются из нержавеющей стали, направля- ющие и полотна имеют специальное покрытие, а вся электроника закрыта дополнительными корпусами. Для того, чтобы не создавать препятствия для транс- портных потоков, применяют скоростные ворота, открыва- ющиеся в горизонтальном или вертикальном направлениях. В соответствии с межвидовой унификацией установле- ны следующие номинальные размеры промышленных во- рот: 2,4 х 2 4; 3 х 2,7; 3x3; 3,6 х 3,6; 3,6 х 4,2; 4,8 х 5,4 м. Номенклатура промышленных ворот очень широка: распашные, откатные, подъемные, секционные (в том числе скоростные), рулонные (в том числе скоростные), раздвижные, ворота с круговой направляющей, качающи- еся и другие. Распашные ворота (рис. 27.19 а) состоят из рамы, полотна в виде створок и запирающих устройств. Как пра- вило, они устанавливаются с наружной стороны стены здания, створки ворот открываются вручную. Одна из створок выполняется с калиткой. Ворота применяются в условиях небольшой интенсивности движения транспор- та и в малоснежных районах. Откатные ворота (рис. 27.19 б) обычно состоят из монорельса, прикрепленного с наружной стороны стены к несущим конструкциям здания, на котором через подвес- ки с роликами закреплено полотно с механизированным приводом движения. Ворота применяются в условиях большой интенсивности движения транспорта для зданий, строящихся в снежных районах с сильными ветрами. Подъемно-поворотные ворота (рис. 27.19 в} состо- ят из рамы, устанавливаемой с внутренней стороны сте-
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 613 ны здания, и полотна, которое с помощью механизиро- ванного привода при открывании складывается вдвое и устанавливается в виде козырька над проемом ворот. Ворота применяют в условиях большой интенсивности движения транспорта, особенно при размещении подряд в нескольких пролетах зданий. Секционные промышленные ворота имеют тот же принцип работы и ту же конструктивную схему, что и га- ражные секционные. Основные отличия заключаются в размерах и эксплуатационных нагрузках, в более разно- образных требованиях (по пожаробезопасности, влаго- стойкости и т.д.). Номенклатура промышленных секцион- ных ворот гораздо шире гаражных: разнообразие по при- меняемым конструкциям, материалам, типам остекления, вариантам оборудования. В конструкциях ворот применяются сталь, алюминий и их комбинации. Ворота могут быть одинарными или двойными с теплоизоляцией (пенополиуретан), частично или полностью остекленными. Стальные ворота с одинарной стенкой - наиболее экономичное решение для неотапливаемых промышлен- ных зданий. Стальные ворота с двойными стенками и теплоизоляцией применяются в отапливаемых зданиях. Комбинированные ворота из стали и алюминия пред- назначены для остекленных ворот. Комбинация этих мате- риалов позволяет достигать двойного эффекта: прочности и долговечности конструкции в сочетании с легкостью и стойкостью ее элементов к атмосферным воздействиям. Алюминиевые ворота выполняются из легких алюми- ниевых профилей, позволяющих изготавливать все по- лотно ворот остекленным. Применяются две разновидно- сти конструктивных решений: с «холодными» профилями и «теплыми» (с терморазрывом). В обеспечении теплоизоляции ворот и защиты от грязи и атмосферных воздействий большую роль играют уплотне- ния (боковые, напольные, между секциями, для перемычки и др.). Уплотнители должны быть эластичными, морозоус- ойчивыми, сохранять свои свойства длительное время. Управление воротами осуществляется ручным приво- дом, цепным приводом вала, фланцевым приводом. Ско- рость открывания ворот зависит от их размера, типа ком- плектующих и обеспечивается установленным на привод- ной вал мощным электродвигателем и электронной си- стемой управления. Время нахождения ворот в открытом состоянии регулируется при помощи реле времени или кнопкой управления. Рулонные ворота получили свое название потому, что при открывании они сворачиваются в рулон, который может быть расположен как внутри, так и снаружи поме- щения. Рулонные ворота состоят из узких ламелей, шар- нирно соединенных друг с другом в гибкое полотно, кото- рое наматывается на вал, закрепленный над проемом во- рот. Полотно поднимается вертикально, поэтому снежные заносы не вызывают затруднений, и автомобиль к ним может подъезжать почти вплотную. Рулонные ворота выпускаются из стали (при больших размерах) и алюминия, с одинарной стенкой и с двойны- ми стенками, с вырезами под остекление. Профили ла- мелей для рулонных ворот могут иметь различную форму (рис. 27.20). Скоростные ворота используют внутри здания и как наружные для оптимизации транспортных потоков, улуч- шения климатических условий в помещениях и экономии энергии. Обширная номенклатура скоростных ворот включает в себя прозрачные ворота с гибкой завесой, движущиеся в горизонтальном и вертикальном направле- нии, а также рулонные, секционные и складывающиеся ворота, используемые в качестве надежного средства закрытия внешних проемов. Рис. 27.19. Распашные (а), откатные (б) и подъемно-поворотные (в) промышленные ворота: 1 - полотно ворот; 2 - подвеска; 3 - рама ворот; 4 - стена; 5 - уплотнение Рис. 27.20. Примеры профилей (ламелей) для рулонных ворот
614 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Глава 28 КРОВЛИ 28.1. Общие положения Крыша является верхней ограждающей конструкцией здания и, следовательно, выполняет несущие, гидроизо- лирующие, а при бесчердачных (совмещенных) и мансард- ных конструкциях еще и теплоизолирующие функции. Кровля - один из элементов крыши, ее основная зада- ча - защищать здание от атмосферных воздействий. При этом следует понимать, что качественное выполнение кровли является обязательным, но недостаточным усло- вием для обеспечения надежности крыши. Основные термины и определения. Согласно СНиП II-26-76 «Кровли» в нормах проектирования приня- то выделять нижеследующие элементы. Кровля - верхний элемент покрытия, предохраняю- щий здание от проникновения атмосферных осадков. Основание под кровлю - поверхность теплоизоля- ции, несущих плит или стяжек, по которым укладывают слои водоизоляционного ковра (рулонного, мембранного или мастичного). В кровлях из жестких элементов (чере- пица, профилированные листы) опорами для закрепле- ния этих элементов является обрешетка. Основной водоизоляционный ковер (в составе ру- лонных и мастичных кровель) - слои рулонных материалов или слои мастик, армированные стекломатериалами, по- следовательно выполняемые по основанию под кровлю. Дополнительный водоизоляционный ковер (ру- лонный или мастичный) - слои из рулонных материалов или мастик, выполняемые для усиления основного водо- изоляционного ковра в ендовах, на карнизных участках, в местах примыкания к стенам, шахтам и другим конструк- тивным элементам. Защитный слой - элемент кровли, предохраняющий основной водоизоляционный ковер от механических по- вреждений, непосредственного воздействия атмосфер- ных факторов, солнечной радиации и распространения огня по поверхности кровли. Покрытие - верхнее ограждение здания для защиты помещений от внешних климатических факторов и воз- действий. При наличии пространства (проходного или полупроходного) над перекрытием верхнего этажа по- крытие именуется чердачным. По степени воздействия воды и атмосферных осад- ков принято выделять кровельные и гидроизоляционные материалы. Кровельные материалы предназначены для защиты от атмосферных осадков (дождь, снег, град), т.е. от кратковременного (периодического) воздействия осадков. Гидроизоляционные материалы способны за- щищать строительные конструкции от постоянного воз- действия воды, в том числе под давлением. В конструкции крыши могут применяться следующие основные слои (сверху вниз): • кровельный материал, на который при необхо- димости наносится дополнительный слой (посыпка, бал- ласт и т.п.); • гидроизоляционный слой (на пологих крышах) - дополнительно изолирует внутренние слои крыши от про- никновения атмосферной влаги; • теплоизоляция - обеспечивает стабильную тем- пературу воздуха в помещениях под крышей; • пароизоляция - препятствует проникновению водяного пара изнутри здания в конструкцию крыши; • основание. Классификация кровель. Кровельные материалы подразделяют по виду исходного сырья: • металлические (из стали, алюминия, меди и дру- гих металлов и их сплавов); • керамические, получаемые обжигом глиняного сырья (черепица); • цементно-волокнистые (асбоцемент, стеклоце- мент); • цементно-песчаные (бетонная черепица); • пластмассовые (стекловолокнистый пластик, органическое стекло); • битумные (на основе битума, дегтя, полимеров и их смесей). По конфигурации кровельные материалы бывают: • плоские; • вол нистые (профилированные); • пазогребневые; • гребневые. По внешнему виду и размеру: « штучные (черепица, плитки мягкие и жесткие, металлические изделия); • листовые (металлические и асбестоцементные, плоские и профилированные); • рулонные (материалы на основе модифициро- ванных битумов); • мембранные (резиновые и полимерные мембраны); « мастичные (битумные и полимерные мастики). Это деление достаточно условно - между штучными и листовыми материалами можно принять площадь эле- мента в 1 м2, между рулонными и мембранными - шири- ну полотнища в 1 м. По способу укладки кровельные материалы (кров- ли) подразделяют на: • приклеиваемые - на горячих и холодных масти- ках, на клеях; • самоклеящиеся - битумные, битум но-полимер- ные, комбинированные и др., содержащие клеящий слой, покрытый пленкой или бумагой; • механически закрепляемые - вулканические ка- учуки (с помощью реек, пленок, лент, шурупов с шайба- ми, герметиков и других материалов); • балластные - нвприклеиваемые; материалы ук- ладываются насухо и пригружаютоя гравием; • наплавляемые - подплавлением нижнего слоя, т.е, огневым горячим способом или растворением - без- огневым способом; • наливные - бесшовные покрытия; жидкий мате- риал на полимерной основе выливается и равномерно распределяется по всей поверхности; • мастичные - предусматривают армирование ма- стичного слоя стеклосеткой и нанесение слоев равномер- ной толщины без разрывов. По эксплуатационным характеристикам все кров- ли можно разделить на две группы: • неэксплуатируемые; • эксплуатируемые {для ходьбы, для движения транспорта и автостоянок, для озеленения). Кровля, как верхний слой ограждающей конструкции, подвергается воздействиям целого ряда факторов, к которым относятся: • атмосферные осадки;
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 615 • ветер; • солнечная радиация; • температурные перепады; • водяной пар; • химически агрессивные вещества; • механические нагрузки. Атмосферные осадки. Для стока дождевой воды поверхности кровли придают уклон. Задача кровли - не пропускать воду в нижележащие слои. Мягкие кро- вельные материалы, образующие сплошной герметичный ковер (рулонные и мастичные материалы, полимерные мембраны), хорошо справляются с этой задачей. При ис- пользовании других материалов атмосферные осадки при небольших уклонах крыши, особенно при неблаго- приятных погодных условиях {дождь с сильным ветром), могут проникать под кровельное покрытие. В таких слу- чаях под кровлей устраивают дополнительный гидроизо- ляционный слой Важной задачей является организация системы во- доотвода - внутреннего или внешнего. Снег оказывает на крышу дополнительную статическую нагрузку (снеговая нагрузка). Она может быть достаточно большой, поэтому ее обязательно учитывают при расчете общей нагрузки на конструкцию крыши. В снежных районах уклон желательно устраивать больше, чтобы снег не задер- живался на крыше. В то же время на скатных крышах реко- мендуется устанавливать снегозадерживающие элементы, которые не позволяют сходить снегу лавинообразно, что выводит из строя систему наружного водоотвода. Ветер. Потоки ветра образуют вокруг здания области положительного и отрицательного давления. Отрывающая сила ветра может оказаться достаточной для повреждения кровли {образования вздутий, отрыва части покрытия и т.п.) Особенно она возрастает, когда усиливается давление внутри здания {под основанием кровли) из-за проникнове- ния воздуха через открытые двери и окна с подветренной стороны или через щели в конструкции крыши Чтобы ис- ключить риск повреждения крыши, ее основание должно быть как можно более герметичным, кроме того, часто де- лают дополнительное механическое крепление кровельно- го материала к основанию (к обрешетке). Солнечная радиация. Различные кровельные матери- алы обладают разной чувствительностью к солнечной ради- ации. Например, она практически не оказывает влияния на керамическую и бетонную черепицу, на кровли из металлов без полимерных покрытий. Чувствительны к солнечной ра- диации материалы на основе битума; от воздействия УФ- излучения ускоряется процесс их старения, поэтому они обычно имеют защитный слой из минеральных посыпок. Некоторые материалы под действием УФ-излучения со вре- менем теряют первоначальный цвет (выцветают), напри- мер, металлические кровли с полимерными покрытиями. Верхние слои кровли могут под действием солнечной энергии значительно нагреваться. Материалы на основе битума при высоких температурах размягчаются и могут «сползать» с наклонных поверхностей крыши. Чувстви- тельны к высокой температуре и металлические кро- вельные материалы. Температурные перепады. Кровля функционирует в довольно жестком температурном режиме, испытывая как пространственные, так и временные температурные пере- пады. Известно, что все материалы в той или иной степени подвержены термическому растяжению-сжатию. Для по- вышения сопротивляемости крыши термическим нагруз- кам применяют разные технические решения. В частности, в плоские кровли, для ограничения внутренних напряже- ний, закладывают специальные деформационные узлы. Водяной пар постоянно образуется в помещениях здания в результате жизнедеятельности людей. В про- цессе диффузии и конвективного переноса водяной пар поднимается вверх и, охлаждаясь до температуры точки росы, конденсируется в подкровельном пространстве. К неприятным последствиям приводит накопление влаги в теплоизоляционном материале, что резко снижа- ет его теплоизоляционные свойства. Существенным ба- рьером на пути проникновения пара в подкровельное пространство является специальная пленка с низкой па- ропроницаемостью, которую в конструкции крыши разме- щают непосредственно под теплоизоляцией. Для того, чтобы крыша с течением времени не теряла свою теплоизолирующую способность, необходимо, чтобы вся влага, накапливающаяся в теплоизоляции зимой, ле- том выходила наружу. Эта задача решается конструктив- ными мерами. В частности, для плоских крыш рекоменду- ется не сплошная, а частичная приклейка кровельных ма- териалов к основанию. В скатных крышах устраивают спе- циальные вентиляционные зазоры. Как правило, их два - верхний и нижний. Через верхний зазор (между кро- вельным материалом и гидроизоляцией) удаляется атмос- ферная влага, попавшая под кровлю. Через нижний венти- ляционный зазор удаляется влага, проникающая в утепли тель изнутри здания. Для обеспечения хорошей циркуля- ции воздуха применяются в качестве доборных различные вентиляционные элементы: аэраторы, решетки, специаль- ные вентиляционные элементы кровли. Механические нагрузки. Конструкция крыши (в том числе и кровля) должна сопротивляться как постоянным механическим нагрузкам - от насыпки и элементов мон тажа, так и временным - снеговым, от движения людей и техники (на эксплуатируемых кровлях). Выбор кровельных материалов зависит от многих факторов, в том числе от; • характеристики здания (назначение, этажность, температурно-влажностный режим, степень огнестойко- сти и т.д.); • конструктивных особенностей несущих элемен- тов крыши; • климатических условий района строительства; • номенклатуры имеющихся строительных мате- риалов, а также возможности строительных организаций, ♦ традиций и вкуса; • финансовых возможностей заказчика. Критериями для выбора конкретного кровельного материала является его соответствие: • конфигурации кровли (уклону); • долговечности кровли; • эстетическим требованиям; • экономическим возможностям заказчика (сто- имость материала, трудоемкость укладки, сложность кон- струкции кровли). При устройстве кровли решаются вопросы выбора конструкции и материалов для пароизоляции, гидроизо- ляции, утеплителя и. конечно, кровельного материала. Правильный выбор перечисленных материалов является очень важным для нормальной эксплуатации кровли в те- чении длительного времени. Одним из основных критериев, определяющих дол- говечность кровли, является способность кровельного
616 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ материала выдерживать температурные деформации в течение длительного срока. Важнейшими параметрами для оценки свойств ру- лонных материалов являются гибкость и теплостойкость. Гибкость определяется как температура, при которой не наблюдается трещин на поверхности материала при его изгибе на брусе определенного радиуса (25 или 10 мм). Теплостойкость - это температура, при которой при ис- пытании в течении 2-х часов не наблюдается сползания посыпки, вздутий и других дефектов вяжущего. Кровельный материал должен оцениваться по сово- купности таких характеристик, как: • прочность; • долговечность; • морозостойкость; • огнестойкость; • внешний вид (декоративные качества); • особенности монтажа; • особенности эксплуатации; • ком лектация доборными элементами; • экологическая чистота Разнообразие и обилие кровельных материалов на строительном рынке дают архитекторам огромные воз- можности, но одновременно и затрудняют выбор опти- мального материала для конкретного случая. Чтобы сде- лать обоснованный выбор, необходимо знать свойства существующих материалов (технические, эстетические, экономические), тем более, что имеется большое количе- ство разных фирменных (торговых) названий одинаковых по своей сути материалов. 28.2. Черепичные кровли Черепица - один из самых древних кровельных мате- риалов. Ее начали применять в Китае около 5000 лет на- зад. Несколько позже керамическая черепица появилась в странах Средиземного моря, а затем распространилась по Западной Европе. Область применения черепицы очень широкая - она может применяться для каменных и деревянных домов, при новом строительстве и реконструкции. Современная черепица позволяет выполнять скатные крыши любой сложности, однако следует знать, что фор- ма крыши часто определяет и форму применяемых пли- юк (рис. 28.1). Так, например, для криволинейных повер- хностей целесообразнее применять черепицу желобчатой формы или плоскую. Черепицу применяют, в основном, на крышах с укло- ном скатов 22...60' (табл. 28.1). Уменьшение угла допус- Таблица 28.1. Применение черепичной кровли Уклоны, градусы Нахлест, мм Особенности применения 60...90 75...108 Необходимо дополнительное крепление шурупами, кл ям мерами 30...60 Крепление черепицы не требуется. Для чердачных крыш можно не применять подкровельную пленку 22...30 85...108 16...22 10...16 95...108 Необходима лодкровельнвя пленка Необходима нижняя кровля менее 10 Применение черепицы не допускается кается в исключительных случаях и требует применения дополнительных мер по гидроизоляции и вентиляции. При уклонах более 60" требуется уделять особое внима- ние дополнительному креплению черепицы к обрешетке. Максимальный размер черепичных плиток обычно 300 х 400... 350 х 450, а вес 4...5 кг; собственный вес 1 м2 рядового покрытия составляет 40...60 кг. Черепица является одним из самых долговечных кро- вельных материалов - ее срок службы более 100 лет. Она огнестойка, устойчива к агрессивным средам и солнеч- ной радиации, обладает высокой шумоизоляцией и моро- зостойкостью. Низкая теплопроводность в сочетании с массивно- стью материала обуславливают минимальное образова- ние конденсата на внутренней поверхности черепичного покрытия. Одним из критериев, отличающих качественную че- репицу, является высокая плотность и низкая пористость, причем поры должны быть преимущественно замкнуты- ми. Чем выше пористость черепицы, тем ниже ее прочно- стные характеристики. Чем больше открытых пор, тем выше способность черепицы поглощать и удерживать влагу; высокое водопоглощение снижает морозостой- кость черепицы. Если черепичная кровля устраивается над мансард- ным помещением, то в конструкции крыши должны вво- диться теплоизоляционный и пароизоляционный слои (рис. 28.2). Необходимость устройства гидроизоляции зависит от типа используемой теплоизоляции. В качестве гидроизоляционного слоя применяются кровельные пленки, битумные рулонные материалы и т.п., которые кладутся на стропила. Над ними устраивается контробрешетка (для обеспечения вентиляционного за- зора), на которую крепятся брусья обрешетки, а на них уже укладывается сама черепица (рис. 28.3). Рис. 28.1. Крыши с бетонно-черепичной кровлей
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 617 При устройстве черепичной кровли на пологих кры- шах (менее 16') обязательно используется сплошной на- стил с наплавляемой нижней кровлей. По материалу черепица бывает керамической, це- ментно-песчаной. полимер-песчаной и стеклянной. Керамическая (глиняная) черепица - великолеп- ный материал, практически не требующий никакого ухо- да. Для изготовления керамической черепицы применя- ются жирные и пластичные глины. Вначале глиняную мас- су формуют в виде плиток (в специальных формах), а за- тем обжигают в печах. Обжиг - это очень энергоемкий технологический процесс, что обуславливает высокую цену производимой продукции. Современное производство керамической черепицы практически полностью автоматизировано. Это позволя- ет существенным образом увеличить производитель- ность, улучшить качество продукции, в том числе снизить процент отклонений от заданных параметров. Естественный красно-кирпичный цвет черепице при- дают оксиды железа, содержащиеся в сырье, а оттенки зависят от особенностей используемой глины. В настоящее время выпускается керамическая чере- пица, покрытая различными глазурями (ангобированная), что предопределяет богатый выбор по цвету и поверхно- сти (глянцевой или матовой). Несмотря на многие преимущества, высокая сто- имость всегда ограничивала широкое применение кера- мической черепицы. В целях удешевления была разрабо- тана технология, заменяющая природную глину цемент- но-песчаной смесью. Этот материал практически повто- ряет формы керамических черепичных плиток, не только сохраняя их основные достоинства, но и превосходя их по некоторым показателям. Цементно-песчаная (бетонная) черепица изготав- ливается из портландцемента, кварцевого песка и пигмен- тов на основе оксида железа. Черепица не подвергается обжигу, а получает прочность за счет твердения цементно- го раствора. Качество цементно-песчаной черепицы в большой степени зависит от качества применяемого сы- рья и соблюдения технологии производства. Поскольку портландцемент во влажных условиях твердеет годами, та Рис. 28.2. Устройство черепичной кровли над мансардой: 1 - коньковая черепица; 2 - рядовая черепица; 3 - уплотнитель; 4, 5 - гидроветроизоляционная мембрана; 6 - обрешетка; 7 - стропило; 8, 9 - дистанционный и вентиляционный бруски; 10, 11 - утеплитель; 12 - гнутый стальной профиль; 13 - пароизоля- ционная пленка; 14 - строительная бумага; 15 - деревянный брус; 18 - гипсокартонный лист цементно-песчаная черепица набирает прочность в про- цессе эксплуатации. Эта выгодно отличает ее от других видов черепицы, которые в разной степени, но с течением времени «стареют» - теряют свои технические свойства. Цвет бетонной черепицы приобретается с помощью специальных устойчивых к солнечному излучению краси- телей, которые добавляют в массу перед формованием. Можно изготавливать черепицу практически любого цве- та, но большее распространение находят цвета кирпич- но-красный, коричневый, зеленый и темно-серый. Полимер-лесчаная черепица производится с ис- пользованием отходов полиэтилена (пленки, флаконы и другие изделия), которые смешиваются с горячим песком и красителем, расплавляются и затем прессуются. Изде- лия некоторое время выдерживаются в сжатом состоянии и охлаждаются на воздухе. Такой материал относится к трудногорючим. Полимер-песчаная черепица отличается высокой ударной прочностью, стойкостью к воздействию грибков, меньшим весом и сроком службы. Цвет выпускаемых пли- ток - зеленый,красный,коричневый,черный. Стеклянные черепичные плитки используются толь- ко как замена других (рассмотренных выше) черепичных плиток для создания светопропускающих участков кров- ли при освещении чердачного пространства. Поэтому стеклянные черепицы должны иметь такую же форму и размеры, как и основные. Виды черепицы. Современная черепица выпускает- ся нескольких основных типов: плоская (типа «бобровый хвост» или пазовая), волнообразная (в виде одной или двух волн) и желобчатая («монах/монашка»). Форма черепицы определяет способ ее укладки и область применения. Рис. 28.3. Разрезы черепичной кровли: а - над неутепленным чердаком; б - над утепленной мансардой; 1 - стропильная нога; 2 - сплошной настил; 3 - контробрешетка; 4 - обрешетка: 5 - подкровельная пленка; 6 - теплоизоляция; 7 - пароизоляция
618 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Черепица «бобровый хвост» - старейший вид клас- сической керамической черепицы в виде плоских плиток со скругленными концами (рис. 26.4 а, в, г). Уложенная в два слоя так, что каждая верхняя черепица накрывает стык двух нижележащих, она образует оригинальное, на- подобие чешуи, надежное кровельное покрытие (рис. 28.5). Отсутствие замка в стыке смежных черепиц позво- ляет подрезать их боковые кромки, а это дает возмож- ность применять черепицу на криволинейных поверхно- стях. Рекомендуемый уклон кровли для данного типа че- репицы - от 30°. Плоская и волнообразная черепицы могут быть пазовыми, т.е. иметь по горизонтальным и вертикальным кромкам пазы для замкового соединения со смежными черепицами (рис. 28.6). Благодаря этому обеспечивает- ся более надежное крепление и водонепроницаемость кровли. Область применения пазовых черепиц ограниче- на плоскими поверхностями скатов крыши. Дополнительные элементы. Черепичная кровля - сложная система, которая, кроме рядовых черепиц, вклю- чает в себя различные доборные элементы (рис. 28.7), причем, чем сложнее геометрия крыши, тем больше не- обходимо этих элементов. При устройстве кровли из че- репицы особое внимание уделяется вопросам вентиля- ции и снегозадержания. Применение элементов вентиля- ции кровли дает возможность избежать образования кон- денсата на нижней поверхности черепиц. Элементы сне- гозадержания позволяют обезопасить людей и защитить водосточные желоба от лавинообразного схода снега. Монтаж. Основанием под черепицу является обре- шетка, которая выполняется из деревянных брусков или металлических перфорированных профилей. Расстояние между брусками определяется размерами черепиц и ук- лоном крыши. Так как черепица является мелкоразмер- ными, точными по геометрии изделиями, то она требует точного и тщательного монтажа обрешетки. Рис. 28.4. Виды плоской черепицы Укладка черепицы осуществляется снизу вверх ряда- ми. У большинства видов черепицы на нижней стороне имеется специальный выступ для крепления, которым она цепляется за обрешетку. Пазовые черепицы к тому же зацепляются друг за друга, образуя сплошной ковер. Че- репицы свеса, конька, края и др. нуждаются в дополни- тельном механическом креплении (шурупами, кляммера- ми). Если уклон кровли значительный (более 60°), то не- обходимодополнительное крепление и рядовых черепиц. Плоская черепица (например, «бобровый хвост») закреп- ляется к обрешетке каждой плиткой. Обычно черепица крепится к обрешетке не жестко (каждая плитка обладает способностью свободного пере- мещения), поэтому кровля способна воспринимать на- грузки, вызванные осадкой здания, еетровым давлением, влиянием температурных колебаний и т.п. без каких-либо деформаций и напряжений. Особенности устройства черепичной кровли в раз- личных местах крыши показвны на рис. 28.8...28.12. а Рис. 28.5. Способы укладки плоской черепицы
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 619 Рис. 28.6. Формы поперечного сечения плоской пазовой (a-в) и волнообразной пазовой (г, д) черепицы Рис. 28.7. Доборные элементы (аксессуары) черепичных кровель: 1,2- начальная коньковая и рядоввя черепица; 3 - коньковый конечный элемент; 4 - конечная (краевая) черепица; 5 - венти- ляционная; 6 - опорная с подножкой; 7 - осветительная (стек- лянная); 8 - вентиляционная; 9 - антенная; 10 - торцевой эле- мент; 11 - снегозадерживающая; 12 - решетка снегозадержива- ющая; 13 - опора конькового бруса; 14 - вентиляционный конь- ковый элемент; 15 - коньковый кляммер Рис. 28.8. Устройство вентилируемого конька кровли: 1 - основная водоизоляционная пленка; 2 - контробрешетка. 3 - дополнительная полоса пленки; 4 - обрешетка; 5 - аэроэлемент конька; 6 - коньковая черепица; 7 - коньковый кляммер; 8 - вен- тиляционная черепица Рис. 28.9. Устройство свеса кровли: 1 - желоб водослива; 2 - защитный фартук свеса, 3 - доска све- са; 4 - оцинкованный шуруп; 5 - ветровая доска; 6 - вентиляци- онные зазоры Рис. 28.10. Устройство наружного ребра кровли: 1 - коньковая черепица; 2 - кляммер; 3 - торцевой элемент; 4 - накосная (диагональная) стропильная нога; 5 - цементный ра- створ
620 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 28.11. Устройство ендовы (внутреннего ребра кровли): 1 - обрешетка; 2 - скоба; 3 - желобок; 4 - контробрешетка; 5 - настил; 6 - кровельная пленка; 7 - поролоновая полоса Рис. 28.12. Черепичная кровля скатов ломаного профиля: а - с наружным углом; б - с внутренним углом; 28.3. Металлические кровли В современной практике металлические кровли ши- роко применяются для малоэтажных и многоэтажных жи- лых и общественных зданий, а также для производствен- ных сооружений, в том числе со сложной формой крыш. Среди металлических кровель можно выделить сле- дующие основные типы: • плоские (с небольшими ребрами жесткости) по- крытия из листовых или рулонных металлов, выполнен- ные с фальцевыми соединениями; • покрытия из листовых пластинок с фальцевыми соединениями; • покрытия из профилированных листов, в том числе имитирующих черепицу («металлочерепица»); • покрытия из трехслойных кровельных плит (па- нелей). Металлы и их покрытия. Одним из самых распрост- раненных кровельных материалов в России была и оста- ется оцинкованная кровельная сталь. Это сравнитель- но недорогой, «легкий в работе» материал позволяет уст- раивать кровли разной геометрической формы. Листы оцинкованной стали используются также для устройства карнизных свесов, разжелобков, ендов, настенных жело- бов для кровель из других материалов (например, чере- пичных). Для придания металлическим кровлям декоративных свойств и защиты от коррозии применяют специальные полимерные покрытия. Стальной оцинкованный лист (рис. 28.13) покрывается фосфатным антикоррозионным слоем, затем наносится грунтовка, тыльная сторона лис- тов покрывается защитным лаком, а наружная (лицевая) - защитным полимерным покрытием: полиэстером, плас- тизолем, пуралом или ПВДФ. Полиэстер - относительно недорогое традиционное покрытие толщиной 25...30 мкм с глянцевой поверхно- стью, подходящее для любых климатических районов. Ос- нова покрытия - полиэфирная краска, обладающая хоро- шей стойкостью цвета. Материал обладает высоким уровнем гибкости (формуемости). Пластизол - наиболее толстое покрытие (200 мкм), имеющее текстурный рисунок. Основа покрытия - ПВХ (поливинилхлорид) - одна из евмых устойчивых и к меха- ническим воздействиям, и к «агрессии» природы, и к «гру- бостям» монтажников. Цветостойкость его существенно ниже полиэстера (покрытие через несколько лет равно- мерно теряет насыщенность цвета). Пурал - новое покрытие толщиной 50 мкм на основе полиуретана. Материал устойчив к суточным перепадам температуры, к низкой и высокой (до 120") температуре, обладает высокой коррозионной устойчивостью и цвето- стойкостью. Пурал подвержен царапинам меньше поли- эстера, однако, по сравнению с пластизолом, менее ус- тойчив к пластическому деформированию. ПВДФ - покрытие толщиной 27 мкм, состоящее из поливинилфторида (80%) и вкрила (20%). Имеет глянце- вую поверхность, может быть цвета типа «металлик». ПВДФ обладает высокой стойкостью к механическим по- вреждениям, самый стойкий к ультрафиолетовому излуче- нию - практически не выцветает. Такое долговечное покры- тие может применяться даже в условиях агрессивных сред. В качестве кровельного применяют материал, полу- чивший название алюцинк - гонкий стальной лист, защи- щенный сплавом алюминия и цинка. Защитный слой со- держит 55% алюминия. 43% цинка и 2% кремния. Алюми- ний защищает сталь от коррозии, а цинк обладает свой- ством катодной защиты обрезного края и от царапин на слое. Покрытие алюцинка - 20 мкм с обеих сторон. Кроме оцинкованной стали (в том числе с полимер- ными покрытиями) и влюцинка для устройства кровель применяют цветные металлы: алюминий, цинк и медь. Алюминий применяется как материал для устройства кровель с фальцевыми соединениями листов и для произ- водства профилированных листов («металлочерепицы»). Широкая цветовая гамма позволяет использовать алюми- ний для любых зданий - от промышленных до храмов. Для изготовления кровельного материала алюминий предварительно покрывают двумя слоями ПВДФ общей толщиной 25...40 мкм. Обратная сторона листа защища- ется прозрачным лаком. Алюминий обладает малым ве- сом (2 кг/м2), высокой долговечностью, высокой цвето-
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 621 стойкостью. Выпускается в рулонах шириной 0,6 м более 30 вариантов по цвету. Кровельный цинк (титан-цинк) уже давно применя- ется в Европе для высококлассного архитектурного реше- ния крыш и фасадов, а также для производства водосто- ков. Кровельный рулонный материал представляет собой цинк высокой чистоты, легированный, присадками титана и меди. Он обладает рядом уникальных свойств: абсолют- ной устойчивостью к коррозии, экологической безвред- ностью, хорошей пластичностью, возможностью выпол- нения соединений с помощью пайки, привлекательным внешним видом. Материал хорошо подвергается выко- лотке, что позволяет изготавливать из него декоративные элементы высокой сложности. Кровельный цинк может быть обработан специаль- ным методом травления (искусственного старения), кото- рое придает материалу особенно привлекательный серо- голубой оттенок (возникает также с течением времени под воздействием атмосферных факторов). Кровля, вы- полненная из титан-цинка, красива, долговечна и очень надежна, не требует специального ухода. Кровельный цинк выпускается в листах и рулонах шириной 0,6...1,0 м; толщина металла 0.7 и 1 мм. Медные кровли хорошо знакомы нам по уникальным постройкам прошлых лет. В России медная кровля была незаслуженно забыта и в последние десятилетия практи- чески не применялась. Но сегодня возрождаются тради- ции применения меди для кровель с использованием но- вейших технологий. Медь - металл с розоватым оттенком, приобретаю- щий на воздухе красноватый цвет. В течение первого года медь из красноватой становится сначала коричневатой, а затем матово-черной. Этот цвет имеют ее естественные окислы. С течением времени (за 15...20 лет) окислы меня- ют свой цвет на малахитово-зеленый. Существуют спосо- бы патирования меди, дающие подобный результат сразу (еще до укладки), но они довольно дорогостоящи. Патина является естественным защитным покрытием меди, на- дежно предохраняющим ее от коррозии. Это непосред- ственно сказывается на продолжительности службы мед- ной кровли, которая исчисляется сотнями лет. Пластичность меди дает ей еще одно преимуще- ство - медными листами можно легко устраивать кровли любой сложной конфигурации. Единственным недостатком медной кровли является ее достаточно высокая цена, которая, впрочем, соответ- ствует качеству этого материала. Основными достоинствами кровель из листовых металлов являются: Рис. 28.13. Структура стального листа с полимерным покрытием: 1 - стальной лист; 2 - слой цинка; 3 - антикоррозионное покры- тие; 4 - грунтовка; 5 - полимерное покрытие; 6 - защитный лак « гладкая поверхность, обеспечивающая хорошее стекание воды, что позволяет устраивать кровли с не- большим уклоном; • возможность индустриализации строительства с предварительной механизированной заготовкой элемен- тов кровельного покрытия; • малый вес, дающий возможность устраивать бо- лее легкие опорные конструкции крыш (стропила и обре- шетка); • гибкость металлов, позволяющая устраивать кровли крыш сложной формы; • невоспламеняемость; • легкость ремонта. Кровли из листовой и рулонной стали (оцинкован- ной, с полимерным покрытием), а также кровли из цветных металлов выполняют соединением отдельных элементов покрытия (картин) с помощью фальцев (рис. 28.14). Различают фальцевые соединения лежачие и сто- ячие, одинарные и двойные. Боковые длинные края ме- таллических полос, идущие вдоль ската, соединяют сто- ячими фальцами, а горизонтальные ~ лежачими. Фальце- вые соединения выполняются либо вручную специальным инструментом, либо современным способом - специаль- ным электромеханическим закаточным устройством. Применяется еще одна разновидность фальцев - само- защелкивающиеся (рис. 28.14 в). Соединение картин кровли происходит в этом случае без применения како- го-либо инструмента. Наиболее герметичным и влагонепроницаемым явля- ется двойной стоячий фальц - продольное соединение, выступающее над плоскостью кровли между двумя смеж- ными кровельными картинами, кромки которых имеют двойной загиб. 475 А/3 Рис. 28.14. Элементы металлической кровли: а - прямоугольный и трапециевидный профили (картины); б - фальцевое соединение, выполненное закаточным устройством; е - профиль с самозащелкивающимся фальцем; 1 - металличес- кий профиль; 2 - кпяммер; 3 - основание кровли
622 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Кровли из листовых и рулонных металлов устраивают либо по обрешетке, которая выполняется из деревянных брусков (обычно 50 х 50 мм) с определенным шагом (200...250 мм), либо по сплошному основанию. При не- соблюдении требуемого (расчетного) шага брусков мо- жет возникнуть прогиб листов, что ведет к деформации швов между листами, а это нередко становится причиной протечек и коррозии металла. Сплошное основание необходимо устраивать в мес- тах примыканий скатов, в карнизных свесах, в желобах и т.д., и, если форма крыши сложная, оно занимает боль- шую часть ее площади. Рекомендуемый уклон металлической кровли при ис- пользовании фальцовочной технологии соединения ли- стов - более 14°. При меньших уклонах кровли (7...14°) не- обходимо проведение специальных мероприятий по гид- роизоляции. Для металлических кровель очень важно соблюдение нормального температурно влажностного режима в под- кровельном пространстве. Нарушение требуемых пара- метров приводит к образованию конденсата на внутренней стороне листов, что служит причиной коррозии металла. В случае устройства кровли над мансардой недоста- точная вентиляция подкровельного пространства может привести к намоканию теплоизоляционного слоя (к ухуд- шению его теплоизоляционных свойств). Соединительные детали (гвозди, винты, проволока, кляммеры) должны быть обязательно выполнены из оцин- кованной стали, чтобы иметь такой же срок службы, что и кровельный материал. Традиционная технология устройства кровель из ме- таллических листов практически вытеснена современной технологией устройства кровли из рулонного металла, что повышает качество швов, увеличивает производи- тельность устройства кровли и улучшает ее эстетический вид (рис. 28.15). Рулонная технология называется так потому, что кровельные картины изготавливаются непосредс венно на строительной площадке из металла, поставляемого в рулонах, и могут иметь практически любую длину. Это позволяет избежать поперечных (лежачих) фальцев и, соответственно, основных мест протечек кровли. Соеди- нение кровельных листов осуществляется, как правило, в двойной стоячий фальц. Для обеспечения полной водо- непроницаемости соединения фальц может быть уплот- нен силиконовым герметиком. Рулонная технология устройства кровли позволяет: • использовад оцинкован ую сталь и сталь с по- лимерным покрытием; • обеспечить высокую степень герметичности со- единений; • устраивать кровли с любым уклоном, любой кон- фигурации и размера; • выполнять рабо ы не только на стройплощадке, но и непосредственно на самой крыше благодаря мо- бильности некоторого оборудования. Способ соединения лежачими диагональными фаль- цами применяется при устройстве оригинальных кровель из плиток цветного металла (рис. 28.16). Квадратные или ромбические плитки имеют на лицевой стороне заги- бы вг еред, а на обратной стороне загибы назад в форме простых одинарных фальцев. Их можно изготавливать как ручным, так и индустриальным способом, и благодаря их малому формату даже в геометрически сложных крышах достигаются надежные и зрительно убедительные реше- Рис. 28.15. Металлические кровли, выполненные по рулонной технологии Рис. 28.16. Кровля из мелких листов (плиток) цветного металла: а - общий вид; б - фрагмент; в - сечение
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 623 нир. Без особых проблем можно выполнять любые закруг- ления кровли. Кровли из профилированных листов. Для прида- ния жесткости металлическим листам их подвергают про- филированию. Профилированные листы (их еще называ- ют гофрированные, волнистые, профнастил) производят из оцинкованной стали, в том числе с полимерными по- крытиями. Листы различаются по форме и высоте гофра, по ширине готового профиля, по условиям применения. Профиль листов может быть низким и высоким, иметь трапециевидную или синусоидальную форму, М-образ- ную форму, а также узкие канавки (рис. 28.17). В качестве кровельного материала профилированные листы длиной до 12 м чаще всего используют для зданий с большими площадями в промышленном и гражданском строительстве (рис. 28.18). В связи с появлением проф- листов с полимерными покрытиями, которые придают листам декоративность, они все чаще применяются для скатных крыш малоэтажных зданий. Профилированные листы укладывают внахлест друг на друга (по длине и ширине) и крепят к нижележащим элементам крыши при помощи саморезов в нижнюю гоф- ру. При этом используются саморезы с герметизирующи- ми прокладками. Разновидностями профилированных листов являют- ся различной формы поперечногнутые и арочные про- фили (рис. 28.19). Они значительно расширяют возмож- ности формообразования крыш, позволяют создавать криволинейные участки карнизов, коньков и т.п. Для получения поперечногнутого профиля лист сги- бается особым способом под углом до 90‘ к направлению профиля, при этом гибка может быть одинарная и двой- ная. В результате конструкции, ранее требовавшие до- полнительных деталей с уплотнением или фальцевых со- единений, могут быть решены рационально и эстетично. Арочные профили представляют собой профилиро- ванные листы, согнутые в форму плавной дуги; закругле- ние может быть выпуклым или вогнутым. Профиль имеет свою собственную несущую способность в зависимости от его геометрии и расстояния между опорами. Арочный профиль может использоваться как свободнонесущая конструкция крыши, галереи, навеса или являться частью кровли с обычным ее опиранием на основание. Из ароч- ных профилей можно получать легкие несущие конструк- ции ангарного типа с пролетами до 18 м. Рис. 28.18. Варианты малоуклонных кровель из профнастила в совмещенных крышах: а - с опиранием на прогоны; б - с опиранием на прогоны и несу щий профнастил; 1 - гидроизоляция ( профилированный лист); 2 - гнутый стальной прогон; 3 - утеплитель, располагаемый меж- ду прогонами; 4 - подшивной профилированный лист; 5 - несу- щий профнастил; 6 - верхний пояс стальной фермы а Рис. 28.17. Примеры типов сечений профилированных стальных листов Рис. 28.19. Поперечногнутый (а) и арочный (б) стальные профи- ли кровли
624 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Разновидностью профилированного стального листа, который подвергается поперечному и продольному про- филированию (штампованию) для получения рисунка, имитирующего натуральную черепицу, является так назы- ваемая «металлочерепица». Кроме крупноразмерной «металлочерепицы», размер листов которой, в среднем, составляет 1,1 х 6 м, суще- ствует и мелкоразмерная (например. 1 х 0,45 м). Этот кровельный материал применяют как для ново- го строительства, так и для реконструкции. Поставка «ме- таллочерепицы» под заказ предполагает нарезку листов в соответствии с длиной ската кровли, что гарантирует высокую надежность кровли с уклонами не менее 14°. Ассортимент выпускаемой «металлочерепицы» раз- личается геометрией профиля (шириной и высотой вол- ны, рисунком), видами полимерных покрытий, цветовой гаммой (рис. 28.20). 1100 1090 Рис. 28.20. Виды стальных профилированных листов «под чере- пицу» При производстве «металлочерепицы» в качестве за- щитно-декоративного покрытия используются различные полимерные материалы, рассмотренные ранее. Для устройства кровли рядовых листов «металлоче- репицы» недостаточно, поэтому применяется целый ком- плект дополнительных аксессуаров (рис. 28.21) - это коньковые, карнизные и торцовые планки, элементы сне- гозадержания, уплотнители, ендовы и другие элементы. Монтаж «металлочерепицы» производят в соответ- ствии с рекомендациями поставщиков и технологической картой на устройство кровли. Профилированные листы обладают достаточной же- сткостью, поэтому в данном случае основание в виде сплошной обрешетки не требуется, но разреженная об- решетка должна выполняться с идеальной геометрией, иначе швы между листами будут расходиться, и в них бу- дут попадать вода или снег. Металл обладает достаточно большим коэффициен- том линейного расширения, что необходимо учитывать при устройстве «металлочерепичной кровли». Прежде всего это относится к узлам крепления листов к обрешетке. Преимущественно обрешетка выполняется из дере- вянных брусков, но возможно применение вентилируе- мой обрешетки из стальных гнутых профилей (см. рис. 28.21). Перфорация их боковых стенок и специальный профиль опорной плоскости обеспечивают циркуляцию воздуха под кровельными листами и удаление влаги вме- сте с воздухом через вентиляционные отверстия в свесе и на коньке (рис. 28.22). Листы «металлочерепицы» монтируются на обрешет- ке внахлест один на другой и крепятся шурупами-само- резами со специальными уплотнительными прокладками Рис. 28.21. Комплектующие элементы кровли: 1,2- коньковые; 3 - заглушка конька; 4 - ветровой (торцевой); 5, 6 - ендовные верхний и нижний; 7 - карнизный; 8 - снеговой барьер; 9 - вентиляционный выход; 10 - уплотнители; 11 - уп- лотнитель для стойки антенны; 12 - кровельные саморезы; 13 - стальная обрешетка; 14 - снегозадержатель; 15 - мостик
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИИ 625 (рис. 28.23). К уплотнительным прокладкам предъявляют- ся повышенные требования, так как от их надежности за- висит герметичность кровли в целом. Обычно они выпол- няются из синтетического каучука (EPDM). Под листами кровли необходимо монтировать гид- ропароизоляционный материал, что значительно повы шает надежность конструкции. Этот пленочный материал укладывается под обрешетку так, чтобы под листами ос- тавался воздушный зазор для вентиляции, для предот- вращения образования конденсата на нижней стороне «металлочерепицы» (см. рис. 28.22}. Для исключения скатывания снега в нежелательных местах (например, над входом}, а также для защиты же- лобов водостоков на кровле устанавливаются специаль- ные снегозадержатели. Часто бывает необходима уста- новка лестниц и переходных мостиков. Мелкоразмерная «металлочерепица» (рис. 28.24) в силу небольших размеров листов менее требовательна к качеству основания (обрешетке). Малые размеры по- зволяют также решить проблему температурных дефор- маций кровли. Основой одного из типов штучной «металлочерепи- цы» является стальной лист толщиной 0,5 мм, покрытый с двух сторон сплавом алюминия и цинка (алюцинком). На лицевую сторону листа наносится гранулят натурального камня (минеральные гранулы), поверх которого кладется слой прозрачного акрилата, служащего защитой от уль- трафиолетового воздействия. Основой другого типа «металлочерепицы» является оцинкованный с двух сторон стальной лист, покрытый эпоксидным слоем, поверх которого нанесен акрилат, за- щищенный слоем природных минеральных гранул. Поверх гранулята еще наносится прозрачное акриловое покрытие. Минеральный гранулят придает металлическим лис- там характерную фактуру натуральной черепицы, покры- Рис. 28 22. Решение «металлочерепичной» кровли на примере мансардной крыши: 1 - начальная обрешетка; 2 - профилированный лист; 3 - обре- шетка; 4 - гидроизоляция; 6 - промежуточная обрешетка; 6 - контробрешетка; 7 - конек; 8 - уплотнитель; 9 - пароизоляция; 10 - вентиляционная решетка; 11 - утеплитель; 12 - потолок; 13 - стропило; 14 - крюк для желоба; 15 - карнизный профиль; 16 - карнизная доска тие получается не таким «шумным» (удары капель дождя о кровлю смягчаются), а также появляется дополнитель- ная защита от механических повреждений. Кровельные листы укладываются внахлест и образу- ют своеобразный замо'к, который является защитой от протеканий. Вес кровли составляет, примерно. 7 кг/м2. Уклон должен быть не менее 12’. Металлические кровельные панели - слоистые строительные конструкции, состоящие из одного или двух облицовочных слоев и утеплителя. Они являются композитными конструкциями, в которых выгодно взаи- мосочетаются свойства используемых материалов. В ос- новном для металлических панелей в качестве покровных (облицовочных) слоев используется холоднокатаная оцинкованная сталь с полимерными покрытиями. Основ- ные различия связаны с использованием различных теп- лоизоляционных материалов и способов соединений па- нелей между собой. Классификация кровельных панелей производит- ся по нескольким признакам. 1. По количеству слоев- • трехслойные (облицовка + утеплитель + обли- цовка); • двухслойные (облицовка + утеплитель). 2. По форме сечения облицовок: • плоские (с двухсторонней облицовкой плоскими листами); • с верхней гофрированной облицовкой; • с нижней гофрированной облицовкой; • с двухсторонней гофрированной облицовкой. 3. По конструкции: • бескаркасные; • каркасные. Рис. 28.23. Крепление листов «металлочерепицы»: 1 - кровельный саморез; 2 - обрешетка; 3 - пленочная гидро- изоляция; 4 - ветровой (торцовый) профиль; 5 - ветровая доска
626 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 4, По типу утеплителя: • с минераловатным приклеенным (рис. 28.27); • с пенополиуретановым или пенополистироль- ным запененным {рис. 28.25)-, • из стекловолокна (в каркасных) {рис. 28.28). 5. По конструкции: • бескаркасные; • каркасные (см. рис. 28.28). 6. По способу продольного соединения: • пазо-гребневой замок (рис. 28.29); • фальцевое (см. рис. 28.25; 28.26); • с нащельником (см. рис. 28.29); • наружной облицовкой на монтаже (рис. 28.30). Металлические кровельные панели производятся длиной до 15 м, ширина варьируется от 0,9 до 1,2 м, тол- щина - от 80 до 300 мм. В последние годы кровельные (также и стеновые) металлические панели находят все большее применение благодаря их преимуществам: • возможность сократить расходы на строитель- ство и значительно ускорить сам процесс возведения здания; • возможность доставки любыми видами транс- порта на большие расстояния; • поверхность панелей имеет законченный внеш- ний вид и не нуждается в дополнительной обработке; • монтажные работы можно производить практи- чески при любых погодных условиях; • минимальные эксплуатационные расходы на со- держание зданий (по отоплению, по эксплуатации кровли); • возможность применения при любых уклонах кровли во многих типах зданий. Кровельные панели применяются при строительстве объектов различного назначения - от промышленных и административных зданий до спортивных сооружений, для строительства объектов автосервиса, автозаправочных станций, моек, складских помещений, холодильников. Очевидные преимущества и архитектурные возмож- ности металлических панелей сделали их применение возможным не только для промышленных и складских помещений, но и при строительстве зданий обществен- ного и делового назначения: торговых и развлекательных центров, спортивных комплексов, офисных зданий. Около 90% всех кровельных панелей, выпускаемых в мире, имеют утеплитель - пенополиуретан. Обладая превосходными теплоизоляционными характеристиками, низким весом (средняя плотность 40 кг/м3), отличной ад- гезией к облицовочным листам, высокой химической стойкостью, пенополиуретан является абсолютным лиде- ром среди материалов, используемых в качестве напол- нителя слоистых панелей. Он не подвержен гниению и распространению грибков и плесени, не теряет своих ха- рактеристик в течении многих лет. Единственным вопросом, который беспокоит проек- тировщиков, является горючесть пенополиуретана. Одна- ко необходимо понимать, что горючесть является харак- теристикой материала, а не строительной конструкции. Основными критериями, на основании которых принима- ется решение о возможности применения конструкции, является предел огнестойкости и пожароопасность. Так Рис. 28.25. Трехслойные металлические кровельные панели с фальцевым соединением между собой Рис. 28.24. Мелкоразмерная “металлочерепица», покрытая ми- неральным гранулятом: а - укладка; б - элемент Рис. 28.26. Фальцевое соединение кровельных панелей при опи- рании на профнастил: 1 - несущий профилированный стальной лист; 2 - винт; 3 - клям- мер; 4 - алюминиевая фольга; 5 - утеплитель (пенополиуретан); 6 - уплотнительная прокладка
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 627 как кровельные панели являются ограждающими элемен- тами конструкций, предел огнестойкости рассматривает- ся только по двум признакам предельных состояний - потери целостности и потери теплоизолирующей способ- ности. Проведенные испытания отечественных панелей показали, что предел их огнестойкости по потере целост- ности и потере теплоизолирующей способности равен 15 минутам (Е!15), что соответствует второй степени ог- нестойкости здания. Результатом испытаний на пожар- ную опасность стало присвоение класса К1 (малопожаро- опасные конструкции). Таким образом, исходя из полу- ченных характеристик и в соответствии с противопожар- ными нормами, кровельные металлические панели с Таблица 28.2. Применение кровельных металли- ческих панелей с пенополиуретановым утеплителем Категория помещения, здания, степень огнестойкости здания, класс констр. пож. опасности Высота здания, м Этажность Производственные здания В, IV, СО, С1 18 1-2 Г, III, СО, С1 30 1 -3 Д. Ш, СО. С1 30 Складские здания 1-3 В, IV. СО, С1 24 1 Д, III, СО, С1 36 Административные и бытовые здания не огран II, С1 28 1 -9 III, С1 12 1-5 IV, С1 6 1 -2 Таблица 28.3. Технические характеристики трехслойных кровельных панелей Толщина металла обшивок, мм Вес панели. кг/мг Толщина панели, мм Несущая способность, кг/м2 при пролетах, м 2,0 1 2'5 3,0 3,5 4,0 0,55 17,0 80 127 84 50 26 11 0,70 20,0 80 130 87 58 38 23 0.55 19.6 100 271 190 117 75 49 0.70 22,0 100 277 196 141 102 74 0,55 21,6 120 149 98 66 0,70 24,0 120 210 142 100 0,55 24,6 150 175 116 79 0,70 27,0 150 243 166 117 0,55 27,6 180 194 130 89 0.70 30,0 180 268 184 130 0.55 29,6 200 208 140 96 0,70 32,0 200 287 197 140 Рис. 28.27. Трехслойная металлическая кровельная панель с пазо-гребневым устройством для соединения утеплителем из пенополиуретана можно применять в зда- ниях с указанными в табл. 28.2 характеристиками. Более простым типом являются кровельные панели с подложкой из битумизированной бумаги. Панели по своим геометрическим характеристикам аналогичны обычным трехслойным панелям. Подложка из битумизи- рованной бумаги позволяет уменьшить вес панели, сни- зить ее стоимость. Пропитанная битумом бумага предот- вращает прохождение водяного пара и скапливание кон- денсата с внутренней стороны кровли. Данный тип пане- лей широко используется для кровель складских зданий, а также других зданий при опирании панелей на несущий профнастил (см. рис. 28.26}. При необходимости битуми- зированную бумагу можно заменить алюминиевой фоль- гой, что дополнительно сократит теплопотери за счет от- ражения внутрь здания лучей инфракрасного спектра. Использование в строительстве зданий огнестойких кровельных панелей с минераловатным утеплителем (см. рис. 28.27), специально разработанных доборных элементов и крепежных деталей - оптимальное решение для обеспечения пожарной безопасности. Результаты ис- пытаний на огнестойкость панелей с несгораемым утеп- лителем подтверждают соответствие требованиям по- жарной безопасности - сооружения соответствуют пер- вой (высшей) степени огнестойкости. Базальтовый тепло- изоляционный материал, который входит в состав пане- лей, переносит нагрев до 1000’С без потери своих физи- ческих свойств. В зависимости от толщины (50...200 мм) предел огнестойкости при потере целостности конструк- ции и теплоизолирующей способности составляет, соот- Рис. 28.28. Каркасная трехслойная кровельная панель: 1 - стальной оцинкованный профлист; 2 - гладкий лист; 3 - по- перечные ребра каркаса; 4 - то же, продольные; 5 - теплоизоля- ционные прокладки; 6 - утеплитель из стекловаты; 7 - полиэти- леновая пленка; 8 - самонарезающий винт
628 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 28.29. Продольный стык кровельных панелей: 1 - нащельник с прокладкой; 2 - винты самонарезающие; 3 - уп- лотняющая прокладка; 4 - прогон ветственно, от 30 до 180 минут (EI 180), а предел огне- стойкости при потере несущей способности и целостно- сти конструкции - 30 минут (RE 30). Облицовочный слой кровельных панелей обычно вы- полняется из нержавеющей или тонколистовой (0,5...1,0 мм) стали с полимерным покрытием. Выбор ме- талла подбирается в соответствии с назначением буду- щего здания и условиями эксплуатации. Применяются виды листов: ровная поверхность, накатка, профиль. Рис. 28.30. Соединение каркасных кровельных панелей между собой с наружной облицовкой на монтаже 6 Рис. 28.31. Узлы соединений панелей между собой и с другими элементами здания: а - стык панелей по ширине; б - стык по длине; в - конек; г - конек односкатной крыши; д - примыкание к стене; е - карниз; ж - средний желоб; 1 - панель кровельная; 2 - самосверлящий шуруп; 3 - герметик; 4 - нащельник; 5 - маска из стального листа; 6 - минераловатный утеплитель; 7 - заклепка вытяжная; 8- панель стеновая; 9-лист оцинкованный; 10-снегозадержатель; 11 -держа- тель желоба; 12 - маска-свес; 13 - желоб внутренний; 14 - минвата в битумной мастике; 15 - маска желоба
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 629 Одной из особенностей современных панелей являет- ся поперечное расположение волокон базальтового утеп- лителя относительно поверхности металлического листа, что предопределяет прочность всей панели. Плотное при- легание утеплителя к облицовочным листам с применени- ем высокопрочных полиуретановых и других клеев обеспе- чивает панелям цельность (монолитность). А изменение толщины теплоизоляции панелей делает возможным ис- пользовать их в различных климатических зонах и увели- чивать несущую способность (см. табл. 28.3}. С целью повышения несущей способности строи- тельной промышленностью выпускаются каркасные кровельные панели. Панели с несгораемым утеплите- лем из стеклянного штапельного волокна (см. рис. 28.28) представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из металлического каркаса, покрытого с двух сторон металлической облицовкой: внешняя - из профи- лированного листа, внутренняя - из гладкого листа. Об- лицовка выполняется из стали толщиной 0,55...0,7 мм и прикрепляется к каркасу из металлического гнутого про- филя через термоизолирующие прокладки при помощи вытяжных заклепок и саморезов. Кровельные панели при монтаже укладываются на кровельные прогоны из стали, древесины или бетона, а также на профилированный настил (см. рис. 28.26). Ми- нимальная ширина опоры панелей (ширина прогонов) составляет 60 мм, а на крайней опоре - 40 мм. При этом необходимо учитывать минимально допустимый уклон кровли (7“) и максимально допустимое расстояние между опорами. В табл. 28.3 приведена зависимость несущей способности панелей от расстояния междуопорами (про- летами) для панелей различной толщины. Например, для расчетной снеговой нагрузки 130 кг/м2 при толщине па- нели 180 мм с минераловатным утеплителем (рис. 28.27) оптимальным расстоянием между кровельными прогона- ми является 3,5 м. Для крепления панелей используют винты из углеро- дистой или нержавеющей стали с шайбами и уплотните- лем из ЕПДМ. Для крепления в деревянные прогоны при- меняют самонарезающие винты. При креплении в сталь- ные прогоны (с толщиной до 14 мм) применяют либо са- мосверлящие шурупы без предварительного сверления, либо самонарезающие шурупы с предварительным свер- лением отверстия. Продольные соединения между пане- лями дополнительно соединяют винтами с шагом не бо- лее 1,5 м (рис. 28.31 а). К элементам крепления панелей предъявляются же- сткие требования по максимальной нагрузке, безопасно- сти, водостойкости, антикоррозионности и эстетике. Различные виды фасонных элементов (нащельники и др., рис. 28.31) выполняются из листовой стали толщи- ной 0,5...0,8 мм с защитно-полимерным декоративным покрытием, которое аналогично покрытию на панелях. 28.4. Кровли из неметаллических листов и плиток Асбестоцементные волнистые листы (шифер) - недорогой, легкий в монтаже и один из самых широко применяемых кровельных материалов. Асбестоцементные листы получают формованием сме- си портландцемента, асбеста и воды с последующим за- твердеванием. Тонкие волокна асбеста, равномерно рас- пределенные в цементе, образуют армирующую основу для повышения прочности и ударной вязкости материала. Отечественные заводы выпускают волнистые асбес- тоцементные листы унифицированного, среднего, обык- новенного и усиленного профиля. Все они имеют шести- волновый профиль с высотами 28, 32, 40, 45 и 50 мм. Средняя плотность материала - 1700 кг/м3. Технические характеристики асбестоцементных листов представлены в табл. 28.4. В качестве основания под кровлю устраивается обре- шетка из деревянных брусков сечением 50 х 50 мм - для листов обычного профиля и сечением 75 х 75 мм - для листов усиленного профиля с шагом, соответственно, 500...550 и 750...800 мм. Укладываются листы от карниза к коньку (снизу вверх). Каждый вышележащий ряд напуска- ется на нижележащий на 120—140 мм. При уклоне более 30“ напуск можно уменьшить до 100 мм. В продольном на- правлении необходимо смещение стыков на одну волну или полуволну в каждом последующем ряду (рис. 28.32). Крепление листов осуществляется через гребень волны гвоздями или шурупами с оцинкованными шайба- ми. под которые устанавливаются мягкие герметизирую- щие прокладки для устранения протечки кровли. Ребра и конек накрывают специальными профилями из асбестоцемента или металла. Карнизные свесы устра- иваются из специальных асбестоцементных элементов или кровельной стали. Современные асбестоцементные кровельные листы для повышения их декоративных свойств и увеличения срока службы окрашивают цветными силикатными крас- ками или красками на фосфатном связующем. Краска образует защитный слой, снижающий водопоглощение и повышающий морозостойкость. Волнистые листы из асбоцемента рекомендуется при- менять для кровель зданий любого назначения с уклоном более 12°; вес такой кровли составляет 10...14 кг/м2. Во многих странах, где асбест не добывается, его за- меняют другими материалами: растительными (целлюло- за, джут и т.п.), минеральными (стекловолокно, базальто- вое волокно) и синтетическими (поливинилхлоридными и полиакрилонитриловыми). Безасбестовый или волокнистоцементный ши- фер - это современный вариант традиционного асбесто- цементного материала. Он характеризуется небольшим весом, эластичностью, коррозионной стойкостью, устой- Таблица 28.4. Технические характеристики волнистых асбестоцементных листов Марка Мооозостой- кость, циклы Размеры, мм длина ширина толщина Унифицированный лист УВ-6 25 1750; 2000: 2500 Унифицированный лист 1125 6 УВ-7,5 50 1750; 2000; 2500 Средний СВ лист 1125 7,5 25 1750; 2000; 2500 980; ИЗО Обыкновенный лист 5,86 ВО 25 1200 Усиленный лист 686 5,5 ВУ 50 2800 1000 8
630 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ чивостыо к биологическому воздействию, незначитель- ными температурными деформациями, негорючестью. Область применения волокнистоцементных листов широкая - от производственных зданий, жилых домов, павильонов до садовых домиков и построек временного назначения. Монтаж безасбестовых листов производится так же, как и асбестосодержащих; для их крепления выпускают- ся специальные гвозди такого же цвета. Битуминизированные (битумные) волнистые ли- сты под различными фирменными названиями (ондулин, аквалин, онлайн и др.) появились на строительном рынке России в 1990-е гг. Их изготавливают формованием при высокой темпе- ратуре и давлении из волокнистой основы (целлюлозной, стекловолокнистой и т.п.), пропитанной битумным связу- ющим. С лицевой стороны листы покрываются защитно- декоративным красочным слоем на основе термореак- тивного (винил-акрилового) сополимера и светостойких пигментов (красных, коричнев >ix зеленых, черных). Битумные волнистые листы внешне напоминают асбе- стоцементные, значительно легче их, лишены хрупкости и могут изгибаться при укладке. Гибкость вдоль волны по- зволяет применять их не только для плоских, но и криво- линейных поверхностей при радиусе кривизны от 5 м. Размеры листов 2 х 1 м; толщина 2,7 мм. Кровельное покрытие из битуминизированных листов - одно из самых легких - 3 кг/м2. Листы очень удобны в применении. Материал легко реже ся ножовкой и крепится специальными гвоздями с уплотняющей шляпкой к обреше ке. Шаг обрешетки ус- Рис. 28.32. Кровля из асбестоцементных волнистых листов: а - общий вид; б - сечение поперек ската; в - сечение вдоль ската танавливается в зависимости от уклона кровли (напри- мер, при уклоне в 10’ шаг принимается 310 мм, а при ук- лоне более 15’ - в два раза больше). При устройстве кровли с уклоном менее 7" под битумные листы необхо димо устраивать сплошную обрешетку. Обычно кровельные волнистые битумные листы ком- плектуются различными дополнительными элементами коньков, ендов, торцов из того же материала или метал- ла с полимерным покрытием (рис. 28 33). Для существующих зданий можно выполнить новое по- крытие из волнистых битумных листов укладывая их поверх старого покрытия без его разборки (рис 28.34). Используя этот прием, можно обновить кровлю, не открывая внутрен- ние помещения для атмосферных влияний. Готовая двойная кровля обладав лучшей гидро- и термоизоляцией. Применение битумных листов в качестве подкладоч- ных элементов (рис. 28.35) в значительной степени улуч- шает качество кровли из черепицы. Под слоем черепицы Рис. 28.33. Кровля из би (умных волнистых листов: а - порядок крепления листа гвоздями; б - монтаж конькового элемента; в - оформление горца; г - примыкание к стене; д - ендова; в - уплотнительная лента; ж - кровельные гвозди Рис. 28.34 Кровля новая из битумных волокнистых листов поверх старой
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 631 листы являются барьером для воды, пыли, звуков, одно- временно усиливая термоизоляцию. Для создания выигрышного эффекта черепицы (имита- ции черепиць) волнистые листы распиливаются на полосы шириной 50 см и крепятся к обрешетке с шагом 30 см. Благодаря удобному формату волнистого листа, его низкому весу, высокой эластичности, водонепроницаемо- сти и устойчивости к воздействиям паров и щелочей ма- териал нашел широкое применение как в частном домо- строении, так и в сельскохозяйственном и промышлен- ном строительстве. На асбестоцементных предприятиях России налажен выпуск конкурентоспособной продукции, которая вполне удовлетворяет современным требованиям потребителя к качеству. В частности, производятся плоские асбесто- цементные кровельные плитки различной геометри- ческой формы и широкой цветовой гаммы (рис. 28.36). Рисунок уложенных плиток имитирует кровлю из че- репицы. Что касается веса, то асбестоцементные плитки намного легче черепицы - квадратный метр кровли весит 16...19 кг. Сравнительная дешевизна ма ериала (в 4...6 раз де- шевле черепицы) является важным преимуществом при- менения плиток из асбестоцемента. К достоинствам это- го штучного материала относится и то, что его легко мон- тировать даже на крышах сложной конфигурации, при этом не требуется специальных инструментов: плитки крепятся к доскам обрешетки при помощи гвоздей и шу- рупов. Комплектующие детали для коньков, торцов, све- сов - также из асбестоцемента - позволяют обеспечить надежность и своеобразие кровли. Мягкие битумные плитки представляют собой не- большие плоские листы с фигурными вырезами по ниж- нему краю (рис. 28.37). Обычно один лист имитирует форму 3...5 черепиц, поэтому кровли с такими плитками часто условно называют «мягкая черепица». Этот мате- риал, во-первых, является штучным, во-вторых, его с пол- ным основанием можно отнести к группе мягких кровель, так как по своей структуре и составу компонентов он бли- зок к современным рулонным материалам. К тому же, как и все другие материалы мягкой кровли, он выполняет только защитную (изоляционную) функцию. Битумные плитки имеют различные формы, при ук- ладке которых возможно формирование структуры по- крытия в виде шестиугольников, волн, прямоугольников и других фигур. Выпускаются более двух десятков цвето- вых решений битумной плитки - от красного, создающе- го вид традиционного черепичного покрытия, до имита- ции заросших мхом или лишайником поверхностей. Ши- рина плиток обычно принимается около 1 м, высота (по скату) - 0,3...0,4 м. Рис. 28.35. Применен е битумных волнистых листов в качестве подкладочного слоя черепичной кровли Плитку рекомендуется применять на крышах с укло- ном не менее 10‘, причем при уклонах до 18 необходимо устройство специального подкладочного слоя. Макси- мальный уклон не ограничивается, допустимо покрывать даже вертикальные участки стен, примыкающие к крыше. Мягкая битумная плитка с имитацией «под черепицу» прекрасно подходит для скатных крыш как частных домов, так и общественных зданий особенно со сложными фор- мами. Плитки с верхним слоем из медной фольги можно с успехом применять даже для куполов соборов. Различ- ные варианты построек с кровлями из «битумной черепи- цы» представлены на рис. 28.38. Основным достоинством «битумной черепицы» явля- ется то, что ее с успехом можно применять для кровель Рис. 28.36. Кровля из асбестоне ентных плиток а - укладка плиток на обрешетку; б - вариан ы 1 - стропило; 2 - доска обрешетки; 3 - рядовая плитка; 4 - доборная плитка; 5 - скоба для крепления края кровли; 6 - краевая плитка; 7 - проти- воветровая кнопка 8 - уравнительная рейка, 9 - линия свеса
632 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ любой сложности, формы и конфигурации - вплоть до ку- полов. Так как битумная плитка является штучным матери- алом и не образует полностью сплошного покрытия, ей не требуется эластичность в такой степени, как рулонным материалам. Деформация материала кровли ограничива- ется каждой отдельной плиткой, что исключает нарушение целостности покрытия от внутренних напряжений. Мягкая битумная плитка, как и все битумные матери- алы, состоит из нескольких слоев. Разные типы плиток в зависимости от способа монтажа и декоративного эф- фекта могут различаться по структуре (рис. 28.39}. Основа «мягкой черепицы» - стеклохолст или стекло- ткань с нанесенным на обе стороны окисленным или мо- дифицированным битумом. Наружная (лицевая) поверх- ность - цветная каменная или минеральная крошка, кото- рая придает разнообразие цвета и фактуры и защищает от воздействий окружающей среды, обеспечивая дли- тельный период эксплуатации. На лицевую поверхность могут быть нанесены битумные клеевые полосы, предназ- наченные для приклеивания плиток друг к другу при ук- ладке внахлест (при отсутствии клеящего слоя на нижней стороне плиток). Нижняя сторона плиток либо полностью покрывается слоем кварцевого песка, либо по краям плиток дополни- тельно наносят слой самоклеющегося модифицирован- ного битума, который защищают специальной пленкой. Для крыш с небольшим уклоном или имеющим осно- вание, к которому невозможно закрепить плитку гвоздя- ми, применяется полностью самоклеющаяся плитка. Выпускаются плитки с лицевым слоем из медной фольги, что увеличивает их стоимость, но придает допол- нительные архитектурные возможности. «Мягкая черепи- ца», облицованная медным листом, имеет несколько от- личную от обычных плиток структуру (рис. 28.39 6} и со- стоит уже из восьми слоев. Рис. 28.37. Формы мягких битумных кровельных плиток Рис. 28.38. Примеры применения кровель из битумных плиток
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 633 Рис. 28.39. Состав битумных плиток: а - покрытых гранулятом; б - облицованных медной фольгой; 1 - цветная посыпка; 2 - модифицированный битум; 3 - стеклово- локно; 4 - кремниевый песок; 5 - тонкий медный лист (фольга); 6 - самоклеящаяся полоса; 7 - полипропиленовая пленка Основание под кровлю из битумных плиток должно быть неподвижным, прочным, гладким, сухим и обяза- тельно вентилироваться [рис. 28.40). Влажность его ма- териала не должна превышать 20%. В качестве основа- ния могут быть использованы доски, фанера и т.п. На способ монтажа плиток влияет их структура, уклон кровли и материал основания. Наиболее легко укладыва- ются плитки, имеющие самоклеющийся слой с защитной пленкой. В этом случае пленка перед монтажом снимает- ся, и каждая плитка крепится к основанию с помощью гвоздей или без них (для некоторых типов плиток). После этого под воздействием тепла происходит приклеивание нижней поверхности плитки к основанию и к соседним плиткам, в результате чего образуется герметичное кро- вельное покрытие. Особенности технологии монтажа зависят от темпе- ратуры наружно о воздуха, при которой производятся работы. Оптимальная температура для монтажа - около +6'С. При более низкой температуре склеиваемость кро- вельных битумным плиток осуществляется путем нагре- вания клеевых поверхностей горячим воздухом с приме- нением специального устройства. При жаркой погоде плитки необходимо держать в прохладном (теневом) ме- сте, чтобы обеспечить легкость удаления защитной плен- ки и простоту монтажа. При устройстве кровли из мягкой битумной плитки кроме рядовых плиток используют различные доборные и комплектующие элементы (см. рис. 28.40). Это карниз- ные полосы, коньковые элементы (в том числе с вентиля- ционными отверстиями), вентиляционные трубы, вакуум- ные вентиляторы (для проветривания кровельной кон- струкции), рулонные материалы для нижнего ковра, кро- вельные гвозди и др. 15 16 17 Рис. 28.40. Устройство кровли из битумных плиток: а - в зоне свеса; б - по линии ендовы, в - над мансардой; 1 - прижимной брус; 2 - выкроенный лист плитки; 3 - фиксирующий гвоздь; 4 - подкладочный слой; 5 - деревянный брус; 6 - доска; 7 - основание; 8 - вентиляционный зазор; 9 - обрешетка под ос- нование; 10 - несущая конструкция; 11 - гидроизоляционная мембрана; 12 - битумная мастика; 13 - зона, не пробиваемая гвоздями; 14 - верхний лист; 15 - пароизоляция; 16 - утепли- тель; 17 - защитная пленка 28.5. Мягкие кровли Мягкие кровли применяют для малоуклонных крыш. Абсолютно плоские кровли не устраивают, так как для выполнения своей основной функции кровля должна иметь уклон для сброса воды. Часто в проектах заклады- вается уклон 1,5%, но для обеспечения нормального сто- ка воды рекомендуется устраивать уклон не менее 3%. В отличие от скатных, на плоских крышах не приме- няют в качестве кровельных штучные и листовые мате- риалы. Здесь необходимы рулонные, мембранные и мастичные материалы (мягкие материалы), допускаю-
634 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ щие устройство сплошного гидроизоляционного ковра. Ковер должен быть эластичным настолько, чтобы воспри- нимать температурно-деформационные нагрузки. Мягкая кровля, как система, представляет собой кон- струкцию, состоящую из нескольких взаимосвязанных и функционирующих в комплексе элементов: • несущая конструкция; • пароизоляция; • теплоизоляция; • основание под кровлю; • кровельный ковер (гидроизоляция). Все элементы кровельной системы выполняют опре- деленные функции с общей главной целью - создание долговременной, не меняющей функциональных свойств конструкции, устойчивой к неблагоприятным воздействи- ям атмосферы. Рис. 28.41. Основные схемы устройства мягкой кровли по бетон- ному основанию: а - с двумя слоями наплавляемого гидроизоляционного ковра; б - эксплуатируемое покрытие; в, г - с клеевым креплением теп- лоизоляции; 1 - железобетонная плита; 2 - пароизоляция; 3 - минераловатный утеплитель; 4 - основание под кровлю из жест- кой минераловатной плиты; 5 - механическое крепление утепли- теля; 6 - приклеивающий состав; 7 - гидроизоляционный ковер; 8 - защитный слой из железобетонных плит (балласт); 9 - при- клейка горячим битумом, выполняющая роль пароизоляции В качестве несущих конструкций в различных зда- ниях выступают монолитные или сборные железобетон- ных плиты (рис. 28.41), металлический профилированный настил (рис. 28.42), деревянный настил. Слой пароизоляции устраивается в «теплых кры- шах» (в крышах с теплоизоляцией). Основным его назна- чением служит недопущение проникновения водяных па- ров из теплого помещения в утеплитель. Специальная пароизоляционная прослойка является, как правило, нижним слоем кровельной системы, укладываемым на несущую конструкцию, независимо от ее типа, непосред- ственно перед слоем утеплителя. Пароизоляция должна быть герметичной. Если в ка- честве пароизоляции используется рулонный гидроизо- ляционный материал, то его полотнища обязательно дол- жны быть соединены между собой: склеены двухсторон- ней лентой, сплавлены или сварены. Наиболее эффектив- на пароизоляция из высококачественных СБС-модифици- рованных битумно-полимерных материалов, так как эла- стичность СБС-битума и его способность к «самозалечи- ванию» делают ее надежной. г Рис. 28.42. Основные схемы устройства мягкой кровли по осно- ванию из профилированных стальных листов: а - с нахлестом в месте механического крепления; б - с устрой- ством пригруза по гидроизоляции; в, г - с клеевым креплением плит утеплителя; 1 - несущий стальной профилированный на- стил; 2 - пароизоляция; 3 - плиты теплоизоляционные; 4 - меха- ническое крепление; 5 - гидроизоляционный слой; 6 - приклеи- вающий состав; 7 - защитный слой из железобетонных плит; 8 - крупнозернистая посыпка; 9 - приклейка горячим битумом
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 635 Теплоизоляция. Новое строительство и капитальный ремонт зданий не могут осуществляться без применения эффективных теплоизоляционных материалов. При их выборе следует учитывать, что на долговечность и ста- бильность теплофизических и физико-механических свойств утеплителей, входящих в конструкцию кровли, оказывают существенное влияние многие эксплуа ацион- ные факторы. Это, в первую очередь, знакопеременный (лето-зима) температурно-влажностный режим «работы» конструкции и возможность капиллярного и диффузного увлажнения теплоизоляционного материала, а также воз- действие ветровых, снеговых нагрузок, механических на- грузок от хождения людей, перемещения транспорта по поверхности эксплуатируемых кровель. Основанием под кровлю из рулонных и мастичных материалов могут служить: • ровная поверхность теплоизоляции; • ровная поверхность железобетонных плит в кры- шах без теплоизоляции; • поверхность выравнивающих стяжек, устраивае- мых, как правило, по слою теплоизоляции. Поверхности оснований под кровлю не должны иметь впадин, бугров, наплывов, мешающих плотному склеива- нию полотнищ рулонных материалов с основанием и меж- ду собой. В большинстве случаев в качестве промежуточного слоя между теплоизоляцией и кровельным ковром устраи- вают стяжку из цементно-песчаного раствора, из плоских асбестоцементных плит, из цементно-стружечных плит. Перед укладкой кровельного ковра поверхности ос- нований из всех указанных материалов, к которым бу- дут приклеиваться слои кровельного ковра, должны быть огрунтованы составом из мастики и растворителя для связывания пыли и улучшения адгезии кровельно- го материала к поверхности основания. Основное тре- бование к основанию - жесткость. В отдельных случаях, при использовании высоко аче- ственных марок утеплителя из базальтового волокна или минеральной ваты, кровельный ковер укладывается непос- редственно на слой теплоизоляции без устройства стяжки. Кровельный ковер (гидроизоляция). Материалы, используемые для плоских кровель, подразделяют следу- ющим образом: • рулонные; • мембранные; • мастичные. Конструкции гидроизоляционного ковра, для устрой- ства которого применяются все эти материалы, носят ус- ловное название «мягкая кровля». Рулонные кровельные материалы представляют собой полотнища, скатанные в рулоны (отсюда название) шириной около 1 м и длиной 7...20 м. Рулонные материа- лы могут обеспечивать водонепроницаемость даже при нулевых уклонах, а верхний предел рекомендуемых укло- нов составляет 45'. Кровельный ковер из современных рулонных бигумосодержащих материалов, как правило, является двухслойным, поэтому различают материалы для нижнего и для покровного (верхнего) слоя. Вес 1 м2 кровельного ковра, в зависимости от вида материала и количества слоев, составляет 5...12 кг. Рулонные кровельные материалы классифицируют по следующим основным признакам (ГОСТ 30547-97): • по структуре полотна: основные (одно- и мно- гоосновные) и безосновные; • по виду основы: на картонной основе; на асбе- стовой основе; на стекловолокнистой основе; на основе из полимерных волокон; на комбинированной основе; • по виду компонента покровного состава, вя- жущего или материала: битумные (наплавляемые, не- наплавляемые); битумно-полимерные (наплавляемые, ненаплавляемые); полимерные (эластомерные вулкани- зированные и невулканизированные, термопластичные); • по виду защитного слоя: материалы с посып- кой (крупнозернистой, чешуича ой мелкозернистой, пы- левидной); материалы с фольгой; материалы с пленкой. К первому поколению рулонных материалов относят- ся битумные на картонной основе (рубероид, рубемаст и др.), которые не отвечают современным требованиям. Их недостатки - ускоренное старение, подверженность гни- ению, малая деформативность, низкая морозостойкость, недостаточная теплостойкость, необходимость укладки большого количества слоев (до 5). Единственное относи- тельное достоинство подобных материалов - их дешевиз- на. Применять рулонные битумные материалы на картон- ной основе рекомендуется для временных построек и объектов хозяйственного назначения, где нет необходи- мости использовать долговечные материалы. Положительным фактором оказалась замена биоло- гически недолговечной картонной основы негниющими материалами: стеклотканями, стеклохолстами, поли- эфирными полотнами и т.п. При этом увеличилась их прочность, однако недостатки, присущие битумным мате- риалам, остались. И в первую очередь это связано со «старением» битума. Существенным шагом вперед стало применение в ру- лонных материалах полимеров - как в качестве модифи- каторов битума, так и для создания исключительно поли- мерных кровельных материалов. Битумно-полимерные материалы (рис. 28.43} на негниющих основах и поли- мерные материалы - два класса рулонных материалов, отвечающих высоким современным требованиям. Рис. 28.43. Состав битум но-полимерного рулонного кровельно- го материала: 1 - верхний защитный слой (посыпка); 2 - битумно-полимерное вяжущее; 3 - основа (полиэфирное волок о, пропитанное вяжу- щим); 4 - защитная пленка; 5 - напуск шириной 12 см
636 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Битумно-полимерные материалы существенно доро- же битумных, но их укладывают меньшим количеством слоев, и срок их службы в 5... 10 раз больше. 8 России находят применение следующие битумно- полимерные кровельные материалы: армокров, атаклон, бикротеп, бикрост, бикроэласт, битулин, гидростеклоизол, изопласт, изоэласт, икопал, полифлекс, рубитекс, стекло- изол, техноэласт, унифлекс, элабит и многие другие. Эти рулонные материалы имеют следующие интерва- лы показателей и физико-механические свойства: • толщина (мм) - 3...6.5; • вес (кг/м2) - 3...6; • основа - стеклоткань, стекловолокно, полиэфир- ное нетканое полотно, стеклохолст; • теплостойкость ("С) - + 80... 100; • температура хрупкости (’С) - -15...-25; • прочность на разрыв полосы 50 мм (кгс) - 50...90 (в зависимости от основы); • водопоглощение (%) - 0,5...1,0; • срок службы (лет) - 16...25. Применяются несколько способов укладки рулон- ных материалов, в соответствии с которыми покрытия подразделяются на: а Рис. 28.44. «Дышащий» кровельный ковер: а - примыкание к парапету (стене); б - схема отвода водяных па- ров из-под кровли; 1 - верхний слой кровли; 2 - нижний слой кровли; 3 - штукатурка; 4 - битумная грунтовка; 5 - наплавляе- мый материал нижнего слоя «дышащего» ковра (например. Унифлекс ВЕНТ); 6 - цементно-песчаная стяжка; 7 - утеплитель; 8 - пароизоляция; 9 - переходный бортик; 10 - зоны приклейки нижнего кровельного слоя; 11 - движение водяных паров к аэра- торам или парапетным выпускам • приклеиваемые: на горячих битумных мастиках: на холодных резинобитумных, битумно-полимерных и по- лимерных мастиках и клеях; • наплавляемые: на окисленных и модифициро- ванных битумах; горячим (огневым) способом с помощью газовых горелок; горячим (безогневым) способом с помо- щью оборудования инфракрасного излучения; холодным способом (растворением утолщенного слоя битума); • с клеящим слоем: материалы с внутренней сто- роны имеют специальное защитное покрытие (силиконо- вую пленку или бумагу), которое снимается, и рулон рас- катывается на загрунтованную поверхность. Традиционный способ укладки кровельного ковра - способ сплошной приклейки рулонных материалов к ос- нованию. В ряде случаев кровельные материалы целесо- образно укладывать, используя частичную приклейку. При этом исключаются условия для появления избыточно- го давления вследствие образования между кровлей и ос- нованием воздушного зазора, сообщающегося с наруж- ным воздухом по контуру кровли (рис. 28.44) или через специальные вытяжные дефлекторы (рис. 28.45). Кровли, выполненные таким способом, называются «дышащими». Устройство «дышащей» кровли позволяет избежать не только вздутий, но и способствует удалению влаги из материала основания, в особенности из утеплителя (око- ло 1 кг с квадратного метра за лето). При «дышащей» кровле полностью исключаются ее разрывы над стыками и трещинами основания, так как деформации не переда- ются кровельному ковру. Недостатком данного типа кровли является слож- ность определения места протечки. Если в кровельном ковре появился разрыв, куда попала вода, то она расте- кается по всем воздушным пазухам и, найдя неплотный стык в основании, проникает внутрь здания. Частичную приклейку кровли к основанию можно осу- ществить, применив для нижнего слоя: • перфорированный материал; • обычный материал, приклеиваемый мастикой, в виде равномерно распределенных пятен или полос мастики; • наплавляемый материал, у которого нижний на- плавляемый слой нанесен на полотно прерывистыми по- лосами (рис. 28.44 б). Рис. 28.45. Установка кровельного вентилятора (дефлектора, флюгарки): 1 - вентилятор (флюгарка); 2 - верхний слой кровельного ковра; 3 - битумно-полимерный кровельный материал; 4 - цементно- песчаная стяжка; 5 - утеплитель; 6 - пароизоляция; 7 - плита крыши
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 637 При укладке материала путем подплавления или под- растворения для соблюдения технологии необходима до- статочная толщина нижнего покровного слоя. Минимально необходимая толщина должна соответствовать размерам неровностей (шероховатостей) стяжки основания. Устройство кровельного ковра из материалов с кле- ящим слоем является технологичным. При таком спосо- бе основание должно быть подготовлено с особой тща- тельностью. В России пока подобные материалы являют- ся редкими и применяются ограниченно. К преимуществам всех рулонных материалов можно отнести то, что они, вне зависимости от условий произ- водства работ и состояния поверхности, создают изоля- ционный слой с необходимой гарантированной толщи- ной. К недостаткам рулонных кровель относится большое количество швов (нахлестов) при изготовлении ковра. На крупных строительных объектах (торговые центры, выставочные комплексы, корпуса промышленных пред- приятий, административные здания) возникает необходи- мость технического решения кровель с маленьким уклоном и большой площадью. Традиционные рулонные материа- лы в таких случаях не всегда могут обеспечить достаточ- ную степень долговечности. Полимерные кровельные мембраны - решение этой проблемы. Они успешно при- меняются в странах Европы и США уже более 40 лет. Полимерные мембраны - особый класс материалов, с которыми связан новый подход к устройству кровель. Они отличаются высокой прочностью, эластичностью, высокой атмосферостойкостью, стойкостью к окислению и воздействию УФ-лучей, морозостойкостью. Кровельные мембраны долговечнее других извест- ных материалов для мягких кровель. Полимерные мемб- раны дороже битумно-полимерных материалов на 20...30%, но срок их службы значительно больше (до 50 лет при соблюдении технологии). Отличительной особенностью материалов является большая ширина полотнищ мембран. Благодаря этому можно подобрать оптимальную ширину для здания любо- го размера и конфигурации и тем самым свести к мини- муму количество швов в покрытии. Кровельные мембраны не продаются как другие ру- лонные кровельные материалы. Заказчику предоставля- ется современная кровельная система, включающая в себя непосредственно материал, комплектующие (эле- менты для герметизации внутренних и внешних углов, водосливов, выходов кабелей, вентиляции и т.д.; паро- изоляционные материалы; теплоизоляция для использо- вания без стяжки; водосливные воронки; флюгарки: со- единительные листы и др.), а также проектная докумен- тация с технологией укладки. В современной строительной практике России при- меняются следующие полимерные материалы: бикапол, бутерол, бутизол, бутиласт, бутилен, изолен, кровлелон, кровлен, кромэл, поликров, поликром, эластокров, элон и другие. Все полимерные мембраны можно разделить на три основные вида: ЭПДМ-, ПВХ- и ТПО-мембаны, несколько отличающиеся по своим свойствам. ЭПДМ -мембраны (этилен- пропилен-диен- моно- мер) представляют собой рулон из вулканизированного синтетического каучука толщиной от 1 мм. Соединение полотнищ мембраны производится с по- мощью специальной двухсторонней самоклеющейся лен- ты без нагревания. Применение ЭПДМ-мембраны позво- ляет в короткие сроки покрывать большие поверхности (ширина рулонов от 3 до 15 м, длина - от 15 до 60 м). Мембрана обладает высокой эластичностью (относитель- ное удлинение 300%), малым весом (1 м2 материала тол- щиной 1,2 мм весит 1,4 кг), устойчивостью к перепадам температур (от -40"С до +100'С). Производятся армированные ЭПДМ-мембраны - бо- лее прочные, но менее эластичные. Высокая цена самого материала сдерживает их широкое применение. ПВХ-материалы на основе пластифицированного по- ливинилхлорида появились несколько позднее, чем ЭПДМ. Для придания пластику необходимой гибкости в его состав вводят до 40% изомерных спиртов или летучих пластифи- каторов, а армирующая сетка придает необходимую проч- ность и предохраняет от усадки. Главное преимущество ПВХ-мембраны - способ сварки с помощью горячего воз- духа. Материал в зоне соединения доводится до пластич- ного состояния (+180*С) и прикатывается валиком до об- разования соединения. Такой сварной шов по прочности и надежности превосходит основной кровельный ковер. Легкость монтажа, высокая надежность, пониженная горючесть (Г1), способность выпускать избыточный пар из утеплителя, а также широкая цветовая гамма (внешний вид) позволили ПВХ-мембранам завоевать популяр- ность - в Европе до 30%> мягких кровель выполняются из ПВХ-материалов. ТПО-материалы (термопластичные полиолефины) появились в начале 1990-х гг., представляют собой пос- леднее поколение однослойных полимерных мембран. Материал состоит на 70% из каучука (эластомера) и 30% полипропилена (полимера), тем самым объединяя в себе достоинства двух предыдущих поколений материалов. В большинстве случаев используется неармирован- ная мембрана, которая имеет высокие характеристики - удлинение на разрыв 700%, водопоглощение менее 1%, гибкость на фальце - до минус 55'С, паройроницае- мость - 0,5 г/м2 за 24 часа. При этом мембрана хорошо сваривается и не изменяет свои свойства при воздей- ствии химически активных веществ. Армирование стекловолокном используется только для повышения стабильности размеров при нагревании-охлаж- дении, что улучшает внешний вид кровельного ковра. Применение автоматического сварочного оборудова- ния позволяет существенно сократить затраты труда при монтаже кровли из ТПО-материалов. ТПО-мембрану целе- сообразно использовать на новых конструкциях крыш слож- ной конфигурации и там, где высок риск случайного повреж- дения мембраны, а также в тех случаях, когда крыша будет подвергаться повышенным механическим нагрузкам в про- цессе эксплуатации (эксплуатируемые крыши). Применяются следующие способы укладки кро- вельных мембран: балластный, механическое закрепле- ние, приклеивание. Балластный способ является наиболее экономич- ным и универсальным для плоской кровли. Почти 90% всех применяемых ЭПДМ-кровель - балластные. Полот- нища свободно укладываются на основание и соединяют- ся таким образом, чтобы сформировать непрерывную водонепроницаемую мембрану. Мембрана закрепляется только по периметру и по местам примыканий к выступа- ющим элементам, а на поверхности основания она удер- живается с помощью балласта; гальки, гравия, щебня, бетонных плит или тротуарной плитки (в случае эксплуа- тируемых кровель).
638 В.А Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Вариантом балластной системы является инверси- онная кровля, идеально подходящая для крыш, на кото- рых происходит регулярное’пешеходное движение (иног- да транспортное), или для зданий в регионах с суровым климатом. При этом мембрана отделена от балласта сло- ем водостойкой теплоизоляции, которая свободно укла- дывается поверх мембраны (рис. 28.48). Балластный способ укладки мембран применяется в случаях, когда основание и несущая конструкция крыши способны нести дополнительную нагрузку балласта (до 50 кг/м2 и более) и когда уклон кровли не превышает 1:6. Способ механического закрепления рекомендует- ся в случаях, когда применение балластной системы ис- ключено (большой уклон кровли, невозможность допол- нительной нагрузки на несущие конструкции, неорганизо- ванный водосброс и т.д.). При этом способе используют- ся широкие полотнища, свободно укладываемые поверх основания. Они механически крепятся к основанию с по- мощью реек, которые накладываются поверх мембраны и затем защищаются специальными самоклеющимися по- лосами шириной 150 мм. Расстояние между рейками око- ло 2 м. Плиты утеплителя надежно крепятся к нижележа- щим элементам отдельно от мембраны. Разновидностью механического является способ «рейка в шве», специально разработанный для кровель со сложной конфигурацией. Используется он и в случаях, где требуется достаточно высокая устойчивость к ветро- вым нагрузкам. Применяют как обычную, так и армиро- ванную мембрану сравнительно небольшой ширины. По- лотнища механически закрепляются с помощью реек, ко- торые размещаются в середине швов примыкающих друг к другу полотнищ. Расстояние между рейками варьирует- ся в зависимости от ветровых нагрузок и типа используе- мого кровельного материала. Способ приклеивания мембраны рекомендуется в кровлях со сложными очертаниями и формами, большим уклоном, ограниченной несущей способностью, а также испытывающих высокие ветровые нагрузки. При этом ли- сты мембраны, скрепленные друг с другом по особой тех- нологии, закрепляются на основании с помощью специ- ального монтажного клея. Кровля является легкой и об- ладает высоким сопротивлением подъемной силе ветра. Мастичные кровли. Мастика представляет собой жидко-вязкую однородную массу, которая после нанесе- ния на поверхность и отвердения превращается в проч- ное монолитное покрытие (кровлю) толщиной 1.5...3 мм. По составу кровельные мастики делят на битумные, битумно-полимерные и полимерные. 8 состав мастик могут входить растворители, наполнители и различные добавки. Битумные, битумно-полимерные и полимерные масти- ки отличаются от аналогичных рулонных материалов тем, что формируются в покрытие (пленку, мембрану) исключи- тельно при их нанесении на поверхность основания кров- ли и, в принципе, должны обладать такими же свойствами. Мастики могут использоваться также как клеящий состав для устройства кровельного ковра из соответству- ющих рулонных материалов. Битумно-полимерные и полимерные мастики можно наносить на различные поверхности (бетонные, стальные и др.) любой сложной конфигурации. Уклоны крыш при этом не ограничены, но должно соблюдаться одно важ- ное условие: поверхность должна быть идеально ровной, иначе невозможно добиться одинаковой толщины мас- тичного покрова. Это самый главный недостаток мастич- ных кровель. После нанесения мастики на основание и испарения растворителя она твердеет, образуя сплошную бесшов- ную гидроизоляционную пленку. При этом толщина обра- зовавшейся пленки зависит от количества сухого остатка в составе мастики. У мастик, в состав которых не входит растворитель, отвердение происходит без уменьшения толщины нанесенного слоя. При уклонах кровель более 12% и температуре на- ружного воздуха выше +25*С в мастики вводят специаль- ные наполнители (загустители, цемент и др.), повышаю- щие ее вязкость. Мастикам может быть придан нужный цвет; для этого в них добавляют красители (в заводских или построечных условиях). Современные марки мастик не нуждаются в защитно- декоративном слое, так как окрашенные в массе, они об- ладают необходимыми декоративными свойствами, а сам материал достаточно стоек к атмосферным воздействи- ям. При необходимости защиты кровли от механических воздействий (в местах проходов, установки оборудова- ния и т.п.) выполняется защитный слой из мелкого гравия, крупного песка, асбестоцементных или битумных плиток. Лучшим защитным слоем является мелкая речная галька. Применяемые в настоящее время мастики при их на- несении не требуют предварительного разогрева («хо- лодные мастики») и по своему составу подразделяются на однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентная мастика (на растворителях) по- ставляется в готовом для применения виде, и отвердение состава происходит при улетучивании растворителя (по- добно обычным краскам). Поэтому срок хранения такой мастики небольшой - он редко превышает три месяца. Исключение составляет полиуретановая мастика (до года), отвердение которой происходит под действием паров воды в воздухе. В отсутствие растворителя полиуретано- вая мастика отверждается (полимеризуется) без усадки. Двухкомпонентная мастика поставляется в виде двух химически малоактивных составов, которые порознь могут храниться год и более. Это существенное преиму- щество, так как позволяет сделать запас материала к се- зону кровельных работ. При использовании двухкомпо- нентной мастики необходимо вначале приготовить смесь, а лишь затем нанести ее на поверхность. Для улучшения прочностных характеристик мастич- ных кровель их армируют стеклосетками или стеклохол- стами. Стеклосетка - это тканевая сетка из очень проч- ных стеклонитей с различной толщиной и размерами яче- ек. Стеклохолст - полотнище из произвольно располо- женных стекловолокон. Армирование повышает проч- ность, но снижает эластичность мастичного покрытия, поэтому нередко его выполняют лишь на отдельных участках кровли (обычно примыканиях и сопряжениях). Преимуществом мастичной кровли является отсут- ствие мест стыков и швов в кровельном покрытии. Техно- логичность нанесения мастик механизированным (воз- душным или безвоздушным распылителем) или ручным способом (валиком, кистью) позволяет просто и надежно выполнять кровельные работы на поверхности практичес- ки любых форм и уклонов. Особенно заметно это преиму- щество при устройстве кровель с многочисленными при- мыканиями, узлами и деталями. Кроме того применение цветных мастик позволяет существенно улучшить архи- тектурную выразительность крыши.
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 639 Мастичные кровли целесообразны на совмещенных (бесчердачных) крышах, так как кровельное покрытие та- ких крыш подвержено воздействию водяных паров, за- ставляющих «работать» кровлю на отрыв. Кровельная ма- стика обеспечивает повышенную надежность как за счет адгезии к основанию (стяжке или бетону кровельной пли- ты), так и за счет паропроницаемости пленки. Недостаток мастичной кровли заключается в том. что трудно добиться гарантированной толщины изолирую- щей пленки, особенно при больших уклонах и неровных поверхностях основания. Этот недостаток сводится к ми- нимуму при двухслойном нанесении контрастных по цве- ту мастик. Толщина второго слоя должна быть такой, что- бы первый слой «не просвечивал». Устройство деформационных швов на мягких кровлях. Деформационные швы компенсируют напряже- ния, возникающие в кровельном ковре при значительной деформации основания кровли, а также при взаимном смещении его элементов. Устройство деформационных швов в кровле определяется геометрией здания и его конструкциями. Отсутствие швов неизбежно приводит к нарушению водонепроницаемости кровли, независимо от того, какой кровельный материал применяется. Деформационные швы (рис. 28.46) обязательно предусматриваются в конструкции кровли в следующих случаях: • над деформационными швами здания; • если линейные размеры здания (длина, ширина) превышают 60 м; • в местах стыков кровельных оснований с разны- ми коэффициентами линейного расширения (например, бетонных плит и стального профнастила); • если кровля примыкает к стене смежного здания или блока зданий; • в местах, где изменяются направления укладки элементов каркаса здания (прогонов, балок, элементов основания кровли); • в местах с резкими перепадами температур внутри помещений, которые защищает кровля. Деформационные швы зданий в кровельной конструк- ции должны проходить через все слои кровли, не ограничи- вать свободу деформаций отдельных частей зданий и кон- струкций, обеспечивать целостность всех элементов кров- ли и водонепроницаемость гидроизоляции. Чтобы снизить вероятность протечки кровли через деформационный шов, его конструкция должна быть приподнята над уровнем кров- пи и созданы уклоны от шва. При утеплении деформацион- ного шва необходимо использовать теплоизоляционные маты с низкой плотностью (сжимаемый утеплитель). 28.6. Эксплуатируемые кровли В зависимости от назначения, эксплуатируемые кровли (крыши) подразделяются на несколько типов: « покрытие с ограниченной возможностью для ходьбы; • пешеходное покрытие; • покрытие для движения транспорта и устройства автостоянок: • «зеленая крыша» (крыша-сад). Часто эти типы покрытий комбинируются, например, пешеходные дорожки могут сочетаться с озелененными участками. При проектировании эксплуатируемой кровли необ- ходимо учитывать, что кроме непосредственной функции (защита здания от внешних воздействий) она призвана решать и дополнительные задачи. Конструкция эксплуа- тируемой крыши должна быть такой, чтобы она выдержи- вала: значительные эксплуатационные нагрузки (обычно неравномерно распределенные), ветровые нагрузки, воз- действия корневой системы растений (при устройстве «зеленой кровли»). Следует иметь в виду, что для эксплуатируемой кры- ши характерна затрудненность, а иногда и невозмож- ность, обнаружения протечек и проведение ремонта. При устройстве кровель с насаждениями необходимо создавать систему полива и удаления избыточной влаги через систему водоотвода здания; при этом вода, попа- дающая в водостоки, должна фильтроваться. Необходимо обращать внимание на следующие поло- жения: 1) при проектировании и расчете несущих конструк- ций принимают во внимание дополнительные нагрузки, в Рис. 28.46. Устройство деформационных швов в кровле: а - в месте шва всего здания; б - при примыкании к зданию (бло- ку здания); 1,2- верхний и нижний слои кровельного ковра; 3 - теплоизоляция толщиной 50 мм из жестких плит плотностью свы- ше 185 кг/м3; 4 - основной слой теплоизоляции (по расчету) из жестких или полужестких плит; 5 - пароизоляция; 6 - железобе- тонная плита перекрытия: 7, 8 - антисептированные деревянные пробки и брус; 9 - кровельная сталь; 10 - костыль из кровельной стали; 11 - компенсатор; 12 - дюбель; 13 - мягкий минераловат- ный утеплитель; 14 - закладной элемент из кровельной стали; 15 - полиуретановый герметик; 16 - кровельный саморез с шай- бой; 17 - фартук; 18 - дополнительный фартук; 19 - дополни- тельные слои кровельного материала; 20 - откос
640 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ частности вибрационные, связанные с движением авто- транспорта; 2) гидроизоляционный слой оказывается в толще конструкции кровли, поэтому при выборе типа гидроизо- ляции и технологии монтажа следует руководствоваться требованиями наибольшей надежности; 3) материал для мощения поверхности эксплуати- руемой кровли должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки от движения транспорта и пеше- ходов, иметь привлекательный внешний вид. Кроме того он должен надежно защищать нижележащие слои от ме- ханических повреждений; Рис. 28.47. Традиционные эксплуатируемые кровли: а - невентилируемая совмещенная; б - с неутепленным черда- ком; в - с утепленным чердаком; 1 - защитный слой - плиты; 2 - разделяющий слой; 3 - асбестоцементные плоские листы - защи- та; 4 - водоизоляционный ковер; 5 - стяжка; 6 - гидроизоляция; 7 - теплоизоляция; 8 - пароизоляция; 9 - выравнивающая стяжка; 10 - насыпной материал для создания уклона: 11 - несущее покрытие (плита); 12 - пол чердака 4) система водоотвода должна обеспечивать сбор и отведение воды, образующейся от дождевых осадков и от таяния снега, а также воды, используемой для полива растений (в случае выполнения «зеленой крыши»); 5) следует предусматривать меры по регулярной очистке поверхности эксплуатируемой кровли от из- лишков снега механическим или иным способом. Поло- жительно зарекомендовал себя метод удаления снега пу- тем подогрева как самой поверхности покрытия, так и воронок водостоков и лотков; 6) к теплоизоляционным материалам, используе- мым для эксплуатируемых крыш, предъявляются повы- шенные требования. Они должны иметь минимальный показатель водопоглощения и выдерживать не менее 150 циклов замораживания/оттаивания. Теплоизоляцион- ные материалы должны обладать высокими прочностны- ми характеристиками, чтобы воспринимать большие ме- ханические нагрузки. Перечисленным требованиям удов- летворяют экструдированные пенополистиролы (ЭППС), а также вспененное или ячеистое стекло. Как и другие покрытия, эксплуатируемые кровли бы- вают чердачными или бесчердачными (совмещенными). Бесчердачные, в свою очередь, могут быть вентилируе- мыми и невентилируемыми. В зависимости от местоположения теплоизоляцион- ного слоя (ниже или выше гидроизоляции) различают два варианта конструкции: традиционный (рис. 28.47} и ин- версионный (см. рис. 28.48}. Традиционная конструкция эксплуатируемых крыш, применяемая в России и зарубежных странах, предпола- гает размещение гидроизоляции над утеплителем. Не- посредственно по гидроизоляции формируются элемен- ты эксплуатируемого покрытия. Разрез невентилируе- мой совмещенной эксплуатируемой крыши представ- лен на рис. 28.47 а. Особенностью вентилируемой со- вмещенной крыши является постоянно проветриваемая полость высотой не менее 5 см над теплоизоляционным слоем. Для устройства этой полости предусматривают еще одно легкое перекрытие. Характерно, что такая кры- ша не требует пароизоляционного слоя. Чердачные эксплуатируемые крыши могут иметь не- утепленный (рис. 28.47 б) или утепленный чердак (рис. 28.47 в}. При наличии утепленного чердака теплоизоля- ционный, водоизоляционный и защитный слои укладыва- ются по плитам перекрытия над чердаком. Наиболее слабым местом традиционного решения является верхнее гидроизоляционное покрытие, подвер- гающееся воздействию ряда неблагоприятных факто- ров, - резкого перепада температуры, термической де- формации, ультрафиолетовому излучению и т.п. Принцип инверсионной кровли заключается в том, что над гидроизоляционным слоем размещается утепли- тель, защищающий его от тепловых и механических не- благоприятных воздействий. Характерная конструкция инверсионной кровли с пешеходным покрытием представлена на рис. 28.48 б. Ее состав: гидроизоляционный слой, расположенный на основании, выполненном с заданным уклоном, теплоизо- ляционные плиты, противокорневое ковровое покрытие (для защиты от осыпи и для механической стабилизации кровли), дренирующий слой, защитный верхний слой. В качестве верхнего слоя для защиты кровли от вет- рового воздействия поверх теплоизоляции насылается пригружающий слой гравия, гальки или укладывается
Раздел V. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 641 тротуарная плитка. К тому же это позволяет избежать не- желательного воздействия УФ-излучения на гидроизоля- ционный слой, а в некоторых случаях оказывается необ- ходимым условием для выполнения требований противо- пожарной безопасности. При использовании поверхности крыши для проезда транспорта (устройства автостоянки} инверсионный ва- риант используют довольно часто, поскольку при интен- сивных нагрузках (продавливании, вибрации) особое зна- чение имеет защищенность водоизоляционного ковра (рис. 28.48 в}. в Рис. 28.48. Инверсионные эксплуатируемые кровли: а - с гравийной засыпкой с ограничением для ходьбы; б - пеше- ходное покрытие; в - покрытие для движения транспорта; 1 - же- лезобетонное перекрытие с уклоном; 2 - гидроизоляция (рулон- ный ковер); 3 - прочный водостойкий утеплитель (ЭППС); 4 - гео- текстиль; 5 - засыпка крупным гравием (дренирующий слой); 6 - настил из бетонных плит (тротуарная плитка); 7 - разделитель- ный слой (например, полиэтиленовая пленка); 8 - армированная бетонная плита проезжего настила (с уклоном) При монолитнобетонном покрытии перед бетониро- ванием устраивают разделительный слой из полиэтиле- новой пленки для предотвращения попадания воды в гра- вийный слой. Таким образом к преимуществам инверсионных кро- вель можно отнести защиту гидроизоляции от перепадов температуры и от механических повреждений, возмож- Рис. 28.49. Варианты «зеленых» кровель; а - экстенсивная однослойная; б - экстенсивная с дренажным слоем; а - интенсивная; 1 - экстенсивный посадочный матери- ал; 2 - то же, интенсивный; 3 - посадочный грунт; 4 - посадочно- дренажный слой; 5 - геотекстиль; 6 - дренажный слой (гравий); 7 - утеплитель (ЭППС); 8 - гидроизоляция; 9 - несущая железо- бетонная плита
642 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ность быстрого монтажа при любой погоде, отсутствие необходимости в пароизоляционном слое. Основным недостатком инверсионных кровель явля- ется влага, которая практически всегда присутствует между тепло- и гидроизоляцией. Она способствует обра- зованию растительного слоя, который нередко нарушает герметичность кровли, создавая разрывы, через которые происходит инфильтрация воды. «Зеленые крыши». При устройстве сада на крыше приходится сталкиваться с рядом проблем, в частности, с постоянным высоким уровнем влажности и значитель- ными нагрузками от почвенного слоя и от самих расте- ний. Существует также опасность повреждения корнями растений кровельного ковра Крыши с садами могут быть как чердачными, так и бесчердачными. Первый вариант является предпочти- тельным, поскольку дает возможность контролировать состояние покрытия и системы водоотвода (обычно уст- раивают внутренний водоотвод). Типовые конструкции инверсионных кровель-садов показаны на рис. 28.49. Под слоем почвенного субстрата укладывается специальный фильтрующий слой геотек- стиля, который препятствует прорастанию корней в ниже- лежащий слой. А еще ниже устраивают дренирующий слой из крупного мытого гравия, служащий для отвода влаги, образующейся при поливе растений. При устройстве современных «зеленых крыш» слой почвы, который обладает значительным весом, заменяют специальным слоем почвенного искусственного субстра- та, который хорошо поглощает и накапливает влагу и яв- ляется более легким. Озеленение осуществляют специально выведенными для этих целей сортами растений с мочевидными корня- ми. Для посадки крупных растений могут создаваться ра- стительные ямы (шахты), которые размещаются внутри чердака или технического этажа. 28.7. Системы водоотвода Отвод воды с поверхности кровли является важной задачей. В самом простом варианте дождевая вода со скатной крыши стекает непосредственно на землю. Такой способ водоотвода называется неорганизованным. Неорганизованный водоотвод применим исклю- чительно для малоэтажных зданий со скатными крыша- ми. Он приводит к повреждению наружных стен, разру- шению цоколя и фундамента по причине частого увлаж- нения этих элементов. Эти негативные последствия мо- гут быть несколько снижены за счет увеличения выноса карниза не менее 60 см. Организованный водоотвод применяется двух ти- пов - внутренний и внешний. При внутреннем водоотводе трубы располагаются внутри здания (рис. 28.50), обычно в отдалении от наруж- ных стен. Основные плоскости кровли, ендовы и разже- лобки имеют уклоны к водоприемным воронкам, которые располагают равномерно по площади кровли на понижен- ных участках и на расстоянии не менее 500 мм от парапе- тов и других выступающих частей здания. Площадь кров- ли, приходящаяся на одну воронку, устанавливается из расчета 0,75 м2 на 1 см2 поперечного сечения трубы. При организованном наружном водоотводе стекаю- щая с кровли вода по желобам отводится к наружным во- досточным трубам. Система наружного водоотвода (рис. 28.51) состоит из горизонтальных настенных или подвес- ных желобов, вертикальных водосточных труб и сливов, посредством которых вертикальные элементы соединя- ются с горизонтальными. Основная проблема наружного водоотвода - обмер- зание карниза и стыка скатов. Современный способ борь- бы с образованием наледи - применение системы анти- обледенения на основе греющих кабелей. Большое внимание необходимо уделять способам крепления отдельных элементов водоотвода друг к другу и установке водосточных желобов. Наиболее функцио- нальный способ установки желобов - с помощью крепле- ния металлических кронштейнов на край ската крыши (до монтажа кровли). Другой способ крепления желобов - это крепление держателей желоба непосредственно на лобовую доску карниза. При устройстве организованного наружного водосто- ка в снежных районах не рекомендуется делать настен- ные желоба. Желательно устанавливать только подвес- ные лотки под краем карнизного свеса (слива). При этом наружный, открытый край лотка должен быть как бы про- должающим поверхность вышележащего ската. Это необ- ходимо для того, чтобы снег, скатывающийся с кровли, не Рис. 28.50. Установка воронки внутреннего водостока для малоуклонных кровель: 1 - плита перекрытия; 2 - пароизоляция; 3 - теплоизоляция; 4 - выравнивающая стяжка; 5 - основной кровельный ковер; 6 - допол- нительный слой кровли; 7 - крупнозернистая посыпка; 8 - колпак водоприемной воронки; 9 - грунтовка; 10 - водоприемная труба; 11- уплотнитель
Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ 643 Рис. 28.51. Наружный организованный водоотвод со скатной крыши: а - общий вид; б - способы крепления крюков-держателей; в - части водосточной системы; 1 - желоб; 2 - крышка желоба; 3, 4 - скобы желоба; 5 - кронштейн; 6 - удлинитель скобы; 7, 8 - задняя часть для скобы; 9 - стыковочный элемент; 10 - передвижная горловина; 11 - сливная воронка; 12,13 наружный и внутренний уголки: 14,15 - верхнее и нижнее колено: 16 - водосточная труба; 17 - сливная труба; 18 - крепежные элементы; 19 - переходная труба сорвал лоток с креплений. Середина дна лотка должна находиться на вертикали под краем карнизного свеса, чтобы вся дождевая вода стекала в лоток. Современные системы водоотводов имеют полную комплектацию всех необходимых элементов, в том числе и крепежа. Форма желобов и труб может быть круглой или прямоугольной. Преимущественное применение на со- временном этапе находят водосточные системы из оцин- кованной стали с полимерным покрытием (как и стальная кровля) и ПВХ (пластиковые).
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ Глава 29 НАРУЖНАЯ ОТДЕЛКА СТЕН Внешний вид наружных стен (фасад) является «ли- цом» здания и в значительной степени определяет его архитектурные качества. А конструктивное решение стен предопределяет надежность и долговечность здания. С течением времени возросшие требования к наружным стенам (фасадам зданий) привели к внедрению различ- ных функционально-конструктивных принципов, новых технологических методов с основополагающими улучше- ниями герметичности и вентиляции, тепло- и звукоизоля- ции, огнестойкости и защиты от солнечного излучения. Вместе с этим здания приобретают большую архитектур- ную выразительность. В настоящее время применяются три основные типа отделки наружных стен, производимые непосредственно на месте строительства: • штукатурные отделки; • облицовка штучными изделиями; • навесные облицовки вентилируемых стен. 29.1. Штукатурные отделки Широко применяемые в прошлые годы наружные штукатурные отделки зданий при сплошных стенах оказа- лись непригодными для современных многослойных стен повышенной теплозащиты. В современной строительной практике применяется понятие «система наружной теп- лоизоляции «мокрого» типа». При этом подразумевает- ся применение слоя утеплителя с наружной стороны сте- ны и защита его штукатурным слоем, еыполняемым с ис- пользованием мокрых (на основе воды) технологических процессов. Можно выделить три основные слоя такой системы: • теплоизоляционный - плиты из теплоизоляци- онного материала с низким коэффициентом теплопро- водности; • армированный - слой из специального мине- рального клеевого состава, армированного сеткой; • защитно-декоративный - грунтовка и декора- тивная штукатурка; возможна окраска специальными «дышащими» красками. Каждый слой выполняет свою функцию. Теплоизоляци- онный материал необходим для утепления наружного ог- раждения. Армированный слой обеспечивает адгезию за- щитно-декоративного слоя к поверхности теплоизоляцион- ной плиты. Декоративная штукатурка защищает утеплитель от неблагоприятных внешних воздействий и придает повер- хности стены (фасаду здания) эстетичный вид (рис. 29.1). Такая многослойная система утепления и отделки по- зволяет приобрести необходимое (по нормам) сопротив- ление теплопередаче наружных стен. При этом сама ос- нова стены (из кирпича, блоков, бетона и т.п.) может иметь минимальную толщину, рассчитываемую только из условий достаточной несущей способности и (или) устой- чивости. Стены могут быть как несущими, так и самоне- сущими (на всю высоту здания или на этаж). Правильно спроектированная система штукатурной отделки должна удовлетворять двум важным критериям: 1) накапливаемое количество влаги не должно приво- дить к переувлажнению конструкции стены; 2) количество влаги, испаряющейся из стены в лет- ний (теплый) период, должно превышать количество вла- ги, накапливаемой в зимний (холодный) период. При проектировании наружного утепления со штукатур- ной отделкой необходимо обеспечить совместимость всех слоев по термической деформации, водопоглощению, мо- розостойкости, паропроницаемости (увеличивается по мере движения изнутри наружу), а также обеспечить надеж- ное сцепление слоев друг с другом (возрастает по мере движения снаружи вовнутрь). Применение материалов с несовместимыми свойствами приводит к отрицательным результатам и дополнительным затратам на ремонт. Обычно в состав штукатурной системы отделки вхо- дят компоненты (утеплитель, сетка, штукатурные и клее- вые смеси, дюбели и т.д.), изготавливаемые различными производственными предприятиями. Обязательства по Рис. 29.1. Здание с отделкой наружных стен защитно-декоратив- ной штукатуркой
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 645 качественному функционированию системы в целом бе- рет на себя разработчик конкретной системы отделки. Архитектор только выбирает нужный ему вариант. Устройство наружной теплоизоляции со штукатуркой является, по существу, заключительной стадией строи- тельства. К началу работ несущий слой стены должен быть сухим, причем нельзя допускать его последующего увлажнения. Должна быть смонтирована кровля, встрое- ны оконные и дверные коробки, готовы лоджии (балконы), установлены козырьки и отливы, смонтированы водосточ- ные трубы. Желательно, чтобы были закончены внутрен- ние штукатурные («мокрые») работы. Штукатурные системы отделки наружных стен под- разделяются на два конструктивных типа: • с жестким закреплением утеплителя на основа- нии и тонкослойной штукатуркой (рис. 29.2); • с гибким (подвижным) креплением утеплителя и толстослойной штукатуркой (рис. 29.8). Система с жестким закреплением утеплителя и тонкослойной штукатуркой. Для устройства теплоизо- ляции применяют плитный утеплитель, основные свой- ства которого (плотность, теплопроводность, влагопото- щение, прочность на сжатие, горючесть) определяются необходимым сопротивлением теплопередаче, требуе- мой долговечностью стены, классом функциональной по- жарной опасности здания и другими факторами. Рис. 29.2. Штукатурная отделка с жестким закреплением утепли- теля на основании: 1 - стена (основание): 2 - существующая штукатурка; 3 - клее- вой состав; 4 - утеплитель; 5 - сетка; 6 - грунтовка; 7 - декора- тивная штукатурка Рис. 29.3. Устройство противопожарных рассечек: 1 - минераловатные плиты; 2 - пенополистирольная плита; 3 - оконный проем В качестве утеплителя преимущественно использу- ются минераловатные плиты из базальтового волокна или пенополистирольные плиты. Применение минераловат- ных плит допускается во всех типах зданий. Использова- ние пенополистирола имеет ряд ограничений, связанных с требованиями пожарной безопасности. В многоэтажных зданиях их разрешается использовать с обрамлением оконных и дверных проемов и этажными противопожар- ными рассечками из минераловатных плит (рис. 29.3). Фиксация утеплителя на стену производится, как правило, комбинированным способом - наклейкой и ме- ханическим креплением. Необходимость наклеивания обусловлена двумя факторами: во-первых, зафиксиро- вать плиты перед выполнением механического крепления (монтажное крепление); во-вторых, исключить возмож- ность движения воздуха под плитами, так как основное требование к любой системе теплоизоляции - это ее зам- кнутость. Клей наносят на плиту по периметру. Утепли- тель наклеивают с перевязками по принципу каменной кладки (рис. 294). Механическое крепление плит утеплителя к поверх- ности стены осуществляется посредством специальных дюбелей. Дюбели (рис. 29.5) представляют собой полую гильзу (шплинт) с головкой и анкерующей (распорной) частью. Как правило, дюбели устанавливаются в предва- рительно рассверленное отверстие в стене. Закрепление (расклинивание) дюбеля происходит в процессе введе- ния в него (забивания или ввинчивания) стального или усиленного полимерного распорного элемента в виде специального гвоздя, шурупа и т.п. Армированный слой. К устройству армированного нижнего слоя штукатурки приступают после отвердения клеящего состава, фиксирующего положение утеплителя, а Рис. 29-4. Схемы закрепления плит утеплителя дюбелями при вы- соте здания: а - до 8 м; б - от 8 до 20 м; в - более 20 м
646 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ и достижения прочного сцепления его с основанием. На утеплитель наносится клеевой состав, в который втапли- вается арматурная сетка. Далее осуществляется механи- ческое крепление утеплителя, после чего наносится вто- рой слой раствора так, чтобы оловки дюбелей были скрыты. Оба слоя имеют общую толщину около 5 мм. В качестве арматурной сетки чаще всего применяют стеклянную сетку, обработанную специальным щелоче- стойким составом, с ячейкой 5 мм и массой 150-200 г/м2. Может применяться и металлическая облегченная сетка массой не более 2,5 кг/м2. На армированный слой ложится основная нагрузка в пр цессе эксплуатации здания, поэтому качество сетки, ее устойчивость к щелочной среде, прочностные характе- ристики определяют долговечность штукатурки. Клеевые составы должны быть легкими и содержать волокна (например, целлюлозы) во избежание появления в армированном слое микротрещин в результате его вы- сыхания и усадки. Отделочное покрытие. После полного завершения работ по устройству армированного слоя приступают к устройству защитно-декоративного (отделочного) покры- тия. В качестве отделочного покрытия может применять- ся декоративная штукатурка (иногда с последующей ок- раской) или облицовка штучными материалами Отделочное покрытие первым воспринимает небла- гоприятные воздействия окружающей среды. От его на- дежности во многом зависит долговечность всей систе- мы отделки. Отсюда - отделочное покрытие должно об- ладать высокой атмосферной механической и биологи- ческой стойкостью, морозостойкостью и, что очень важ- но, обеспечивать необходимое паропропускание. Современный строительный рынок предлагает архи- текторам широкий ассортимент декоративных штукатур- ных масс (гладких и фактурных) с различной структурой и Рис. 29.5. Примеры дюбелей (шплинт со стержнем) для крепле- ния плит утеплителя: а - с упрочненным синтетическим стержнем или оцинкованным стальным гвоздем; б - с оцинкован ым стальным гвоздем с пластмассовой головкой; в - с оцинкованным шурупом степенью зернистости (рис. 29.6). Штукатурка может быть тонированной в массе (в этом случае не требуется финиш- ная краска). В другом случае штукатурка окрашивается специальными паропроницаемыми фасадными красками. Декоративные фасадные штукатурки представля- ют собой сравнительно толстослойные покрытия, имею- щие определенную структуру, которая определяется раз- мером и формой зернистого наполнителя, инструментом и технологическими приемами нанесения. Структурные штукатурки характеризуются: • технологичностью применения материалов; • высокими декоративными свойствами; • возможностью получения готового цветного по- крытия; • высокой паро роницаемостью; • механической прочностью и атмосферостойко- стью. По типу связующего современные декоративные фа- садные штукатурки подразделяют на типы: • минеральные - полимермодифицированные це- ментные или цементно-известковые; • полимерные - на основе дисперсии искусствен- ных смол; • силикатные - на основе калийного «жидкого стекла»; • силиконовые - на основе силиконовых смол. Для штукатурных систем отделки стен с наружным утеплением используются, в основном, первые два типа. Рис 29.6 Виды декоративных штукатурок
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 647 Технические решения для массового применения штукатурной системы отделки зданий (некоторые узлы) представлены на рис. 29.7. Система утепления и штукатурной отделки с подвиж- ными элементами крепления утеплителя отличается от рассмотренной прежде всего способом крепления теплоизоляционных плит к несущему основанию (рис. 29.8). Плиты необходимой толщины крепятся исключи- тельно механическим путем (без клея) с помощью специ- альных шарнирных крепежных элементов, что позволяет им свободно перемещаться вдоль стены. Такой способ крепления исключает передачу оста- точных деформаций на отделочный штукатурный слой. Действие температурных и ветровых нагрузок на поверхность штукатурки не передается на несущие эле- менты здания. Поэтому в штукатурном слое не возника- ет напряжений, приводящих к появлению заметных тре- щин с фасадной стороны. В качестве утеплителя используют минераловатные или стекловатные плиты. В качестве армирующей приме- няется стальная гладкая оцинкованная сетка. Крепеж вы- полняют из нержавеющей стали, дюбели - из полиамида. Штукатурное покрытие состоит из трех слоев. Пер- вый слой - набрызг - наносится на штукатурную сетку и создает основание для следующего слоя. Второй слой выравнивает неровности основания Третий слой - фи- Рис. 29.7. Утепление и оштукатуривание элементов стен: а - оконный проем; б - балкон; в - карниз; г - цоколь; 1 - стена; 2 - пенополистирольная плита; 3 - противопожарная рассечка из минватной плиты; 4 - уплотнительная лента; 5 - отлив; 6 - ка пельник; 7 - клей с сеткой; 8 - штукатурка; 9 - цокольн й про- филь; 10 - теплоизоляция; 11 - цокольная плита; 12 - плитка; 13 - стяжка; 14 - 3KCTpyj ированная пенополистирольная плита; 15 - гидроизоляция; 16 - уголки нишный - определяет внешний вид оверхности. Толщи- на всех слоев штукатурки составляет 20-30 мм. Систему с подвижными элементами крепления утеп- лителя отличает отсутствие жестких ребований к каче- ству поверхности стены (допустимы геометрические от- клонения, шероховатость, локальные повреждения и т.п.). Для компенсации деформации штукатурных слоев от перепадов температуры и влажности в данной системе от- делки необходимо предусматривать устройство деформа- ционных швов. Их располагают в углах здания, вокруг окон и дверей, в местах деформационных швов наружных стен. 29.2. Облицовка штучными изделиями В настоящем разделе рассматриваются варианты облицовок стен с внутренним утеплителем (со стороны помещений), с утеплителем внутри стены и наружным утеплителем с защитой черновой штукатуркой. Выбор облицовочных материалов, имеющийся сегод- ня в распоряжении архитекторов - огромен и постоянно пополняется новыми разр 1ботками. Все эти материалы должны, прежде всего, обладать необходимой влагостой- костью, морозостойкостью, долговечностью и ремонто- пригодностью. Другие требования должны рассматри- ваться проектировщиками в каждом конкретном случае. Природный камень - материал воплощающий в себе вечность и естественную красоту. Цвет и текстура различ ных пород природного камня существенно влияют на вос- приятие архитектурного объекта. Например, здания с об- лицовкой темным гранитом или диоритом выглядят мону- ментальными, иногда даже мрачными по срг внению с со- оружениями из светлых мраморов или известняков. Использование естественного цвета камня дает воз- можност! создавать монохромные или полихромные ар- хитектурные композиции. Полихромные решения из кам- ня в настоящее время обычно включают в себя не более двух-трех цветов. Цветовые сочетания каменных облицовок могут быть использованы для контрастного противопоставления не- сомых и несущих элементов здания (тектонический при- ем), когда последние отделываются более темным кам- Рис. 29.8. Отделка с подвижным креплением утеплителя и тол- стослойной штукатуркой: 1 - крепеж (дюбель, маятник и стальная олоса); 2 - металли- ческая сетка; 3 - утеплитель; 4 - набрызг и выравнивающий слой: 5 - цветной отделочный состав
648 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ нем - например, открытые колонны первого этажа или консольные балки, на которые опираются вышележащие конструкции. Большую роль в архитектуре играет фактурная обра- ботка камня, которая обогащает пластику объема, акцен- тирует отдельные архитектурно-конструктивные элементы. Облицовочные плиты из природного камня подразде- ляются по фактуре лицевой поверхности: • полированная - с зеркальным блеском, без следов обработки предыдущей операции; • гладкая матовая - без следов обработки преды- дущей операции и с полным выявлением рисунка камня; • шлифованная - равномерно-шероховатая со следами обработки, с неровностями рельефа высотой до 0,5 мм; • пиленая - неравномерно-шероховатая, с неров- ностями до 2 мм; • обработанная ультразвуком - с выявлением цвета и рисунка камня; • термообработанная - шероховатая поверх- ность со следами шелушения; • бучардованная - шероховатая с неровностями рельефа высотой до 5 мм; • скальная - с имитацией природного раскола породы с высотой рельефа 50-200 мм. Фактура поверхности определяется архитектурными задачами. Гладкие камни позволяют получать нерасчле- ненную «монолитную» плоскость. Груборельефные факту- ры выявляют сложение стены из камня (из отдельных бло- ков). Полированные плитки применяются для небольших по площади облицовки поверхностей: наличников, порта- лов, цоколей и т.п. Шлифованная фактура камней целе- сообразна для наружных поверхностей большой площа- ди. «Скала» подчеркивает массивность, прочность соору- жения и поэтому применяется в стилобатах больших, мо- нументальных зданий. Тектоника стены предопределяет применение в ниж- ней части более грубой фактуры облицовочного камня для визуального выявления нагрузки. Расшивка и толщи- Рис. 29.9. Искусственный облицовочный камень, имитирующий природный камень и кирпич на швов подбираются в соответствии с фактурной обра- боткой плит. Более широкие швы подходят для грубо- рельефных фактур, тонкие швы - для создания монолит- ности стены с полированными или шлифованными фак- турами облицовок. Наибольшее применение в качестве декоративно-об- лицовочных пород для наружной облицовки находят мра- мор, гранит и известняк, применяются и другие породы - травертин, диорит, габбро. Важным для обеспечения долговечности облицовки из природного камня является учет следующих требований: • правильный выбор натурального камня для кон- кретного здания; • выбор типа крепления к стене; • правильное сопряжение плит; • учет совместной работы слоя облицовки с несу- щей конструкцией. Способы крепления облицовки из природного кам- ня могут быть: • на мастиках и клеях без механического крепления; • на растворах, в том числе с применением метал- лических крепежных элементов; • на относе с применением направляющих карка- сов и регулирующих креплений. Крепление тонких плит (до 10 мм) осуществляется на клеях и мастиках по штукатурке без использования меха- нических креплений. Крепление плит толщиной 10-60 мм устраивается на металлических конструкциях (крюки, анкеры) в соче- тании с заливкой раствором пространства между обли- цовкой и стеной. Массивные элементы облицовок стен требуют проч- ной фиксации с помощью штырей, выпусков, закладных деталей. Для этого применяется сварка, а также цемент- но-песчаные растворы. В настоящее время для получения «кирпичного» или «каменного» фасада совсем не обязательно использовать цельный кирпич или природный камень - это не всегда целесообразно по экономическим и технологическим со- ображениям. Для имитации стен из кирпича или натурального кам- ня (рис. 29.9) применяются различные искусственные облицовочные материалы: камни, плитки, панели (кера- мические, клинкерные, полимерцементные и др.). Выпус- каются они с различной фактурой: «под натуральный кир- пич», «под природный шлифованный камень», «под дикий камень». Цвет (от белого до черного) аналогичен природ- ным материалам. Клинкерные фасадные панели состоят из клинкер- ной плитки, закрепленной на листе полистирольного утеплителя. На тыльной стороне плиток выполнены пазы «ласточкин хвост», с помощью которых при формовании панели (при вспенивании полистирола) образуется проч- ное замковое соединение. Соединение панелей друг с другом выполняется пазо-гребневым способом с пере- хлестом. Крепление панелей к стене обеспечивают на- правляющие гильзы, которые монтируются в панели при ее формовании. При помощи дюбелей и саморезов па- нель закрепляется на стене. Полимерцементная плитка «под кирпич» внешне похожа на керамическую, но более тонкая и легкая. Спе- циальная технология позволяет придавать плитке различ- ные цвета и фактуры, в том числе «под камень». Сырьем для производства являются натуральные компоненты:
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 649 песок, белый цемент и добавки (ракушки, кварц и т.д.). Для придания морозоустойчивости и долговечности смесь модифицируется полимерными добавками. Линейная металлическая облицовка (рис. 29.10) выполняется из алюминиевых узких и длинных профилей, закрепляемых с помощью специальных несущих профи- лей. Элементы отличаются высокой прочностью, просто- той и быстрым монтажом. Материал можно применять для облицовки стен гражданских и промышленных зда- ний. Облицовка устанавливается на плоскостях, не требу- ющих обработки поверхности, в результате чего сокраща- ется трудоемкость отделочных работ. Профили линейной облицовки подразделяют на глав- ные, промежуточные, для заполнения, угловые, концевые и дополнительные, а акже несущие. Металлическая облицовка может быть из панелей- кассет (рис. 29.11), которые изготавливаются из листов стали или алюминия способом за иба кромок. Для некоторых стен или их частей применяются об- шивки из досок (рис. 29.12) внахлест или с профилиро- ванием. Рис. 29.10. Линейная металлическая облицовка: а - вертикальная; б - наклонная; в - горизонтальная Рис. 29.11. Облицовка стен металлическими панелями-кассетами: а - вертикальное сечение; б - горизонтальное сечение; в - вид кассеты; г - примеры объемных кассет Рис. 29.12. Дощатые обшивки; а - горизонтальные; б - вертикальные шшж
650 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Горизонтальная обшивка производится внакрой с пе- рекрытием досок, поэтому возникает эффект рустов. От- вод воды хороший, но угловые сопряжения и окна нужда- ются в окаимлении. Вертикальная обшивка обеспечивает лучший отвод воды, однако при широких досках возникает опасность их коробления. Сопряжения выполняются в паз и гребень либо доски крепятся гвоздями в два ряда вразбежку. Для декорации элементов стен (чаще сс штукатурной отделкой) в современной практике используют элемен- ты из плотного полиуретана (карнизы, наличники, по- доконники, различного вида профили и розетки и т.п.). Такие элементы отличаются высокой стойкостью к воз- действиям наружной среды, малым весом, точностью форм (рис. 29.13), легко устанавливаются. 29.3. Навесные облицовки вентилируемых стен Навесная облицовка вентилируемой стены пред- ставляет собой конструкцию, состоящую из собственно облицовки (листов или панелей) и подоблицовочной конструкции, которая крепится к стене таким образом, чтобы между защитно-декоративным слоем и стеной ос- тавался воздушный промежуток (рис. 29.14). Для утеп- ления стен между ними и облицовкой обычно устанав- ливается теплоизоляционный слой. В этом случае между облицовкой и теплоизоляцией оставляется вен- тиляционный зазор. К дополнительным элементам относятся: уплотни- тельные ленты между панелями и профилями подоблицо- вочной конструкции, декоративные уголки и вставки для закрытия торцов и зазоров между панелями, перфориро- ванные профили для вентиляции снизу и сверху облицов- ки, заклепки, кляммеры, саморезы для крепления пане- лей (листов) к профилям. Наличие воздушного промежутка в вентилируемой стене принципиально отличает ее от других типов обли- цовок. Этот промежуток работает по принципу действия «вытяжной трубы» благодаря перепаду давлений. В ре- зультате чего из ограждения в окружающую среду удаля- ется внутренняя и атмосферная влага. Рис. 29.13. Накладные декоративные элементы отделки стен из полиуретана Наружная облицовка защищает теплоизоляцию от атмосферных воздействий, а летом она выполняет функ- цию солнцезащитного экрана, отражающего значитель- ную часть падающего на него теплового отока. Основные достоинстве вентилируемых стен с на- весными облицовками: • широкие архитектурные возможности; • высокие тепло- и звукоизоляция; • защита теплоизоляции от атмосферных воздей- ствий; • вентиляция внутренних слоев; • нивелирование термических деформаций; • длительный безремонтный срок эксплуатации. Подоблицовочная конструкция состоит из кронш- тейнов (рис. 29.15 а, б), которые крепятся непосред- ственно на стену, и несущих профилей, устанавливае- мых на кронштейны. На несущие профили, образующие каркасную систему, с помощью специальных элементов крепежа закрепляются плиты (листы) облицовки. Предназначение подоблицовочной конструкции на- дежно закрепить плиты облицовки и теплоизоляции к сте- не так, чтобы между ними остался промежуток для венти- ляции. При этом исключаются клеевые и другие «мокрые» процессы, а все соединения осуществляют механически. К подоблицовочнои конструкции (редъявляются следу- ющие требования: достаточная несущая способность (для восприятия собственного веса зеса облицовки и утеплите- ля), антикоррозионная стойкость достаточная подвижность узлов (для выдерживания температурных и ветровых нагру- зок , возможность выравнивания неровностей несущего ос- нования, легкость, высокая скорость монтажа. Основными элементами, обеспечивающими крепле- ние подконструкции к основанию, являются кронштейны. В зависимости от материала самой подоблицовочной конструкции они выполняются из алюминия, оцинкован- ной или нержавеющей стали. Рис. 29.14. Принципиальная конструкция вентилируемой стены с навесной облицовкой: 1 - основание (стена); 2 - анкер; 3 - горизонтальный элемент кар- каса; 4 - вертикальный элемент каркаса; 5 - мягкий утеплитель; 6 - жесткий утеплитель; 7 - наружная облицовка; 8 - вентиляция
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 651 Крепление кронштейнов к стене производится дюбеля- ми или шурупами. Их диаметр и глубина установки подби- раются в зависимости от выдергивающего усилия и мате- риала стены Кронштейны выносятся на необходимое рас- стояние от стены с тем, чтобы обеспечить использование утеплителя необходимой толщины и воздушного зазора. Несущая способность кронштейнов играет особую роль при больших выносах каркаса. При этом необходи- мо либо увеличивать количество кронштейнов, либо при- менять кронштейны с большей несущей способностью. Для выравнивания неровностей стены необходимо иметь большой типоразмерный ряд либо использовать кронш- тейны с широкими пределами изменения их длины. Оба варианта позволяют отступать от стены до 40 см. Через кронштейны возможно образо ание «мостиков холода». Для решения этой проблемы применяют два ва- рианта: сокращают площадь соприкосновения металла кронштейнов со стеной; применяют теплоизолирующие прокладки (из пластика, поронита). Несущая конструкция (каркас) состоит из антикор- розионных профилей (алюминия, оцинкованной или не- ржавеющей стали) или антисептированных деревянных брусков. Применяются самые различные формы сечения профилей - Т-, Г-, П-образные и др. (рис. 29.15 в, г). Несущая конструкция может быть трех типов: горизон- тальная, вертикальная и комбинирова ная (совмещенная). Наихудшей по работе является конструкция из горизонтал - ных направляющих, в которой профили работают на изгиб и кручение. В вертикальной конструкци профили восприни- мают агрузки на сжатие и растяжение (более благоприят- ный режим работы), и такая конструкция не препятствует основному вертикально-воздушному потоку. Наилучшей яв- ляется комбинированная конструкция, в которой к стене с помощью кронштейнов крепятся горизонтальные направля- ющие, а к ним - вертикальные направляющие. Плиты теплоизоляционного материала устанавли- ваются между несущими профилями и крепятся непо- средстве но к стене. При непрочном креплении возника- ет опасность сползания плит и образования между ними щелей (мостиков холода). Утеплитель должен облада ь следующими свойства- ми: негорючестью долговечностью, биостойкостью, иметь стабильную форму, паропроницаемость, высокие теплоизолирующие характеристики, устойчивость к вет- ровым потокам. В качестве утеплителя в вентилируемых стенах чаще всего применяют минераловатные плиты, иногда исполь- зуют стекловатные плиты. Для защиты утеплителя от воздушных потоков в вен- тиляционном промежутке применяют ветрозащитную па- ропроницаемую пленку, иногда используют кэшированные (с пленкой) плиты утеплителя или применяют жесткие (плотные) теплоизоляционные плиты. Может быть исполь- зован вариант с двумя слоями плит, когда более жесткая плита устанавливается с наружной стороны стены. Крепление плит утеплителя к стене осуществляется чаще всего тарельчатыми пластиковыми дюбелями (см. рис. 29.5). Механическое крепление облицовочных материалов к несущим профилям осуществляется крепежными де- талями. Различают видимые и скрытые элементы креп- ления (рис. 29.16). Видимое крепление более простое и осуществляется шурупами-саморезами, заклепками или кляммерами (рис. 29.15 д, е). Видимые части крепежа, в том числе декоративные (рис. 29.17), часто окрашивают в цвет об- лицовочного материала. Кляммеры должны позволять легко и надежно производить монтаж облицовки и не по- зволять плите вибрировать при порывах ветра. Скрытое крепление требует дополнительной обра- ботки панелей для обеспечения их крепления. Например, в плитах керамогранита высверливают с тыльной сторо- ны углубления типа «ласточкин хвост». Большое разнообразие отделочных материалов для облицовки вентилируемых стен предоставляет архитекто- ру широкие возможности для решения эстетических задач. Помимо внешнего вида материалы различаются между со- бой по составу, размеру, типу крепления, цене и т.д. Выделяют следующие виды облицовочных изделий: кру норазмерные (высотой с этаж), мелкоразмерные па- нели длинные узкие панели, профилированные листы, панели-кассеты (объемные панели из тонколистовых ма- териалов). Приведем краткие характеристики и особен- ности наиболее широко известных материалов (изделий) Натуральный камень (рис. 29.18). Помимо панелей целиком из натурального камня (см. п. 29.2} применяют- ся и многослойные панели, которые состоят из поверх- ностного слоя камня 5-7 мм толщиной, соединенного с арк ирующим (каркасным) слоем - сотовым алюмоплас- тиком. Эти облегченные панели позволяют существенно снизить нагрузку на несущие элементы здания, так как их вес равен, примерно 16 кг/м2, что составляет 25-30% от веса мраморных плит, применяемых для тех же целей. Бетонные камни (плитки) с мраморным заполните- лем изготавливаются из мраморной крошки, цемента и пиг- мента различных цветов и размеров - 300-600 х 100 мм, Рис. 29.15. Элементы подобл цевочной конструкции («Диат»): а, б - кронштейны; в, г - направляющие профили; д, е - клямме- ры двухсторонний и односторонний; 1 - ан ер; 2 - шайба; 3 - кронштейн; 4 • прижимная планка; 5 - подвижная вставка
652 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ толщиной 25-30 мм. Для монтажа плиток применяется спе- циальный каркас из оцинкованной стали, на который плитки просто навешиваются (рис. 29.19). Конструкция устойчива к порывам ветра, к атмосферным воздействиям, отвечает высоким требованиям огнестойкости. Применяется для ма- лоэтажных и зданий средней этажности. Цементно-волокнистые (фиброцементные) пане- ли толщиной 10-12 мм состоят из цемента (80-90%), ар- мирующего волокна и минеральных заполнителей. В ка- честве фибры применяются асбест, синтетические или стеклянные волокна. Благодаря своему составу плиты практически не го- рючи и экологически чисты. Они морозостойки, не под- вержены коррозии и гниению, влагонепроницаемы, стой- ки к ударам. Плиты могут быть отшлифованы и покрыты акрило- вой краской или иметь полиуретановое покрытие. Рас- пространение получили фиброцементные плиты с поверхностным слоем из крошки натурального камня. При этом может варьироваться не только цвет (за счет породы камня), но и фракция крошки. Обычно панели комплектуются специальными эле- ментами: планками для внешних и внутренних углов (из алюминия и стали, покрашенными в цвет панелей), окон- ными сливами и откосами, лентами-прокладками и т.д. (рис. 29.20). Крепление плит производится на кислотостойких винтах к деревянному или металлическому каркасу. Швы герметизируются резиновой лентой (EPDM-резина чер- ная или белая) или алюминиевыми планками различного профиля (рис. 29.21). Полимербетонные панели изготавливают из поли- эфирного композита с основой из дробленого камня и двух слоев стекловолокна. Поверхность может быть глад- кой различных цветов или с покрытием природной камен- ной крошкой различных фракций. Главное достоинство полимербетонных панелей - го- могенность материала, который не пропускает воду и пары воды, так как не имеет пор. Панели очень морозоус- тойчивы (300 циклов), обладают низкой возгораемостью (Г1), задерживают распространение огня. Вес панелей сравнительно небольшой, что дает возможность приме- нения облегченных подоблицовочных конструкций. Мон- таж полимербетонных панелей производится аналогично фиброцементным. Керамический гранит (гранитогрес, плитка из ис- кусственного камня) получают из белой глины с добав- лением каолина, полевых шпатов, кварца и минералов. Масса прессуется под сверхвысоким давлением на гид- равлических прессах, формируя плиты, которые затем обжигаются при очень высокой температуре. В результа- те плиты керамического гранита становятся однородны- ми, прочными и стойкими к различным воздействиям. Изделия окрашиваются на стадии изготовления: в сырьевую массу вводят минеральные пигменты. Таким образом цвет распределяется по всей толщине плитки, Рис. 29.16. Способы крепления различных облицовок: а, б - кассетный для панелей; в - клепочный для панелей; г - клепочный для любых листовых материалов; д - алюминиевыми клипса- ми или стальными кляммерами; е - прижимным профилем
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 653 Рис. 29.17. Декоративное крепление облицовочных панелей Рис. 29.18. Крепление плит из натурального камня («Метро- спецстрой»): 1 - нижняя и рядовая горизонтальные направляющие; 2 - кронш- тейн; 3 - вертикальная направляющая; 4 - плита; 5 - основание Рис. 29.19. Облицовка стены бетонными камнями с мраморным заполнителем («Мармарок») Рис. 29.20. Облицовка цементно-волокнистыми плитами («Фасет»): а - общий вид; б, в - горизонтальный и вертикальный швы; г, д - верхний и нижний откосы окна; 1 - облицовочная плита; 2 - кре- пежный уголок; 3 - горизонтальная обрешетка; 4 - вертикальная обрешетка; 5 - Z-образный элемент; 6 - анкер; 7 - шуруп; 8 - саморез; 9 - уплотнительная лента; 10 - планка горизонтального шва; 11 -утеплитель; 12-планка внешнего угла; 13-утеплитель
654 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ придавая ей однородную структуру, напоминающую при- родный гранит. Керамический гранит обладает очень низким водо- поглощением (0,05%), что обеспечивает высокую морозо- стойкость. Важной характеристикой керамогранита явля- ется его высочайшая механическая прочность. Превосходные эстетические качества (бесконечное многообразие цветовых решений) предоставляют широ- кие возможности применения керамогранита не только в отделке стен зданий, но и для покрытий полов и других архитектурных элементов. Толщина плит керамогранита составляет всего 10- 12 мм. Для облицовки стен применяют прямоугольные плиты размерами 60 х 60/90/120 см (рис. 29.22). В навесной облицовке возможно как скрытое, так и видимое крепление плит из керамического гранита. При- меняются следующие типы креплений: • скрытое механическое; • скрытое комбинированное (механическое/ клеевое); Рис. 29.21. Типы швов и их герметизация: а, б - вертикальные; в - горизонтальный; г - внутренний угол; д - наружный угол Рис. 29.22. Стена с облицовкой керамогранитными плитами • скрытое с приклеиванием плит на профили; • видимое. Полиуретановые панели имеют поверхность с посып- кой из мраморной крошки различных оттенков (рис. 29.23). Природный минеральный гранулят добавляется в полимер в процессе изготовления и прочно соединяется с ним (за- вальцовывается в горячем состоянии). Производятся пане- ли методом экструзии из вспененного полиуретана. Кроме рядовых изделий изготавливается целая си- стема доборных элементов. Рядовые панели (с ребрами 20 мм) и дополнительные детали сконструированы таким образом, чтобы сохранялась вентиляция стены. Для ниж- него и верхнего краев стены применяются специальные элементы, пропускающие воздух, но препятствующие по- паданию грязи, насекомых в подконструкцию. Панели могут монтироваться как на деревянном, так и на металлическом каркасе. Устанавливаются панели вертикально и сдвигаются друг к другу так, чтобы шип попадал в паз. Крепятся к обрешетке через отверстия в специальной ступеньке винтами из нержавеющей стали. Стыковка полиуретановых панелей по высоте здания осуществляется одним из способов: перекрыти ;м на 1 см верхней панелью нижнюю панель; установкой между ря- дами панелей горизонтального стыковочного Х-образно- го профиля, который просматривается на рис. 29.23 б. В качестве металлических облицовочных изделий используются: профилированные листы (обыкновенные и узкие), панели-кассеты, прессованные алюминиевые профили. Для изготовления этих изделий применяются, в основном, оцинкованный и с полимерным покрытием стальной лист и алюминий. Профилированные листы обыкновенные самой разной формы сечения монтируют, располагая гофры вертикально, горизонтально или по диагонали с помощью стальных винтов-саморезов того же цвета, что и сам лист. Ширина таких листов составляет около 1 м(см. Главу 24). Рис. 29.23. Полиуретановые облицовочные панели: а - общий вид изделия; б - вид стены
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 655 Профилированные листы узкие - это длинные (4- 6 м) и узкие (12-30 см) изделия из листового металла, имеющие специальные формы профиля для их соедине- ния друг с другом «в замок» (рис. 29.24). Узкие листы из- готавливаются из оцинкованной стали с полимерным по- крытием и алюминия различной цветовой гаммы. Каждый лист с одной стороны имеет удлиненные от- верстия, которые предназначены для крепления к под- облицовочной конструкции (деревянной или металличе- ской) и компенсации воздействия температурных дефор- маций. У некоторых типов листов (в зависимости от фор- мы профиля и только при их горизонтальном расположе- нии) на нижних отгибах замкового соединения имеются отверстия для отвода конденсатной воды. Кроме рядовых узки рофлистов выпускаются допол- нительные комплектующие элементы - фасонные профи- ли (угловые и торцевые планки, откосы, отливы и др.). Металлические профилированные узкие листы исполь- зуются для облицовки стен зданий промышленно о и граж- данского назначения i особенно там, где предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности, корроз и- онной стойкости, устойчивости к агрессивным средам. а Рис. 29.24. Облицовка металлическими узкими профилирован- ными листами: а - формы поперечного сечения; б, в - примеры применения Панели-кассеты редставляют собой изделия с за- гнутыми с четырех сторон кромками (рис. 29.25). Цвет и фактура поверхности кассет могут быть самыми разны- ми. Для изго овления ме аллических кассет применяют тонкие листы с покрытием или без покрытия: • сталь (оцинкованная с полимерным покрытием, нержавеющая); • алюминий (анодированный, с полимерным по- крытием, с защитным напылением); • медь; • латунь. Кассеты навешиваются на подоблицовочную конст- рукцию: • с помощью винтовых соединений снаружи (види- мое крепление); • на ви товых скрытых соединениях (рис. 29.25 в, г); • на болтах (навесное крепление). Форма и размеры панелей-кассет определяются (проектируются) для каждого конкретного проекта и по заказу изготавливаются на заводе. При этом необходимо учитывать способ выполнения монтажа. Обычно прини- мается схема «слева-направо» и «снизу-вверх». Облицовочные изделия из композитных матери- алов. Композит представляв собой многослойный лист, состоящий из двух предварительно окрашенных алюми- ниевых листов толщиной 0,2-0,5 мм с пластиковой (низ- Рис. 29.25 Облицовка стен металлическими панелями-кассетами: а - вид стены; б - конструкция облицовки; в - вертикальное се- чение (горизонтальный шов); г - горизонтальное сечение (вер- тикальный шов)
656 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ коплотный полиэтилен) или негорючей минеральной про- слойкой. Химико-механическое соединение слоев прида- ет материалу высокую однородность. Материал производится в виде непрерывной ленты, позволяющей отрезать листы нужного размера. Общая толщина листа - от 3 до 6 мм, максимальная ширина 1,6 м, максимальная длина -7 м. Важными свойствами материала являются - жест- кость, устойчивость к ударам и давлению. При равной жесткости композитный материал весит в 3,4 раза мень- ше стального и в 1,6 раза меньше сплошного алюминие- вого листа (4,5-7,4 кг/м2). Композитные материалы устойчивы к температуре от -50“С до +80‘С. В случае возгорания не происходит вы- деления токсичных газов. Термическое расширение опре- деляется алюминиевыми листами. Композитные материалы выпускаются с цветным по- крытием с одной стороны (под заказ - с двух), без окрас- ки, с анодированной поверхностью, с окраской под при- родный камень (мрамор, гранит и т.п.). Главное, что отличает этот тонколистовой материал от других - это возможность трансформации плоского листа в любую форму. Технология изготовления изделий из композита основана на простом способе холодной фрезеровки (с обратной стороны) и сгиба. Можно осу- ществлять также резку и сверление даже с помощью руч- ных станков по дереву и алюминию. Из композитных материалов может выполняться лю- бая криволинейная форма - и с острыми, и закругленны- ми углами. Это дает проектировщику огромные возмож- Рис. 29.26. Примеры применения облицовок из композиционных материалов ности по созданию пластических элементов зданий. По- лученные изделия отличает высокая жесткость, а вместе с тем легкость и четкость поверхностей. Область применения композитных материалов очень широка. Это не только облицовка наружных стен (рис. 29.26), но и балконов, козырьков, карнизов, отделка ин- терьеров общественных зданий и многое другое. В качестве облицовки стен иэ композитных материа- лов используются листы и панели-кассеты (рис. 29.27). Они крепятся к подоблицовочной конструкции различны- ми способами: клепочным и клепочным с подгибами, с помощью крепежного профиля, кассетным способом (на болтах, навесным). Металлические трехслойные панели хорошо из- вестны в качестве ограждающих конструкций (навесных стен). Подобные конструкции применяются также для вен- тилируемых стен (рис. 29.28). Но в этом случае они явля- ются всего лишь облицовкой стен, поэтому отличаются от традиционных (ограждающих) панелей толщиной (более тонкие), стыками, обрамлением и другими деталями. Облицовочная панель «ФАССТ-ИЗОЛ», к примеру, имеет следующий состав: « натуральная каменная крошка фракции 1 -3 мм; • эпоксидный компаунд в цвет крошки; • оцинкованный стальной лист (с двух сторон); • двухкомпонентный полиуретановый клей (для приклеивания листов к уплотнителю); • уплотнитель - минераловатная базальтовая плита. Виниловые панели представляют собой отформо- ванные из поливинилхлорида (ПВХ) элементы толщиной около 1 мм, имитирующие дощатую обшивку (рис. 29.29). Фактура поверхности чаще всего имитирует древесину. Краситель вносят в массу материала. Длина панелей 3- 4 м, ширина 20-25 см. Рис. 29.27. Приемы использования композиционных материалов в облицовке стен с воздушным зазором. а - листов с креплением заклепками; б - листов с закреплением прижимным профилем; в - кассет с видимым креплением шуру- пами; г - кассет с навешиванием
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 657 Рис. 29.28. Облицовка стен трехслойными панелями («ФАССТ- ИЗОЛ»): а - вертикальный шов; б - горизонтальный шов; в - боковой (вер- хний) откос окна; г - внешний угол; 1 - панель толщиной 30 мм; 2 - горизонтальная обрешетка; 3 - уголковый кронштейн; 4 - анкер; 5 - болт с шайбой; 6 - кислотоупорный шуруп; 7 - утепли- тель; 8 - резиновый уплотнитель; 9, 10 - нащельники; 11 - на- щельник алюминиевый с уплотнителем; 12 - планка оконная; 13 - Z-образный элемент; 14 - откос металлический; 15 - слив; 19 - саморез Материал легко переносит высокую влажность, пере- пады температур, не гигроскопичен, не коробится и не гни- ет. Применяется в диапазоне температур от - 50' до +50°С. С одной стороны панели имеют ряд отверстий для крепления гвоздями и выступ замко'вой части, обеспечи- вающий соединение панелей друг с другом. С другой сто- роны имеется загиб внутрь, который является ответной частью замка. Панели монтируются внахлест, замко'вая часть верхней входит в зацепление с выступом на нижней панели. Затем панель крепится к основанию гвоздями или саморезами. Монтировать ПВХ-панели можно не только на метал- лическую или деревянную обрешетку (подконструкцию) при устройстве вентилируемой стены, но и непосред- ственно на стену (если материал стены это позволяет). Для монтажа необходимы дополнительные комплек- тующие элементы для обрамления оконных и дверных проемов, оформления углов, соединения по длине, вы- полнения узлов примыканий и выполнения других архи- тектурных элементов здания. Стеклянные облицовочные материалы. Окрашен- ное непрозрачное стекло, применяемое для облицовки вентилируемых стен, изготавливается по особой техноло- гии. Специальная краска (стеклоэмаль) наносится на стек- ло, подсушивается, и затем стекло отправляется в печь. Краска впекается в материал и становится его частью. Со- временная технология позволяет получать стекло не толь- ко различных цветов, но и с термостойкостью и характе- ром разрушения как у закаленного (безопасного) стекла. Для облицовки стен применяется и другая разновид- ность стекла - армированное, загрунтованное и окрашен- ное в любой цвет толщиной 6 мм. Рис. 29.29. Облицовка стен виниловыми панелями: а - общий вид; б - типы сечения панелей Глава 30 ВНУТРЕННЯЯ ОТДЕЛКА СТЕН И ПЕРЕГОРОДОК Отделочные материалы интерьеров не подвергаются таким жестким воздействиям как материалы наружной от- делки, - холоду и солнечной радиации, дождю и ветру. Од- нако при выборе материалов для отделки стен и перегоро- док необходимо учитывать условия их эксплуатации, кото- рые определяют требования к отделочным материалам: износостойкость, влагостойкость, огнестойкость, а также внешний вид, обуславливающий эстетику интерьера. Все отделочные материалы для стен и перегородок, в зависимости от технологии их применения, можно раз- делить условно на две группы: • материалы и изделия полной заводской готовно- сти или «сухие» методы отделки; устанавливаются на месте производства отделочных работ с помощью раз- личных крепежных соединений; • материалы «мокрой» отделки, предназначен- ные для ведения штукатурно-малярных работ. К первой группе, в основном, относятся плоские сборно-разборные элементы: панели, плиты, листы, пла- стины, доски, а также сопутствующие им материалы. Вторая группа включает в себя растворные смеси, шпатлевки, грунтовки и вспомогательные материалы: разбавители, разжижители и др.
658 ВЛ Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Кроме того можно выделить специальную группу «финишных» материалов, которые обеспечивают окон- чательную отделку стен и перегородок. К ним относятся лакокрасочные материалы, обои, самоклеящиеся пленки. 30.1. Выравнивание поверхностей Перед тем. как декорировать стены какими-либо от- делочными материалами (обоями, плиткой, декоративны- ми покрытиями и т.д.), их поверхности часто необходимо предварительно подготовить к финишной отделке. Широкое распространение в строительстве получила облицовка стен листовыми или плитными материалами. Применение таких материалов наиболее целесообразно в следующих случаях: поверхность стены имеет значи- тельные неровности; нужно ускорить проведение отде- лочных работ; необходимо исключить из технологии мок- рые процессы. Наиболее распространенными среди листовых мате- риалов являются гипсокартонные листы (ГКЛ) и гипсоео- локнистые листы (ГВЛ). Рис. 30-1. Варианты обшивок при креплении каркаса к стене: а - с помощью подвесов; б - с помощью кронштейнов; 1 - стена; 2 - саморезы; 3 - подвес (закладная деталь); 4 - стойка; 5 - сты- ковочная лента; 6 - гипсокартонный лист; 7 - герметик; 8 - на- правляющая; 9 - дюбель; 10 - зона прокладки коммуникаций; 11 - трубопровод Гипсокартонный лист представляет собой материал, изготовленный из строительного гипса, оклеенный с двух сторон специальным картоном. Картон выполняет две функции: является армирующим материалом и одновре- менно основой для нанесения финишных отделочных ма- териалов (декоративной штукатурки, обоев, краски и т.д.). Преимущественно применяются листы длиной 2,5 м, шириной 1.2 м и толщиной 12 мм, хотя выпускаются лис- ты и других размеров. Кроме стандартных выпускаются другие виды гипсо- картонных листов: • влагостойкие - для помещений с повышенной влажностью; облицовка этих листов проходит специаль- ную обработку, которая снижает возможность образова- ния плесени, грибков и повышает влагостойкость; • огнестойкие - для помещений, к которым предъявляются повышенные требования по огнестойкос- ти; в листы добавляют стеклянное волокно, которое ар- мирует гипсовый слой и замедляет процесс разрушения листа при огневом воздействии. Гипсокартонные листы имеют высокие пожарно-тех- нические характеристики: группа горючести - Г1, группа воспламеняемости - В2, группа дымообразующей спо- собности - Д1. группа токсичности - Т1. Они допускают- ся для применения в строительстве зданий I и II степеней огнестойкости. С их помощью повышается степень огне- стойкости стальных и других конструкций, а также устра- иваются противопожарные преграды. Гипсоволокнистые листы в своем составе, кроме гипса, содержат целлюлозные волокна, которые получа- ют путем измельчения бумажных отходов (макулатуры). Измельченные волокна смешиваются с гипсом и другими добавками, затем полученная смесь прессуется. В ре- зультате получается не просто лист спрессованного гип- са, как в гипсокартоне, а гипсовый лист, армированный волокном. Это более прочный и плотный материал. Существуют два способа облицовки стен гипсокар- тонными (или гипсоволокнистыми) листами - бескаркас- ный и каркасный. В обоих случаях монтаж должен произ- водиться в период отделочных работ до устройства чис- тых полов, когда все «мокрые» процессы закончены и вы- полнены электротехнические и сантехнические разводки. Бескаркасная облицовка стен. При этом способе монтажа ГКЛ приклеивают непосредственно на стену. Предварительно стены должны быть очищены от грязи, пыли, остатков опалубочной смазки, а затем обработаны грунтовкой. Гипсокартонные листы следует наклеивать так, чтобы они отстояли от поверхности перекрытия на 10-20 мм. Зазоры у потолка и пола заделываются полосами изоля- ционного материала (минеральной ватой) и герметиком. После полного отвердения клея производится задел- ка стыков с помощью шпатлевочного состава и армирую- щей ленты. После того как швы полностью высохнут, их шлифуют с помощью шлифовального приспособления до получения единой плоскости с листами. Перед окраской или оклейкой обоями вся поверхность листов обрабаты- вается грунтовкой. Каркасный способ облицовки стен. В том случае, когда листы нельзя наклеивать на стены, их монтируют на металлический каркас, устанавливаемый вдоль стены. Конструкция облицовки (рис. 30.1 а) состоит из: • закладных деталей, пристреливаемых дюбелями к стене;
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 659 • стального каркаса стоечного типа, закрепленно- го к закладным деталям саморезами; • направляющих, зафиксированных к полу и по- толку, в которые монтируются стоечные профили; • обшивки из гипсокартонных листов толщиной 12 мм и шириной 1,2 м При наличии дополнительных требований к звукоизо- ляции и огнезащите пространство внутри каркаса может заполняться звукоизоляционным материалом, а обшивка ГКЛ выполняться в два слоя. Установка каркаса и крепление листов выполняются аналогично конструкции перегородок. Конструкция кар- каса допускает относ обшивки от стены не более 120 мм. При необходимости металлический каркас облицов- ки может отстоять и на большем относе от обшиваемой поверхности, при этом в пазухе могут размещаться инже- нерные коммуникации больших габаритов (рис. 30.1 б). В этом случае каркас облицовки рекомендуется выпол- нять из профилей, используемых для монтажа перегоро- док, закрепляемых к стене с помощью кронштейнов из этих же профилей. Сборные облицовки из гипсокартонных листов на металлическом каркасе применяются для обшивки по- верхностей внутренних стен и перегородок в жилых, об- щественных и промышленных зданиях любой этажности с сухим и нормальным влажностным режимом. Запрещается применение облицовок из ГКЛ как ос- нование под облицовку естественным камнем, в помеще- ниях с высокой влажностью (более 90%) и постоянным выпаданием конденсата на поверхность облицовки. Шпатлевки Качество и долговечность окончатель- ной отделки определяются не только и не столько каче- ством и долговечностью собственно отделочных матери- алов, сколько качеством основы, на которую укладывает- ся финишное покрытие. При этом финишные отделочные слои (краска, обои, другие декоративные материалы) наносятся не непо- средственно на конструкционные материалы (бетон, бло- ки, штукатурка и др.). Непосредственной основой для финишных материалов является промежуточный слой - шпатлевка. Основное назначение шпатлевки - устране- ние дефектов поверхности, ее выравнивание. Все шпатлевки разделяют на «сухие» и готовые к при- менению. Сухая шпатлевочная смесь - это сложный многокомпонентный состав, содержащий в себе вяжу- щее, наполнитель и различные добавки. Непосредствен- но перед применением смесь затворяется (разводится) чистой водой в определенном количестве. Готовые шпатлевки - заранее изготовленный в за- водских условиях материал для финишных работ. Раство- рители, находящиеся в материале изначально, после его нанесения на поверхность испаряются, что приводит к некоторой усадке. Это свойство ограничивает примене- ние готовых шпатлевок в тонких финишных слоях и прак- тически не позволяет использовать их для выравнивания основы в толстых (более 5 мм) слоях По типу основного связующего компонента шпатлев- ки делят на гипсовые, цементные, полимерные и др. По назначению выделяют четыре основные группы шпатлевок: выравнивающие (или шпатлевки первого слоя), финишные (или шпатлевки второго слоя), универ- сальные и специализированные. Выравнивающие шпатлевки - наиболее распрост- раненный вид шпатлевок. Они предназначены для пред- варительного выравнивания поверхности основы Их вы- бор зависит от вида основы, ее свойств и особенностей, условий эксплуатации. Выравнивающая шпатлевка первого слоя должна от- вечать следующим требованиям • иметь хорошую адгезию к основе и быть полно- стью совместимой с ней, • легко и надежно заполнять все дефекты основы; • обладать способностью нанесения слоем пере- менной толщины (от 0 до 15 мм), • обладать необходимой прочностью и долговеч- ностью. Финишные шпатлевки - это шпатлевки, предназна- ченные для получения поверхности, готовой к нанесению финишного отделочного слоя. Выбор финишной шпатлев- ки зависит от комплекса требований, которые определя- ются типом отделочного покрытия Универсальные шпатлевки - это шпатлевки, кото- рые одновременно являются и выравнивающими, и фи- нишными, и даже специальными Это современные до- статочно сложные многокомпонентные составы. Харак- теристики таких материалов остаются высокими и ста- бильными в различных условиях применения. Материа- лов, в полной мере соответствующих категории универ- сальных, не так много. Специализированные шпатлевки предназначены для решения определенных задач. Например, шпатлевка для заделки стыков гипсовых панелей, эластичная шпат- левка для заделки «дышащих» трещин, расширяющая шпатлевка для срочного ремонта и т.д. Штукатурки. Материалы для штукатурок являются ближайшими «родственниками» шпатлевок. Штукатурки и шпатлевки отличаются по виду и крупности наполните- лей. Это определяет и другие особенности, в том числе предназначение и технологию ведения работ. Главное от- личие состоит в том, что шпатлевка может шлифоваться абразивным материалом (шкуркой), а штукатурка - нет. Штукатурки можно наносить достаточно толстым сло- ем - 5-40 мм, поэтому их применяют для устранения зна- чительных неровностей поверхности (например, по кир- пичной кладке) или в качестве необходимой конструктив- ной основы (например, по деревянным основаниям) Наиболее эффективным является комплексное ис- пользование технологии штукатурных работ с последую- щим шпатлеванием оштукатуренной поверхности. В этом случае получение идеально ровной и гладкой поверхно- сти достигается простым способом Распространенными видами штукатурок являются цементные и гипсовые. Их основное отличие - время пол- ного высыхания. Для гипсовых штукатурок - это 4-7 су- ток. Цементным штукатуркам для полного набора прочно- сти требуется не менее 24 суток. Цементную штукатурку целесообразно применять в том случае, если необходимо получить максимально прочное и долговечное покрытие со сроком эксплуатации несколько десятилетий. Гипсовые штукатурки предпочтительны в случаях, когда необходимо выполнить работу в короткие сроки, при дальнейшей их эксплуатации только в условиях нор- мальной влажности. При проведении штукатурных работ необходимо вы- полнять следующие общие рекомендации: 1) точно соблюдать рецептуру приготовления и тех- нологию нанесения штукатурной смеси;
660 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 2) использовать специальные полимеры-модифика- торы и (или) армирующие сетки. Полимеры-модификато- ры - это специальные полимерные компоненты, значи- тельно улучшающие свойства строительных растворных смесей. Армирующие материалы - это внутренний «ске- лет» штукатурного слоя. Благодаря своим прочностным свойствам они решают две основные задачи: защищают поверхность от образования трещин вследствие измене- ния температуры и влажности, механических воздействий и т.д.; увеличивают механическую прочность армирован- ной поверхности (в том числе удароустойчивость); 3) обеспечивать полное высыхание штукатурки перед нанесением последующих слоев. 30.2. Краски и декоративные покрытия Современные лакокрасочные материалы позволяют превращать поверхности стен в произведение искусства. Декоративные покрытия могут передавать фактуру кам- ня, кожи или металла, создавать эффекты, аналогов ко- торых нет в природе. Можно комбинировать различные техники и материалы в одном интерьере, что позволяет добиваться оригинальных эстетических эффектов. Как правило, лакокрасочный слой представляет со- бой сложную многослойную систему. Покрытие состоит из нескольких слоев, нанесенных на основание: шпатлев- ки, грунтовки краски (несколько слоев), а возможно, еще и слоя лака или воска. При этом важным является вопрос совместимости материалов друг с другом. Покрытия должны отвечать ряду общих требований: быть экологически чистыми, удобными в нанесении, лег- ко поддаваться сухой или влажной уборке. При выборе лакокрасочных или декоративных покры- тий важными являются следующие показатели: • декоративные свойства покрытия (цвет, фактура, структура, глянец); • эксплуатационные свойства покрытия (цвето- стойкость, стойкость к загрязнению, к мытью, к агрессив- ным воздействиям, к механическим нагрузкам, ремонтно- пригодность, долговечность, экологическая безопасность); • специальные требования к покрытиям для обес- печения особых функций (термостойкость, электрические свойства, стойкость к рентгеновскому излучению, стой- кость к воздействию химикатов и др.); • стоимость покрытия. Краски. Современные лакокрасочные материалы мо • гут иметь ысячи всевозможных оттенков, которые легко получить, используя специальные колеровочные машины. Краска представляет собой однородную суспензию цветных наполнителей в пленкообразующих веществах (связующих). Она наносится на поверхность тонкими слоями кистью, валиком или краскораспылителем, а после высыхания образует покрытие, которое придает поверхности красивый вид, защищает ее от внешних воздействий. Цветными наполнителями обычно являются флоко- вые частицы, чипсы, натуральная или колерованная ка- менная крошка или кварцевый песок, пигменты и т.д. В качестве связующего чаще всего применяют масло, оли- фу, эмульсии и латексы. Для повышения технологических и эксплуатационных характеристик красок используют различные добавки: ста- билизаторы, эмульгаторы, антисептики, фунгициды и т.д. По степени укрывистости краски лежат в широких пределах - от лессирующих (прозрачных) до кроющих. По степени глянца краски разделяются на высоко- глянцевые, глянцевые, полуматовые, матовые, глубоко- матовые. По химической природе связующих все краски делят на четыре основные типа: масляные, алкидные, эпоксид- ные, латексные (акриловые, виниловые и др.). По типу используемого растворителя краски делят на два класса: водно-дисперсные и органорастворимые. Водно-дисперсные краски (водорастворимые, ла- тексные) относятся к числу наиболее экономичных и удобных в применении лакокрасочных материалов. Водно-дисперсн е составы не содержат органических растворителей, поэтому они практически не имеют запаха и экологически чисты. Могут наноситься кистью, валиком или распылителем. Образующееся покрытие имеет высо- кую адгезию практически ко всем основаниям. Данный тип красок выпускается белого цвета. Для по- лучения нужного цвета или оттенка материал колеруют то- нирующими красителями. Разработаны пигменты, которые позволяют имитировать золото, серебро, бронзу и сталь. Свойства водно-дисперсных красок зависят от того, какие полимеры использованы в качестве связующего. Краски на основе ПВА являются самыми дешевыми, но обладают низкой водостойкостью и поэтому имеют узкую область применения (сухие второстепенные помещения). Бутадиенстирольные дисперсии обладают хорошей водостойкостью, но имеют ограниченную светостойкость (желтеют под воздействием света). Это существенно ог- раничивает область их применения. Акриловые дисперсии болеедороги и наиболее универ- сальны. Акриловые краски чаще других используются для отделки интерьеров, в том числе стен и перегородок. Чисто акриловые связующие позволяют изготавливать краски для «живущей» древесины, т.е. с высокой эластичностью, водо- отталкивающими свойствами и одновременно высокой па- ропроницаемостью («дышащей» способностью). Органорастаоримые краски. Лакокрасочные мате- риалы на растворителях содержат в своем составе лету- чий органический растворитель, испаряющийся в процес- се высыхания. Единственным растворителем, который во всех странах допускается к использованию без ограниче- ний, является уайт-спирит (очищенный керосин). Связующим масляной краски является масло, кото- рое высыхает в процессе окисления, Это може> быть льняное масло, олифа на льняном масле, маслонасыщен- ная алкидная смола или смесь различных масел. Наибольшее распространение среди органораство- римых красок получили алкидные краски, хотя выпуск и применение масляных красок по-прежнему продолжав ся. Связующим для алкидных материалов является ал- кидная смола. Алкидные смолы изготавливают путем вар- ки растительных масел - льняного, талового, соевого и других вместе со спиртовыми и органическими кислота- ми. Подобно маслам, алкидные смолы высыхают в ре- зультате окисления. Чем больше жирность (процентное содержание масла) алкидной смолы, тем эластичнее ла- кокрасочное покрытие. Для отделки интерьеров краски на органических ра- створителях используются довольно редко - по экологич- ности они все же уступают водно-дисперсным краскам. Декоративные покрытия. Водорастворимые и на основе органических растворителей декоративные по-
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 661 крытия позволяют добиваться самых различных эффек- тов, например, имитировать натуральный камень, древе- сину, ткани, создавать покрытия «под старину», покрытия, меняющие цвет в зависимости от угла зрения и уровня освещенности. Современные покрытия по декоративным и техноло- гическим признакам разделяют на следующие группы: • декоративные покрытия, получаемые с примене- нием различных техник декорирования и обычных красок; • мозаичные (полихромные) покрытия; • флоковые покрытия; • текстильные покрытия («жидкие обои»); • покрытия, имитирующие мрамор («венецианские штукатурки»); • декоративные штукатурки. Техники декорирования. Особенностью примене- ния различных техник является то, что варьируя цветовые оттенки декоративных покрытий, можно сгладить или, на- оборот, выгодно подчеркнуть незначительные дефекты поверхности. Для получения желаемого декоративного эффекта применяют следующие инструменты и приспособления: пластиковые и металлические шпатели разного размера, синтетическую и натуральную морскую губку, тампоны, тампонированный валик, кисть, перчатку, аэрограф, инст- румент для создания эффекта «дерево» и др. Применяя ту или иную технику, возможно создание фактур, имитирующих натуральный камень, старый пер- гамент, кожу, влажный шелк, мятую ткань, создание сюр- реалистических картин и т.д. Воспроизведенный рисунок может быть рельефным, текстурным, гладким - от мато- вого до полированного. Мозаичные покрытия. Мозаичные краски - это де- коративный материал высокого класса. Он представляет собой водную эмульсию нерастворимых в базисном со- ставе пигментов-капелек, наполнителей или цветных микроскопических частичек. Капельки окрашены в цвета, отличные от цвета базиса. При нанесении мозаичная краска образует шерохо- ватую поверхность с застывшими одноцветными или раз- личного оттенка капельками краски, создавая мелкото- чечный рисунок с ощущением единого бархатного фона (рис. 30.2). Мозаичные краски поставляются в готовом к приме- нению виде. Их можно наносить лишь с помощью воздуш- ного краскопульта (пигменты-капельки разбиваются при набрызгивании и прилипают к поверхности). Покрытие гигиеничное, паропроницаемое, отличается высокими декоративными свойствами и водостойкостью. Для достижения эффекта глянца и увеличения износостой- кости наносится полиуретановый лак на водной основе. Флоковые покрытия. Флоковые краски - это эмуль- сия нерастворимых сухих акриловых чипсов (флоков), ко- торые наносятся на акриловую базу, играющую роль «клея». Они могут быть как одноцветными, твк и иметь множество оттенков. Флоковые краски образуют слегка шероховатое, очень прочное, объемное на вид покрытие (рис. 30.3), со- стоящее из трех слоев. Сначала наносится базовый слой - одноцветный фон. Затем при помощи краскопуль- та на еще невысохшую поверхность напыляются флоки. И, наконец, сверху наносится закрепляющий лак. Материал не крошится, не отслаивается, устойчив к огню, гигиеничен, сохраняет цвет, долговечен. Покрытие пригодно для любых поверхностей. Может применяться для отделки интерьеров общественных зда- ний - школ, учреждений здравоохранения, гостиниц, ре- сторанов и т.д. «Жидкие обои». Текстильные (в том числе хлопко- вые) покрытия часто называют «жидкими обоями». Это - многокомпонентное настенное покрытие, похожее на краски и декоративные штукатурки лишь способом нане- сения, но совершенно иное по конечному результату. Исходный материал представляет собой сухую смесь, в состав которой входят хлопковые (или синтети- ческие) волокна, распущенная целлюлоза, а также краси- тели и связующее. Качественные «жидкие обои» не впитывают запахов, обладают высокой цветостойкостью (не выгорают), на поверхности образуют бесшовное декоративное покры- тие толщиной 1-5 мм с шероховатой фактурной поверх- ностью (рис. 30.4), мягкой и приятной на ощупь. Они об- ладают звукоизолирующими свойствами, негорючие, ан- тистатичные (не притягивают пыль). «Жидкие обои» не влагостойкие. Если необходима влажная уборка, то их покрывают одним-двумя слоями защитного лака, после чего они становятся моющимися. «Венецианские штукатурки». В настоящее время венецианскими штукатурками называют покрытия как с преобладающим количеством известкового связующего, так и на основе чисто акрилового связующего. Традиционно покрытие выполняется в одном цвете, хотя возможно создание и многоцветного покрытия. Поня- Рис. 30.2. Мозаичные покрытия Рис. 30.3. Флоковые покрытия
662 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ тие «венецианская штукатурка» редполагает наряду с вы- сококачественными материалами особую технологию на- несения - «припрессовывание» один к другому множества (до 7) тончайших слоев материала. Технология включает в себя операции заглаживания, «железнения» и полировки специальным шпателем каждого слоя. Процесс создания качественного покрытия чрезвычайно трудоемкий. Покрытие имеет толщину от 3 до 5 мм и при этом об- ладав высокой паропроницаемостью (является «дыша- щим»). Поверхность имеет минимальный блеск, который можно усилить с помощью вощения (шлифования сукном с воском), что придает покрытию дополнительную влаго- стойкость. Стена, отделанная «венецианкой», как будто светит- ся изнутри - на матовой и очень глубокой основе покры- тия видны светящиеся блики. Эффект свечения получа- ется благодаря игре отраженных лучей, проникающих в толщу покрытия и отражающихся на разных глубинах в зависимости от угла падения. Именно этот эффект дела- ет «венецианскую штукатурку» похожей на полированный мрамор (рис. 30.5). Декоративные штукатурки - это толстослойное по- крытие, имеющее структуру, которая определяется ти- Рис. 30.4. Покрытия «жидкие обои» («Пластоун») Рис. 30.5. Покрытия «веницианская штукатурка» с имитацией под мрамор Рис 30.6. Декоративные штукатурки пом, размером и формой наполнителя, применяемым инструментом, а также технологическими приемами на- несения (рис. 30.6). Поставляются готовыми к примене- нию и в виде сухой смеси. Декоративные штукатурки, применяемые в интерье- рах, по виду связующего подразделяются на минеральные и полимерные, а по размеру зернистого наполнителя - на тонкофактурные, среднефактурные и грубофакгурные Их основные преимущества: • технологичность применения материалов; • высокие декоративные свойства покрытия; • высокая механическая прочность. Особенность минеральных декоративных штука- турок - преобладание в их составе природных компонен- тов: кварцевого песка, белых цементов и др. Поставляют- ся в виде сухой смеси, которая перед применением за- творяется водой. Полученный состав сразу же наносится на стены. Стойкость к истиранию покрытия не высокая. При сильных нагрузках возможно частичное осыпание крупных зерен наполнителя. Более технологичными и стойкими к истиранию явля- ются полимерные декоративные штукатурки на осно- ве водной дисперсии акриловых смол. Поставляются го- товыми к применению или в сухом виде. Наполнителем для декоративных штукатурок чаще всего являются полимерные гранулы. Иногда использует- ся калиброванный мраморный, гранитный или кварцевый гранулят. В этом случае получают покрытия с натуральной каменной крошкой.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 663 30.3. Природный и искусственный камень Природный (натуральный) камень - это материал, который имеет очень широкую область применения. В интерьере природный камень применяется в качестве напольного покрытия, для облицовки стен, для изготов- ления лестниц, подоконников, каминов, декоративных форм (рис. 30.7) и т.д. При работе с атуральным камнем необходимо обра- щать внимание не только на его внешние свойства, такие как цвет, рисунок, фактура, но и на физико-механические характеристики породы, степень однородности поставля- емой партии, совместимость различных пород камня между собой и с другими материалами. Необходимо по- мнить и о том, что поверхность природного камня «живет» и может изменяться под воздействием среды. Кроме гранита и мрамора, широко применяющихся для отделки интерьеров, используются различные поро- ды: габбро, диабаз, лабрадорит, диорит, туф, песчаник, кварцит, доломит и другие. Достоинства и недостатки различных каменных пород представлены в табл. 30.1 (по кн. «Технология облицовочных работ природным кам- нем». - М.: «Атол», 2001). Крепление тонких плит облицовок осуществляется с применением клеев и мастик по предварительно юдго- товленной поверхности стены (перегородки). Цвет клее- вых смесей одбирают в соответствии с проектом. Клее- вые смеси не должны (вследствие пористости структуры природных каменных материалов) окрашивать облицо- вочные плиты. При укладке мрамора следует учитывать некоторые его особенности. Например, мраморы могут впитывать в себя влагу из раствора, которая проступит на поверх- ность в виде нежелательных пятен. Все мраморы следует укладывать на специально разрабо энные безводные со- ставы на латексной или полиуретановой основе. Облицовка из природного камня практически вечна, но для того, чтобы она сохраняла свой внешний вид, тре- а в Рис. 30.7. Природный камень: а - мраморы; б - граниты; в - настенные декоративные элементы Таблица 30.1. Основные достоинства и недостатки различных каменных пород Породы Достоинства недостатки Г ранит, гранодиорит Декоративность, получение любой фактуры, однородность, долговечность, коррозионная стойкость, сопротивляемость истираемости, распространенность Значительные затраты на добычу и обработку, высокая стоимость изделий Габбро, диабаз, лабрадорит Декоративность, получение любой фактуры, долговечность, хорошая сопротивляемость коррозии То же Диорит Долговечность, хорошая сопротивляемость истиранию Плохо полируется, ограниченность месторождений Туф Декоративность, невысокие затраты на добычу и обработку, коррозионная стойкость, долговечность Подверженность загрязнению, ограниченность распространения Песчаник Распространенность месторождений Кварцит Декоративность, разнообразие цветовой гаммы, долговечность, коррозионная стойкость Значительные трудозатраты на добычу и обработку, мало месторождений с монолитным залеганием породы без трещин Белый мрамор, известняк Декоративность, разнообразие рисунка, получение любой фактуры поверхности Подверженность оррозии Цветной мрамор Декоративность, разнообразие окраски и рисунка, получение любой фактуры поверхности Подверженность коррозии Травертиновый известняк Декоративность, разнообразие цветовых тонов, живописная текстура, невысокая стоимость Подверженность загрязнению
664 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ буется соответствующий уход. Существуют различные химические средства, позволяющие дольше сохранить натуральный цвет и блеск природного камня. Защитные восковые покрытия улучшают внешний вид камня, защи- щают его в процессе эксплуатации и позволяют мыть ка- менные покрытия водой. Искусственным камнем называют декоративный облицовочный материал, имитирующий фактуру горных пород (рис. 30.8). Современные технологии позволяют копировать с большой точностью рисунок гранита, ба- зальта, песчаника и т.п. Популярность этого материала объясняется его относительно невысокой стоимостью, долговечностью, огне- и влагостойкостью, простотой ук- ладки (он легче природного камня), а также декоративны- ми качествами. Искусственные камни изготавливают, в основном, методами вибропрессования и вибролитья из белого вы- сококачественного цемента, песка, армирующих добавок, различных наполнителей и цветных пигментов. Изделия окрашивают в процессе производства, что обеспечивает б Рис. 30.8. Искусственный камень: а - формы и фактуры; б - пример применения их светостойкость на весь период эксплуатации, в отли- чие от плиток «под натуральный камень», окрашенных поверхностно. Облицовочные искусственные камни выпускаются размерами от 5 см2 до 0,5 м2 при толщине 1-2 см. Искусственный камень отличается от природного простотой крепления, что расширяет возможности его применения в интерьерах как общественных, так и жилых помещений. Его используют как для внешней облицовки зданий, так и для внутренней отделки стен, колонн, от- дельных элементов интерьера. Искусственным камнем можно облицевать любую по- верхность: деревянную, бетонную, кирпичную, металли- ческую, гипсокартонную. Для крепления применяют спе- циальный клей, мастику или цементный раствор. Выбор материала крепления зависит от разновидности, формы камня и архитектурных задач. Искусственный камень не требует особого ухода, мо- жет сохранять свой цвет и фактуру в течении десятков лет. 30.4. Керамическая плитка и керамогранит Керамическая плитка - это тонкая плитка, получен- ная из минерального сырья (глины, каолина, кварцевого песка, флюсов, красителей), применяемая для облицов- ки полов, внутренних стен и фасадов зданий. Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие основные операции: • приготовление смеси; • формовка изделия; • сушка; • приготовление глазури и глазуровка (эмалировка); • обжиг. Классификация керамической плитки производится по следующим параметрам: • по исходному сырью (из белой, красной или цветной массы); • по плотности (с пористой или плотной основой); • по покрытию (глазу ованная или непокрытая гла- зурью). Как и все керамические изделия, плитка обладает такими свойствами как: твердость, прочность, гигиенич- ность, легко очищается, негорючесть, огнеупорность, хи- мическая стойкость. Отличается плитка также жесткостью и хрупкостью. Все эти свойства обусловлены самой при- родой керамических материалов. Производимая для облицовки стен керамическая плитка отличается широким диапазоном технических ха- рактеристик и большим разнообразием дизайнерских решений. В последние годы эстетические поиски были направлены на воспроизведение текстур мрамора и дру- гих природных камней, а также на разработку оригиналь- ных фактур поверхности. Сфера применения керамической плитки довольно широка. Ее используют для отделки стен в ванных комна- тах, на кухне, в гостиных, холлах и т.п., ею облицовывают бассейны, санузлы, душевые, бытовые помещения про- мышленных предприятий, камины. Современная тенденция - комбинирование керами- ческой плитки с различными материалами - стеклом, ме- таллом, деревом. Кроме того час о используют сочетание нескольких форматов, что позволяет добиться интерес- ного декоративного эффекта.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 665 Плитку можно укладывать на различные настенные покрытия: на штукатурку, цементный обрызг, гипсокартон, фанеру, краску и т.п. Однако для качественного выполне- ния плиточных работ поверхность должна быть сухой, чи- стой и твердой (жесткой) Поскольку керамическая плитка служит полноправ- ным украшением интерьера, при ее выборе нужно обра- щать внимание не только на эксплуатационные характе- ристики материала, но и на декоративные качества обли- цовки, которые во многом определяются приемами ук- ладки и использованием декоративных элементов. В качестве декоративных элементов используются вставки (декоры), панно и бордюры (рис. 30.9). Простейший декоративный элемент - одиночная вставка, представляющая собой одну плитку с узором или рисунком, отличающимся от фонового. Вставки оживля- ют однотонную поверхность и создают на стене цветовое пятно. Чаще всего их используют в ванных комнатах и в кухонном «фартуке» (поверхность стены между тумбами и навесными полками кухонного гарнитура). Вставки рас- полагают с определенной периодичностью или хаотично Наряду с декоративной функцией отдельные вставки имеют практическое (функциональное) назначение. К примеру, для оформления ванной комнаты или кухни можно использовать плитки-крючки и плитки-мыльницы, заменяющие обычные наборы. Декоративное панно - это вставка, как правило, вы- полненная из двух, трех, четырех и более плиток или из одной плитки, которая по формату больше фоновой плит- ки Панно может представлять собой законченное «произ- ведение искусства» (картину на керамике или барельеф). Традиционный бордюр - это узкая горизонтальная керамическая полоска с определенным, как правило, по- вторяющимся рисунком или рельефом, кратная ширине плитки. При укладке бордюров используются разнообраз- ные приемы, позволяющие добиваться индивидуально- сти в оформлении стен. Классическая горизонтальная укладка бордюра раз- деляет плитку двух цветов (как правило, темный низ и светлый верх). Другой вариант - бордюр проходит под потолком и служит завершением плиточной облицовки Прием вертикальной укладки бордюра позволяет не только придать поверхности нестандартный вид, но и вы- полняет функцию зонирования (выделения зон). Горизонтальную и вертикальную укладку бордюра ис- пользуют и одновременно - в этом случае на стене обра- зуется рисунок из пересекающихся линий, которые чле- нят всю плоскость на участки. Бордюр можно укладывать и в разбивку (например, в шахматном порядке) и даже хаотично. При таком подхо- де он служит не просто декоративным украшением сте- ны, но и позволяет красиво обойти возможные помехи (в частности, сантехническое оборудование) Нередко бордюры используют не только как украше- ние, но и как функциональный элемент, например, в каче- стве обрамления для зеркала, вмонтированного в обли- цовку стены. Керамогранит (сведения о производстве и свойствах керамического гранита - п. 29 3) В последние годы в об- ласти дизайна интерьера произошли существенные изме- нения, что повлекло за собой заметные преобразования в керамической индустрии. Благодаря постоянному совер- шенствованию технических свойств и эстетических качеств керамогранит стал соответствовать самым высоким тре- бованиям и применяться во все более разнообразных сфе- рах строительства. Промышленность выпускает все более разнообразную продукцию для интерьеров как жилых, так и общественных зданий (рис. 30.10; 30.11). Появление керамогранитных плит большого формата (1,2 х 1,8 м) - пример отраслевой новации, обусловлен- ный функциональной необходимостью и покупательским спросом потребителей Плитка, сравнимая с натураль- ным камнем, значительно увеличила декоративные воз- можности керамики. С помощью лазерной технологии можно придавать ке- рамогранитным плиткам нестандартную форму, можно их округлить или вырезать любую фигуру, благодаря чему име- ется возможность создания всевозможных композиций в архитектурных решениях уникальных интерьеров. 30.5. Мозаика Мозаика - это своеобразный рисунок (композиция), составленный из небольших кусочков одного или различ- ных материалов. Применяется мозаика в самых различных по назначе- нию зданиях и помещениях: в бассейнах и выставочных залах, в ресторанах и торговых учреждениях, в гостини- цах и в жилых домах и т.п. Особенностью техники мозаики является возмож- ность облицовывать криволинейные поверхности (в том числе круглые колонны), устраивать плавные переходы от одной поверхности к другой. В настоящее время мозаика переживает «второе рож- дение». Если ранее устройство покрытия в технике мозаи- ки являлось длительным и очень трудоемким процессом, то современные компьютерные технологии (промышлен- ные методы) позволяют создавать мозаичные рисунки в заводских условиях и поставлять заказчику уже готовые модули. Эти модули представляют собой фрагменты со- бранного рисунка, наклеенного на листы плотной бумаги или сетку из полимерных волокон. Модуль мозаики укла- Рис. 30.9 Керамическая плитка в облицовке стен ванной комнаты
666 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ дывается на отделываемую поверхность бумагой наружу. После того, как клей схватится бумага смывается водой, а швы между плитками затираются раствором. Кроме готовых модулей можно также применять на- боры разрозненных плиток и вручную составлять из них рисунок по традиционной технологии. Элементы мозаики - маленькие квадратные плитки размером 15-48 мм - могут быть выполнены из камня, керамики, стекла или смальты. Каменная мозаика выполняется из природного кам- ня, обработанного способами полирования, шлифования, искусственного старения и др. Используются самые раз- ные породы камня - начиная от дешевого туфа и закан- чивая редкими породами мрамора и поделочных камен- ных пород (яшмы, малахита и др.). Элементы каменной мозаики могут иметь разную форму: квадрата, прямоу- гольника, округлую и неправильную. Керамическая мозаика (рис. 30.12) выполняется из кусочков керамической плитки разных оттенков разнооб- разной цветовой гаммы. Для укладки мозаики пригодны клеи и составы, применяемые для облицовки помещений керамической плиткой. Разработана специальная мозаика для мокрых поме- щений - ее особая глазурь препятствует образованию водного камня и не выцветает от воздействия воды. Бла- годаря практически нулевому водопоглощению, такая продукция прекрасно подходит для бассейнов и душевых. На основе керамики разработан и внедряется в прак- тику вариант мозаики, показанный на рис. 30.13. Стеклянная мозаика представляет собой сплав крем- нистого песка и других компонентов с добавками окраши- Рис. 30.11. Фрагмент стены, облицованной керамогранитом Рис. 30.10. Плитки из керамогранита для облицовки стен (при- меры выпускаемой продукции) Рис. 30.12. Облицовка керамической мозаикой
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 667 вающих оксидов. Стеклянные изделия мозаики гораздо прочнее, чем обычное стекло, так как после разливки в фор- мы расплавленного стекла его обжигают в печи. Стеклянная мозаика абсолютно водонепроницаема. Этот жаропрочный материал (выдерживает температуру +150"С) прекрасно подходит для облицовки каминов и печей. Смальта отличается от обычной стеклянной мозаики особой прочностью. Стекло растирают в порошок, прессу- ют в мозаичные формы, обжигают в печах и получают не- прозрачный материал, как бы светящийся изнутри. Кроме того, каждый элемент немного отличается от других от- тенком. Вот почему даже большая поверхность, выложен- ная смальтой одного цвета, не выглядит однообразно. 30.6. Облицовочные панели Современные облицовочные панели являются попу- лярным отделочным материалом для общественных и жилых помещений. Их широкое применение обусловлено простотой установки отсутствием необходимости подго- тавливать поверхность стен (выравнивать, шпаклевать и т.п.), гигиеничностью, стойкостью к уборке, а также архи- тектурными возможностями. Кроме традиционных деревянных панелей (в том чис- ле шпонированных), рисунок которых создан самой при- родой, применяется большое количество декоративных облицовочных изделий, имитирующих то же дерево, на- туральный камень, ткани, венецианскую штукатурку и тд. Вместе с этим выпускаются и дополнительные элементы (раскладки, плинтусы, галтели) различной цветовой гам- мы (в том числе зеркальные и золотистые). Все это по- зволяет создавать оригинальные интерьеры. По материалу основы отделочные панели подразде- ляют на следующие группы: деревянные; на основе ДСП, ДВП, МДФ; на основе гипсокартона; пластиковые (на ос- нове ПВХ); на основе стекловолокна (акустические). По форме и способу крепления облицовочные пане- ли делят на листовые и наборные. Рис. 30.13. Элементы керамической мозаики, имитирующие морские камни Листовые стеновые панели представляют собой крупноразмерные изделия, например, размером 1,2 х 2,4 м и толщиной 3-6 мм. Большой размер изделий позволяет максимально упростить отделку стен в помещении, со- кратить количество стыков. В качестве основы листовых панелей чаще всего при- меняют гипсокартонные или гипсоволокнистые листы, ДВП, МДФ, полистирол. На основу с лицевой стороны наносят покрытие, которое воспроизводит фактуру нату- рального камня, древесины и других природных и искус- ственных материалов. Монтаж панелей осуществляется легко и быстро, их можно монтировать на обрешетку или просто приклеивать к стене (при ровной плоскости). Стыки между панелями заделывают герметиком или закрывают нащельниками. Широкое распространение для общественных зданий получили панели на основе гипсокартонных листов с виниловым покрытием, нанесенным промышленным способом Такие листы называют гипсовинилом. Они ис- пользуются не только для отделки стен, но и в качестве заполнения глухой части сборно-разборных перегородок. Гипсовиниловые панели не нужно оклеивать обоями или окрашивать - изделия готовы для монтажа. Панели прижимаются к металлическому каркасу соединительны- ми профилями, которые одновременно выполняют деко- ративную функцию, закрывая стыки (рис. 30.14). При не- обходимости панели можно легко снять (например, для доступа к проложенным коммуникациям), а затем устано- вить на прежнее место. Панели на основе ДВП и МДФ могут иметь рисунок под камень, пробку, кирпич, дерево и т.д. Выпускаются они влагостойкими и невлагостойкими Влагостойкие панели производят из ДВП, обработан- ной специальным составом Поверхностное покрытие устраивают многослойным: на основу наносят алкидмела- мин, который защищает ее от влаги и выравнивает поверх- ность, потом следует декоративный слой с рисунком, за- тем верхний - акриловый блестящий. Невлагостойкие (обычные) панели представляют со- бой ДВП, на которую наклеивают рельефный ламинат (ви- нил) или натуральный шпон Рельефную поверхность панелей на основе ДВП или МДФ получают методом горячего прессования, благода- Рис. 30.14. Облицовка стены гипсовиниловыми листами по ме- таллическому каркасу: 1 - гипсовинил; 2 - алюминиевый соединительный профиль с пластмассовой вставкой; 3 - профиль с клипсой
668 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ря чему они одновременно приобретают и повышенную механическую прочность, и фактуру (с имитацией под доски, поверхность необработанного камня, кирпичную кладку, керамическую плитку и т.п.). Панели устанавливают на сплошную поверхность (приклеивают) или на обрешетку. Влагостойкие панели можно только приклеивать на специальный клей для влажных помещений и только на сплошную стену. Между панелями оставляют зазоры, которые затем заполняют силиконовым герметиком. Перфорированные панели на основе HDF (рис. 30.15) используются не только для облицовки стен, но и в качестве офисных перегородок, для изготовления выста- вочного оборудования, дверей, подвесных потолков. Ос- новой панелей является древесно-волокнистая плита вы- сокой плотности (выше 850 кг/м3) - HDF. Панели имеют длину до 3 м, ширину 1,2 м, толщину 3-4 мм. Перфорированные панели выпускаются без отделки (под покраску), с отделкой ламинатом или натуральным шпоном. Формы и размеры перфорации (отверстий) могут быть от простых геометрических фигур до лабиринтных. Зеркальные пластикоаые панели применяются для различных декоративных отделок в фойе гостиниц, барах, ресторанах и других общественных помещениях. Панели представляют собой изделия из полистирола, покрытые защитной полиэтиленовой пленкой. Они могут быть не только зеркальными, но и тонированными, а также на са- моклеящейся основе. Поверхность пластиковых зеркальных панелей бывает абсолютно гладкой и составной (из разнообразных квад- ратиков и полосок), что достигается путем нарезки поверх- ности, благодаря чему они становятся гибкими, а потому ими можно облицовывать криволинейные поверхности, в том числе колонны, пилястры и т.п. Строительный рынок предлагает пластиковые панели с широкой гаммой цвета и рисунков, со структурированной и перфорированной по- верхностью, с голографическими эффектами. Листовые зеркальные панели можно «посадить» на цементный раствор, прикрепить шурупами или приклеить на бетон, каменную кладку, дерево, гипсокартон и другие ровные поверхности. Наборные (реечные) панели - это длинные планки, имеющие следующие приблизительные размеры: шири- на 12-30 см, длина 2,4-3,7 м, толщина 8-12 мм. В зави- симости от вида сборки по длинным кромкам панелей могут располагаться с одной стороны паз, а с другой - шип (гребень) или пазы по обеим сторонам. В последнем Рис. 30.15. Пример применения перфорированных панелей на основе HDF случае для сборки панелей применяют специальные рей- ки-вставки, соединяющие пазы смежных панелей. Они применяются либо того же цвета, либо контрастного или «золотого», «серебряного». Для наборных панелей выпускаются всевозможные аксессуары (рис. 30.16): плинтусы, уголки, карнизы и пр. под цвет панелей. Делаются они обычно из пластика (ПВХ) или ДВП; их приклеивают или крепят шурупами. Основой наборных облицовочных панелей может яв- ляться естественная древесина, ДСП, ДВП или МДФ, а также поливинилхлорид. Панели из естественной древесины изготавлива- ются из массива дерева ценных пород - дуба, клена, кед- ра, ольхи. Их можно использовать в жилых помещениях, прихожих, кабинетах, а также во влажных помещениях (кухня и ванная) при условии, что панели покрыты со всех сторон специальным воском, включая пазы и гребни, ко- торыми для удобства монтажа снабжены панели. Воско- вое покрытие водонепроницаемо, отталкивает воду, не трескается и не отслаивается. Выпускаются и трехслойные панели. Они состоят из лицевого слоя, выполненного из ценных пород древеси- ны, среднего и нижнего - из сосны или ели. Для компен- сации линейных деформаций панелей слои располагают таким образом, чтобы волокна в них были разнонаправ- ленными. Склеиваются слои под высокими давлением и температурой. Готовую многослойную панель покрывают акриловым лаком или воском. Панели на основе ДСП, ДВП, МДФ. Кроме есте- ственной древесины для основы наборных панелей ис- пользуются указанные древесные материалы, которые отличаются друг от друга, в основном, эксплуатационны- ми свойствами. Лицевая поверхность панелей из древесных матери- алов отделывается лакированным шпоном из ценных по- род дерева или меламиновой бумагой (рис. 30.17). За- щитный лаковый слой и меламин предотвращают обра- зование загрязнений и проникновение влаги в панели, защищают от воздействия ультрафиолета (панели не выцветают). Оба покрытия не притягивают пыль и явля- ются гигиеничными. Рисунки могут быть различными: под дерево, мрамор, камень, абстрактные и т.д. Рис. 30.16. Применение профилей для устройства облицовок из пластиковых наборных панелей: а - начальный и концевой профиль; б - плинтус; в - угловой про- филь; г - соединительный профиль; д - многофункциональный угол; е - карниз
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 669 Панели могут отделываться текстилем или высокока- чественными виниловыми обоями, которые наклеивают- ся при помощи специального клея. Такие декоративные панели обеспечивают изоляцию звука улучшают акусти- ку помещений. Крепятся панели к обрешетке специальными скоба- ми (кляммерами), которые прикручиваются шурупами с тыльной стороны. Применяются два основных способа установки наборных панелей: первый - соединение скры- той вставной раскладкой (панели приставляются вплот- ную), второй - соединение видимой вставной раскладкой (между панелями остается зазор). Возможна установка панелей с промежуточными декоративными рейками и комбинированная с горизонтальным, вертикальным и на- клонным расположением панелей. Наборные пластиковые панели представляют собой пластины с сотовой продольной внутренней структурой (см. рис. 30.16), благодаря чему они обладают высокими звукоизолирующими свойствами. Стандартные размеры панелей: длина - 2,5-6 м, ширина - 10-30 см, толщина - 8-Ю мм. Изготавливают панели из твердого ПВХ с некоторым включением смягчителя. Они долговечны, негорючи, име- ют 100-процентную влагостойкое ь, легки в уборке, отве- чают требованиям по гигиеничности, поэтому ими можно отделывать бытовые помещения, ванные комнаты, туале- ты, душевые кабины, кухни. С лицевой стороны пластиковых панелей на гладкую поверхность специальными методами печати наносится декоративный рисунок. Окраска может быть однотонной, «под дерево» или каменную породу. От влаги и повреж- дений она защищается слоем глянцевого или матового лакового покрытия. Устанавливаются пластиковые панели на обрешетку или непосредственно на стену (если стена ровная) при использовании силиконового или акрилового клея. Поли- винилхлорид легко режется поперек и вдоль панелей, поэтому их легко подогнать по размерам. Между собой панели соединяются по принципу «паз-гребень» или «паз-паз» со вставкой. Стеновые акустические панели используются обыч- но как дополнение к подвесному акустическому потолку в зальных помещениях с целью исключения эффекта «эхо». Такие панели изготавливаются из стекловолокна высокой плотности толщиной обычно 40 мм. Лицевая поверхность окрашивается, покрывается сеткой из стекловолокна или ударопрочной сеткой. Панели имеют высокую степень жесткости, легко режутся, скрывают дефекты стен, явля- ются съемными. 30.7. Рулонные отделочные материалы К данному виду отделочных стеновых материалов от- носятся: • обои; • покрытия из пробки; • покрытие «Линкруста»; • бесшовные текстильные покрытия. Обои. Несмотря на появление многих современных облицовочных покрытий, обои по-прежнему остаются од- ним из широко используемых интерьерных материалов. Обои состоят из основы и покрытия. Основа обоев непосредственно соприкасается со стеной, при наклейке пропитываясь клеем (кроме особых видов обоев, когда промазывается стена). Основа может быть бумажной, тканевой и нетканой (из натуральных и искусственных материалов). На основу наносится покрытие, при изготовлении ко- торого применяются различные материалы: бумага; во- локна растительного, животного, минерального и искус- ственного происхождения; металл (в виде фольги или пудры напыления); отходы деревообрабатывающего про- б Рис. 30.17. Приемы облицовки стен из панелей на основе ДСП: а - вертикальное и горизонтальное расположение со вставками; б - «разрыв» облицовки; в - «выемка» и «перенос» облицовки
670 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ изводства; полимеры; кора пробкового дуба, а также раз- нообразные краски и лаки. В зависимости от исходного материала и способа изготовления различают следующие типы обоев: бумаж- ные, виниловые, флизелиновые, велюровые, кварцевые, металлизированные. При этом выделяют группу покры- тий - обои под покраску, к которым относятся разновид- ности бумажных и виниловых обоев, флизелиновые, груп- па стекловолокнистых. Бумажные обои наиболее распространены и приме- няются очень широко, что объясняется их невысокой сто- имостью и простотой применения. Бумажные обои эколо- гичны, позволяют стенам «дышать», их можно применять для отделки многих типов помещений с низкими загряз- ненностью и влажностью воздуха. Для улучшения эксплуатационных характеристик не- которые виды бумажных обоев обрабатываются специ- альными составами, повышающими их влаго- и износо- стойкость. Обои выпускаются с гладкой поверхностью и рисунком (рис. 30.18), с различными тиснениями (с ре- льефным рисунком), одно-, двух- и трехслойными. Виниловые обои позволяют достоверно имитиро- вать множество материалов - от штукатурок и камня (рис. 30.19) до текстиля. Это моющиеся (водостойкие), проч- ные и долговечные покрытия. Их можно использовать для оклейки помещений, требующих влажной уборки с при- менением моющих средств (кухонь, ванных, прихожих, холлов и т.п.). Недостатком виниловых обоев является воздухонепроницаемость. Виниловые обои состоят из двух слоев. Нижний слой - бумажный или флизелиновый (см. далее) покры- вается тонким слоем ПВХ (поливинилхлорида), а затем на поверхность обоев наносится рисунок или тиснение. Слой ПВХ защищает обои от влаги, света и различных ме- ханических воздействий. Среди виниловых обоев можно выделить несколько групп: с ярко выраженной фактурой (вспененный винил), с гладкой поверхностью (плоские) и особо плотные обои Рис. 30.18. Отделка бумажными обоями помещения с внутри- квартирной лестницей («кухонный» винил). К плоским виниловым обоям отно- сится и «шелкография». Вспененный винил - достаточно толстые обои, внеш- няя поверхность которых имеет ярко выраженный рель- еф. Такие обои могут быть с блестками, вкрапленными в покрытие, иметь различные фактуры и цвет. С их помо- щью легко создать эффект рельефной штукатурки. Шелкография - самый большой класс виниловых обоев по разнообразию дизайна и степени блеска. Они производятся на основе винилизированной бумаги, кото- рая окрашивается сложным способом. Затем бумага под- вергается нагреванию и сильному тиснению. По фактуре обои получаются тонкими, сглаженный винил создает эффект шелка. Наклеивание виниловых обоев имеет особенности. Впитывающее влагу основание необходимо предвари- тельно окрасить специальном тр'унтовкой или оклеить макулатурой. В зависимости от весовой категории для виниловых обоев используют специальный обойный клей или клей для стеклотканей. Обои на основе флизелина. Материал флизелин в настоящее время стали применять в качестве замены бу- маги - как основу для различных видов обоев. Флизелин - нетканый материал из целлюлозных и текстильных волокон с полимерным связующим, похожий на стекловолокно. Он отличается высокой стабильностью размеров, не растягивается и не дает усадки при намока- нии и последующем высыхании. Преимущество флизелиновой основы перед бумаж- ной состоит в легкости наклеивания обоев. Клей наносит- ся непосредственно на стену, а полотна накладываются на нее в сухом виде, что позволяет подгонять полосы друг к другу с высокой точностью. Поскольку ткань-основа достаточно прозрачна, осо- бое внимание при наклеивании обоев необходимо обра- щать на цвет основания, который должен быть равномер- ным и одного тона с обоями. Велюровые обои - это покрытие на бумажной или флизелиновой основе с нанесенным рисунком в виде ворсистых велюровых фрагментов. Велюровые обои очень красивы, но требуют особого ухода, поэтому, как правило, используются для декоративной отделки жилых помещений с низкой загрязненностью. Уход заключается в обработке мягкой щеткой или пылесосом. Рис. 30.19. Пример применения виниловых обоев «под мрвмор»
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 671 Кварцевые обои - обои на нетканой основе с верх- ним слоем из окрашенного кварцевого песка, делающие поверхность стены «натуральной» и обеспечивающие стойкость к истиранию и механическим повреждениям. Разработаны серии подобных обоев с изысканным де- кором, воспроизводящим старинные фрески, которые мо- гут служить украшением холла, гостиной, кабинета и т.п. Металлизированные обои изготавливаются путем нанесения на бумажную основу тонкого металлического слоя (искусственно оксидированную или окрашенную алюминиевую фольгу). Затем на поверхность обоев нано- сится тиснение или рисунок. Металлизированные обои износоустойчивы, свето- стойки, хорошо моются. Металлический блеск со време- нем не тускнеет. Покрытия выполняются под золото, се- ребро, покрытую патиной бронзу. Применяются металлизированные обои как для рос- кошных классических интерьеров, так и для оформления баров, ресторанов, клубов. Обои под покраску выпускаются на бумажной и флизелиновой основах в рулонах большой длины. После- дующее окрашивание придает покрытию дополнительные защитные свойства Бумажные обои под покраску пропитываются специ- альным водоотталкивающим составом и выпускаются с различной структурой неокрашенной поверхности. Такие обои изготавливаются по специальной технологии из особо тяжелой волокнистой макулатуры. Обои этого типа позволяют легко скрывать трещины на стенах и незначительные неровности. Их можно пере- крашивать в любые цвета дисперсионными красками (способны выдерживать 5-15 покрасок). Кроме традици- онной однотонной окраски можно применять различные «спецэффекты»: нанесение с помощью шаблонов бордю- ров и декоров, нанесение узоров губкой и т.д. По фактуре поверхности бумажные обои могут быть двух категорий: структурные или тисненые (двухслойные, трехслойные) и грубоволокнистые (с наполнителем из опилок). Помимо бумажных обоев под покраску выпускаются и покрытия с верхним слоем из вспененного винила (ос- нова - из бумаги или флизелина), которые также можно неоднократно перекрашивать. Наряду с бумажными и виниловыми производятся также тисненые обои под покраску, изготавливаемые из структурированного флизелина. Это очень технологичный способ отделки, имитирующий рельефную штукатурку. Флизелиновые обои обладают повышенной паропрони- цаемостью и допускают многократное перекрашивание. Особый вид обоев под покраску - стекловолокнистые, или обои из стеклоткани. Их основу составляет стеклово- локнистая нить, которую изготавливают из природного сырья - кварцевого песка, доломита, извести и соды. Стекловолокнистые обои ткутся как обычная ткань и являются однослойными. На поверхности выдавливается рельефный рисунок: рогожка, елочка, ромбы, переплете- ния и др. (рис. 30.20). Данный тип обоев находит распространение благо- даря следующим преимуществам: способности выпол- нения армирующих функций, пожаробезопасности и долговечности. Стекловолокнистые обои могут наклеиваться практи- чески на любую поверхность. Обои удобны тем, что при замене их не снимают, а шпатлюют, и затем наносят дру- гое покрытие, т.е. на стене остается армирующий слой. Для окраски стекловолокнистых обоев применяются специальные краски (особой вязкости) - матовые и глян- цевые. Сильнее подчеркивают фактуру поверхности глян- цевые покрытия. При применении обоев (и не только) различных тонов и с четко выраженным рисунком (особенно «в полоску») необходимо учитывать некоторые закономерности вос- приятия. Обои являются не только декоративным элемен- том пространства, но могут визуально изменять это про- странство (рис. 30.21)'. а - комната выглядит выше с вертикальным располо- жением полос; б - потолок кажется ниже, если полосы горизонтальны; в - горизонтальный бордюр «уменьшает» высоту ком- наты; г - комната кажется больше, если на одной стене большие узоры; Рис. 30. 20. Варианты рельефных рисунков обоев из стеклово- локна под покраску Рис. 30.21. Привмы отделки, визуально изменяющие простран- ство комнаты
672 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ д - комната выглядит более просторной, если цвет одной стены выделен. Покрытия из пробки. Пробкой называется толстая и прочная кора пробкового дуба, произрастающего в За- падном Средиземноморье. Пробка используется во мно- гих сферах, в том числе и как отделочный материал. Бла- годаря прекрасным акустическим характеристикам проб- ковые покрытия часто используются для отделки помеще- ний, в которых устанавливается аудиоаппаратура или «домашние кинотеатры». Пробковое покрытие обладает также высокими анти- статическими и бактерицидными свойствами. Оно стой- ко к воздействию веществ бытовой химии, не поддержи- вает горения и не выделяет вредных веществ. Текстура пробки разнообразна - от мелкозернистой до пластинчатой, напоминающей мрамор. Красивая гам- ма включает теплые оттенки желтого, охры и коричневого цветов (рис. 30.22). Существуют покрытия с цветными вкраплениями и полностью цветные. Настенные покрытия из пробки выпускаются в виде листов, полотен и обоев. Последние два материала про- изводятся в рулонах. Настенные листы делают из гранулированной пробки толщиной 3 мм и размерами 600 х 300 мм. Они бывают одно- и двухслойные. У последних основный слой иногда окрашивают, а на него несплошным ковром напрессовыва- ют шпон из натуральной пробки. В результате получаются цветные вкрапления на фоне текстуры пробки. Лицевая сторона листа может обрабатываться тремя способами: только шлифовкой, дополнительно слабой пропиткой лаком, а также вощением. Настенные пробковые листы, покрытые воском, мож- но использовать в ванных комнатах и кухнях, так как вос- ковое покрытие обеспечивает защиту от влаги. Пробковые полотна поставляют (в рулонах) лента- ми длиной 10 м, шириной 0,5-1 м, толщиной 2-4 мм. При их производстве основой служит прессованная пробко- вая крошка (агломерат), на которую затем наносится де- коративный пробковый шпон. Пробковые полотна для стен имеют как естественные оттенки и цвета, свойственные самой природе, так и цветные искусственные вкрапления. Рис. 30.22. Облицовка перегородки пробковым покрытием Пробковые обои выпускаются двух видов: безоснов- ные (имеют малое распространение) и на бумажной ос- нове с нанесенным на нее декоративным слоем тонкого (0,5 мм) шпона пробки. Обои выпускаются в виде руло- нов размерами 8,0 х 0,5 м. Их наклеивают специальным обойным клеем так же, как и другие тяжелые обои. Покрытие «Линкруста». Это стеновое покрытие, на- поминающее лепнину, было изобретено в Британии в 1877 г. и изготавливалось из натуральных компонентов: льняного масла, канифоли, воска, мела и древесных опи- лок. Материал сразу же завоевал популярность, покрытие использовалось при отделке самых известных апарта- ментов мира. Традиция использования только натуральных состав- ляющих соблюдается при производстве «Линкрусты» и в наше время. Технология подверглась минимальным из- менениям и модернизации. Покрытие выпускается в виде рулонов (обои, бордю- ры, потолочный фриз) и панелей. Его отличает богатство и разнообразие внешнего вида, что позволяет решать задачи декорирования помещений преимущественно в классическом стиле {рис. 30.23). «Линкруста» клеится на подготовленную поверхность с помощью специального клея. Для окраски рекомендуются масляные краски или акриловые эмали. Панелям, кроме этого, можно придать эффект различных материалов (в том числе дерева) при использовании техник вспенивания или втирания. После финишной обработки покрытие при- обретает высокую прочность и становится моющимся. Рис. 30.23. Элементы стен с покрытием «Линкруста»
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 673 Бесшовные текстильные покрытия - рулонные ма- териалы, имеющую ширину, равную высоте помещения, и крепящиеся на стену особым способом - горизонталь- но. Одним полотнищем «одевается» все помещение, об- разуя при этом единственный шов. Существуют два способа крепления текстильных по- крытий на стены. Их можно наклеивать на хорошо выров- ненные поверхности (как бумажные обои) или натягивать параллельно стене (как холст на подрамник). Последний вариант позволяет скрыть все неровности стены и сэко- номить на штукатурных работах. Текстильные материалы имеют синтетическую осно- ву - вспененную подложку типа поролон. Из-за значи- тельной толщины материала (5-6 мм) сделать незамет- ным стык полос материала очень сложно, поэтому вся площадь стен помещения (или одной стены) оклеивается (обтягивается) одним куском, а стык располагается в наи- менее заметном месте. Текстильные покрытия выпуска- ются в больших рулонах, ширина которых соизмерима с высотой помещений (2,6-3,0 м), а длина достигает 100 м. Верхний тканевый слой обычно выполняется из нату- ральных материалов, добавки синтетических материалов применяются для улучшения эксплуатационных характе- ристик покрытия: оно становится пыле- и влагостойким, Рис. 30.24. Примеры использования декора из пенополиуретана в современных интерьерах устойчивым к ультрафиолетовому излучению. Применяют специальную тефлоновую обработку, которая улучшает механическую прочность покрытия, а также придает ма- териалу антистатические свойства, способность отталки- вать воду и пыль. Стены, покрытые бесшовными текстильными матери- алами на поролоновой основе, обладают теплоизоляци- онными и звукопоглощающими свойствами, являясь при этом упругими и мягкими на ощупь. 30.8. Элементы декора Ранее декор выполнялся вручную, для чего применя- ли мягкий камень или гипс. Для изготовления элементов декора современного интерьера используются новые ма- териалы: вспененный полиуретан (пенополиуретан) и по- листирол, стекловолокно и стеклокомпозит. С помощью этих материалов возможно с высокой точностью копиро- вать лучшие образцы элементов декора прошлых веков, а также создавать современные формы (рис. 30.24). Полиуретановый декор выполняется методом прес- сования в формах, а изделия из полистирола (молдинги, карнизы и т.д.) изготавливаются методом экструдирова- ния из расплавленной массы. Декор из современных материалов отличить от леп- нины классических материалов визуально практически невозможно. Его элементы легче, но в то же время они Рис. 30.25. Карниз из пенополиуретана для скрытого освещения: а - схема устройства, б - общий вид (фрагмент); 1 - стена; 2 - плоскость потолка; 3 - крепление цоколя лампы с отражателем; размеры (минимальные): А - 115 мм, В - 60 мм; С - 45 мм
674 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ твердые и прочные. Они не деформируются и не образу- ют трещин, а монтируются достаточно просто. Установка производится на сухую и ровную поверхность путем при- клеивания, например, «жидкими гвоздями». Декоративные элементы можно окрашивать (белый, бронзовый цвет и др.), тонировать под дерево, создавать различные эффекты старения, потертости. Уход за изде- лиями из современных материалов прост: их можно мыть. Помимо эстетических качеств декоры зачастую явля- ются еще и функциональными, например, карнизы исполь- зуют для установки скрытого освещения, различные про- фили и детали - для того, чтобы скрыть нежелательные конструктивные или инженерные элементы оборудования. Карнизы для скрытого освещения за счет освеще- ния потолка по периметру) создают эффект «парящего» потолка, зрительно приподнимая его. Такие карнизы, прикрепленные к стене под потолком, не доходят до него на 12-18 см. Осветительные приборы располагаются внутри карниза (рис. 30.25). Кронштейны могут служить опорой книжным и ка- менным полкам, подоконникам и т.д. Их можно крепить как угловые элементы в порталах проемов, в местах со- единения стен и потолка (рис. 30.25 б). Гибкие карнизы и молдинги из эластичного поли- уретана позволяют оформить современные криволиней- ные плоскости. Особенно краси зо смотрятся тонкие бе- лые элементы на ярких цветных плоскостях стен. Настенные светильники и встроенные ниши могут прекрасно вписываться в любой интерьер жилого или общественного назначения. Используя различного рода обрамления, интересно решаются проемы, окна, ниши, полки и многое другое. С помощью накладных панелей и плинтусов можно при- дать стенам классический облик. Глава 31 ПОЛЫ 31.1. Основные положения Полом называется строительная конструкция, на кото- рой осуществляются производственные процессы и жизне- деятельность людей и от состояния которой зависит каче- ство производимой продукции или здоровье людей. Пол - важнейший элемент интерьера здания, определяющий ги- гиеничность, тепловой комфорт и эстетику помещения. Пол устраивают по междуэтажным перекрытиям или непосредственно по грунту и чаще всего он представляет собой многослойную конструкцию В конструкции пола - в зависимости от его назначения и вида - присутствуют (или могут присутствовать) следующие слои (рис. 31.1): • покрытие - верхний слой, непосредственно подвергающийся эксплуатационным воздействиям; • прослойка - промежуточный слой, связываю- щий покрытие с нижележащим слоем пола или служащий для покрытия упругой частью; • гидроизоляция - слой пола, препятствующий прониканию через пол сточных вод и других жидкостей, а также защищающий всю конструкцию пола от грунто- вых вод; • стяжка - слой, служащий для выравнивания по- верхности нижележащего слоя или перекрытия, придания заданного уклона покрытию пола, рас ределения нагру- зок по нежестким нижележащим слоям пола; • теплоизоляция - слой, уменьшающий общую теплопровод ость пола; • звукоизоляция - слой, предотвращающий про- никание ударного шума в помещение или из него; • подстилающий слой (подготовка) - слой пола, распределяющий нагрузки на грунтовое основание; • грунтовое основание - естественная или искус- ственная опора пола, воспринимающая все нагрузки, пе- едающиеся от пола. Проектирование полов осуществляется в зависимо- сти от заданных воздействий на полы и специальных тре- бований к ним с учетом климатических условий района строительства. Среди эксплуатационных воздействий на полы в гражданских и промышленных зданиях можно выделить нижеследующие. 1. Механические (слабой, умеренной и значитель- ной интенсивности): • движение пешеходов; • движение безрельсовых транспортных средств; • сосредоточенные нагрузки на ограниченной пло- щади (стационарные и временные); • ударные воздействия (при производственных процессах и бытовые). 2. Тепловые: • нагретый воздух на уровне пола; • горячие жидкости; • горячие предметы (раскаленные детали, проли- вы расплавов и др.). 3 Жидкостные (малой, средней и большой интен- сивности): • вода и нейтральные растворы; • минеральные масла и масляные эмульсии; • органические растворители; • кислоты и их растворы; • щелочи и их растворы. При эксплуатации полов к ним (в зависи гости от на- значения помещений) предъявляются нижеследующие требования. 1. Общетехнические: • износостойкость; • устойчивость к механическим нагрузкам; • устойчивость к ударным воздействиям; • химическая стойкость; • пожарная безопасность; • стойкость к УФ-излучению; • технологичность устройства. 2. Санитарно-гигиенические: • экологичность; • комфортность по теплотехническим условиям; • антистатические свойства. 3. Эксплуатационные: • противоскользящие свойства; • бесшумность; • легкость очистки (уборки); • удобство ремонта; • устойчивость к термическим нагрузкам; • непроницаемость для жидкостей; • эффективное звукопоглощение; • эстетичность; • специальные свойства (беспыльность, безискро- вость, электропроводность и др.).
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 675 Таблица 31.1. Рекомендуемые типы покрытий пола в помещениях гражданских зданий Основные покрытия Помещения (примеры) Доща- тое Паркет Лами ниро- ван- ное Лино леум Проб- ковое Ковро- вое Керами- ческая плитка При- род- ный камень Мозаич- но- бетон- ное + + + + + 1. Жилые комнаты в квартирах, общежитиях; спальные ком- наты в интернатах; номера в гостиницах, домах отдыха и т.п. + + + + + 2. Коридоры в квартирах, общежитиях, гостиницах, офисах, бытовых зданиях и т.п. + + + 3. Помещения зданий с непостоянным пребыванием людей (вокзалы, выставки, музеи, фойе зрелищных зданий и т.п.) + + + * 4. Детские помещения яслей-садов, в том числе коридоры + + + + 5. Кабинеты врачей, процедурные, палаты в больницах, в санаториях + + 6. Детские туалетные в садах-яслях и больницах, перевязочные в больницах + + + + 7. Рабочие комнаты, кабинеты, комнаты персонала в офисах и т.п. + + + + + 8. Аудитории, классы, преподавательские; спортивные, актовые, зрительные, читальные и другие залы + + + 9. Ванные, душевые, умывальные, уборные; кухни и заготовительные предприятий общественного питания; раздевальные, парильные и т.п. + + + 10. Торговые залы + + + + 11 Кухни жилых помещений Напольные покрытия. По физическому состоянию и геометрическим размерам материалов покрытия полы могут быть: • из штучных материалов (доски, паркет, пласт- массовые плитки, ковровые плитки, плитки из пробки, керамические плитки, мозаично-бетонные плитки и т.д.); • из рулонных материалов (линолеумные, каучу- ковые. пробковые и ворсовые покрытия); • монолитные бесшовные (цементно-бетонные, асфальто-бетонные, мозаично-бетонные, поливинилаце- татно-цементно-бетонные, ксилолитовые, поливинилаце- татно-мастичные, эпоксидно-мастичные и др.). Для правильного выбора напольных покрытий, в пер- вую очередь специальных, необходимо учесть следующее: 1) сведения об условиях эксплуатации покрытия в данном конкретном помещении; необходимо уяснить, со- ответствует ли основание, на которое будет установлено покрытие, требованиям производителей покрытий. В большинстве случаев достаточно, чтобы основание было прочным, ровным и сухим; 2) выстроить иерархию требований, выдвигаемых к покрытию, исходя из специфических условий, задавае- мых назначением данного помещения. Необходимо, что- бы покрытие отвечало сразу нескольким условиям, а не- которые из условий однозначно задают вид покрытию. Например, в родильных домах необходимо использовать только бактериостатический материал, что предполагает применение единственного материала - натурального линолеума; 3) если специфических условий не выдвигается, то возможно использование покрытий общего назначения, характеризующихся следующими параметрами: износо- стойкость, дизайн (цвет, рисунок), светостойкость, про- стота укладки, возможность демонтажа. Тип покрытия пола в жилых и общественных зданиях следует принимать в зависимости от функционального назначения помещения (табл. 31.1). Устройство гидроизоляции. Гидроизоляцию от про- никания сточных вод и других жидкостей предусматрива- ют только при средней и большой интенсивности их воз- действия на лол. Для защиты от проникновения жидко- Рис. 31.1. Слои полов при расположении: а - над холодным подвалом; б - то же, при влажном режиме эк- сплуатации; в - над проездом; г - по грунту; 1 - покрытие пола; 2 - прослойка; 3 - пароизоляция; 4 - лаги; 5 - теплоизоляция (минвата); 6 - теплоизоляция (ЭППС); 7 - монолитная бетонная плита (стяжка); 8 - выравнивающий слой (стяжка); 9 - гидроизо- ляция; 10 - арматурная сетка; 11 - железобетонная плита пере- крытия; 12 - подстилающий слой (подготовка); 13 - грунт; 14 - мягкая прокладка; 15 - плинтус
676 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ стей применяют оклеенную гидроизоляцию из рулонных материалов (изол, гидроизол, бризол, полиизобутилен, ПВХ-пленка, дублированный полиэтилен). При средней интенсивности воздействия жидкости на пол гидроизоля- цию на основе битумных материалов укладывают в два слоя, из полимерных материалов - в один; при большой интенсивности - увеличивают вдвое. Гидроизоляция в конструкции пола должна быть не- прерывной. В местах примыкания пола к стенам (перего- родкам) изоляцию непрерывно продолжают на высоту не менее 30 см от уровня покрытия пола. При расположении низа бетонного подстилающего слоя в зоне опасного капиллярного поднятия грунтовых вод следует предусматривать наливную (уплотненный щебень с пропиткой битумом) или асфальтовую гидроизоляцию. Устройство стяжек. Стяжки необходимы при вырав- нивании и придания жесткости поверхности нижележаще- го слоя, создании уклона покрытия пола, распределения нагрузок по тепло- или звукоизоляции, обеспечения нор- мируемого теплоусвоения пола, укрытия трубопроводов. Стяжки укладываются поверх перекрытия (основа- ния) или вспомогательных слоев (например, теплоизоля- ции). Стяжка служит для настила на нее финишного по- крытия (чистого пола) или может являться финишной по- верхностью, предназначенной для движения техники и людей (например, в полах промышленных помещений). Стяжки для напольных покрытий по виду подразделя- ют на сплошные и сборные. Сплошные стяжки {рис. 31.1 б) чаще всего устраи- ваются из цементно-песчаного раствора; применяются также гипсовые стяжки, а для промышленных полов - магнезиальные. Основной недостаток сплошных стяжек - необходимость их выдержки для набора прочности и уда- ления влаги перед укладкой финишного покрытия, что удлиняет сроки проведения работ. Для упрощения и значительного ускорения устройства стяжек применяются специальные сухие смеси заводско- го изготовления - самовыравнивающие стяжки на осно- ве цемента или гипса. Затворенная водой смесь растека- ется под собственным весом так, что после распределе- ния ее по основанию с помощью зубчатого шпателя обра- зуется ровное (самонивелирующееся) покрытие. Сборные стяжки монтируются из крупноразмерных листов и плит - фанеры, ДСП, ДВП, гипсоволокнистых листов (ГВЛ), плит из полистиролбетона. Устройство сухого сборного основания пола из гип- соволокнистых листов является современным конструк- тивным решением (рис. 31.2). Сборные полы на основе Рис. 31.2. Сборное основание пола (стяжка) из гипсоволокнис- тых листов (КНАУФ): 1 - несущая плита; 2 - саморез; 3 - полиэтиленовая пленка; 4 - сухая засыпка; 5 - листы ГВЛ; 6 - кромочная лента; 7 - стена ГВЛ позволяют получить идеально плоскую поверхность, обладающую высокими прочностными, звуко- и тепло- изоляционными характеристиками. Технология монтажа заключается в укладке двух сло- ев ГВЛ на предварительно выровненный слой керамзито- вого песка, скреплении листов между собой с помощью шурупов и клея и заделки стыков между листами шовной шпатлевкой. Изоляционные трехслойные плиты из полистиролбе- тона для полов санитарно-технических узлов имеют сред- ний гидроизоляционный слой. Преимущество их приме- нения заключается в том, что слой гидроизоляции надеж- но защищен от повреждения, и кроме выравнивания по- верхности и гидроизоляции данные панели выполняют и функцию тепло- и звукоизоляции. Теплоизоляция. Полы гражданских зданий, располо- женные в непосредственной близости от грунта, находя- щиеся в пограничной области с наружным воздухом либо сопряженные с неотапливаемыми помещениями, должны иметь теплоизоляцию. Материалы, применяемые для теплоизоляции полов, подвергаются воздействию повышенных нагрузок, поэто- му к ним предъявляются требования по высокой прочно- сти и малой степени деформативности на сжатие. Други- ми важными характеристиками, позволяющими умень- шить до минимума толщину перекрытия в целом, являют- ся низкая теплопроводность и способность сохранять теплоизолирующие параметры в течении всего времени эксплуатации. Выбор применяемых утеплителей полов достаточно широк: минеральная вата, стекловолокно, пенополисти- рол (в том числе экструдированный), вспененное (ячеис- тое) стекло и др. Разработаны конструктивные решения полов с применением каждого из этих материалов и уче- том особенностей их эксплуатации (см. рис. 31.1). Звукоизоляция. Изоляцию воздушного шума обес- печивает, в основном, несущая конструкция перекрытия. Конструкция пола мало влияет на общую величину звуко- изоляции. В этом случае прежде всего важна величина общей массивности 1 м2 перекрытия (с полом), и если она больше 350 кг/м2, то требуемая звукоизоляция в 50 дБ для межквартирных перекрытий обеспечивается. Для изоляции ударного шума также важна массив- ность перекрытия, но более эффективным является ис- пользование специальных конструкций пола. Во-первых, используются так называемые мягкие полы - ковровые, линолеум на вспененной основе и др. В тех случаях, ког- да возможны только твердые полы - паркет, жесткий ли- нолеум, керамика и т.д., их устраивают с использованием звукоизолирующих прокладок, которые укладывают или под само покрытие, если это возможно (например, под паркетную доску), или под выравнивающую стяжку. Для устройства сплошных и ленточных прокладок ос- новными звукоизолирующими материалами являются во- локнистые плиты: фибролитовые, древесно-волокнистые, минераловатные, стекловолокнистые, а также сухие за- сыпки: щебень из шлаковой пемзы, керамзитовый гра- вий, щебень и песок из вспученного перлита и т.п. Подстилающий слой (подготовка). Нежесткий под- стилающий слой (песчаный, гравийный, щебеночный и др.) допускается проектировать в производственных зда- ниях под некоторые виды покрытий (крупноразмерные жаростойкие плиты, чугунные плиты, брусчатка и др.). Его толщину принимают 60-80 мм.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 677 Жесткая подготовка из бетона применяется под все виды покрытий в любых видах зданий. Необходимость армирования слоя решается в каждом конкретном слу- чая, исходя из условий эксплуатации. При сосредоточен- ных нагрузках на пол с бетонным подстилающим слоем менее 10 кН (1000 кгс) толщина указанного слоя должна быть не менее: в жилых и общественных зданиях - 80 мм, в производственных помещениях - 100 мм. При устрой- стве бетонной подготовки в качестве покрытия его тол- щину увеличивают на 20-30 мм. Грунтовое основание. Пол следует устраивать на грунтах, исключающих возможность деформации конст- рукции от просадки грунта. Торф, ернозем и расти ель- ные грунты в качестве оснований под полы не допускают- ся. Естественные грунты с нарушенной структурой или насыпные необходимо уплотнять. В поверхность основания из нескального грунта пе- ред укладкой по нему бетонного подстилающего слоя предусматривают вдавливание щебня на глубину не ме- нее 40 мм. В процессе совершенствования устройства полов в последние годы появились новые конструктивные реше- ния: регулируемые полы и съемные полы (фальшполы). Полы на регулируемых лагах - современная техно- логия, которая используется в жилых, административных и промышленных зданиях. В отличие от традиционных лаг, которые опираются на основание и выравниваются с помощью клиньев, в современном варианте деревянные лаги сечением 45 х 45 мм и более опираются на вверну- тые в них пластиковые резьбовые стержни-стойки или болты-стойки (рис. 31.3). Положение лаг по высоте изме- няется за счет вращения такого болта вокруг своей оси. Положение болта-стойки фиксируют дюбель-гвоздем. Та- ким образом регулируют положение отдельной лаги и всей системы лаг в целом. Резьбовые стержни-стойки (болты) выполняются из высокопрочного пластика, имеют крупную метрическую резьбу и выдерживают значительную нагрузку. На лагах устраивают настил (обычно из двух слоев фанеры общей толщиной не менее 20 мм), а поверх него укладывают выбранное покрытие. Толстые половые дос- ки и щитовой (модульный) паркет можно монтировать и без настила. Поскольку лаги не соприкасаются с плитой перекры- тия, они всегда остаются сухими. Подпольное простран- Рис. 31.3. Вентиляция подпольного простран тва при устройстве пола на регулируемых лагах ство проветривается за счет зазора между лагами и сте- нами, которые закрываются плинтусами с отверстиями. Можно применять и вытяжную вентиляцию (показано на рис. 31.3). Полы с регулируемыми лагами используют: • при новом строительстве и реконструкции; • когда нужно значительно поднять уровень пола, а допустима лишь небольшая нагрузка на перекрытие; • при создании многоуровневой конструкции пола; • в случае размещения под полом труб (коммуни- каций). Другой способ создания ровной поверхности основа- ния - применение «регулируемой фанеры». Его исполь- зуют при необходимости подня ия уровня пола на незна- чительную высоту (30-70 мм). Суть конструкции и работы этих полов такая же, как в варианте регулируемых лаг, только в листах толстой водостойкой фанеры делают гладкие отверстия, в них снизу вставляют пластиковые втулки с внутренней резьбой и фланцами. Втулки фикси- руют шурупами через фланцы. Во втулки вворачивают регулировочные болты-стойки. Модульные съемные полы (фальшполы) - систе- ма, имеющая свободное пространство между черным по- лом и напольным покрытием, которое специально пред- назначено для размещения технических коммуникаций - телефонных и электрических проводов, водопроводных труб, воздуховодов и т.п. (рис. 31.4). Основными свойствами и характеристиками модуль- ных фальшполов являются: • легкость установки и обслуживания; полы явля- ются сборными конструкциями, благодаря чему их можно быстро и легко монтировать и демонтировать; • практичность; обеспечивают свободный доступ к коммуникациям здания; в них легко устанавливать, ре- монтировать и обслуживать проложенные системы; • гибкость; возможность быстрой перепланировки помещения в связи с изменением функции Рис. 31.4. Модульный съемный пол (фальшпол): а - схема; б, в - стойки; г - узлы; д - фрагмент пола (с показом вентиляционной решетки и подъемников-захватов)
678 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ • эстетические качества; большое разнообразие материалов для покрытий: линолеум, каучук, ПВХ, кера- мика, ковровая плитка и т.д. Разработаны несколько типов конструкций модульных фальшполов. Наиболее распространенными являются си- стемы, состоящие из несущего металлического каркаса и съемных панелей, выполненных из разных материалов. Несущий металлический каркас состоит из верти- кальных стоек и горизонтальных балок, поддерживающих и соединяющих панели. Самофиксирующиеся болты ре- гулируют высоту настила над плоскостью перекрытия от нескольких сантиметров до метра и более. Панели - плоские элементы, обычно квадратной формы. Кроме основы настила служат для равномерно- го распределения нагрузки, звукопоглощения и пожар- ной изоляции, В конструкциях фальшполов применяются специаль- ные амортизационные синтетические накладки, не пропус- кающие воздух и способствующие звукоизоляции пола. Общие рекомендации по проектированию. Выбор конструктивного решения пола осуществляется исходя из технико-экономической целесообразности принятого ре- шения в конкретных условиях строительства с учетом обеспечения: • надежности и долговечности конструкции; • экономного расходования строительных матери- алов; • наиболее полного использования свойств и эс- тетических качеств применяемых материалов; • минимума затрат на устройство и эксплуатацию; • максимальной механизации процесса устройства; • пожаробезопасности; • оптимальных гигиенических условий для людей. В помещениях с воздействием на пол жидкостей пре- дусматривают уклоны с величиной 0,5-2% (в зависимо- сти от интенсивности воздействия и вида покрытия). Ук- лоны полов на перекрытиях достигают применением стяжки переменной толщины, а полов на грунте - соот- ветствующей планировкой грунтового основания. В зданиях всех степеней огнестойкости допускается выполнение полов из горючих материалов {кроме особо оговоренных случаев). Не допускается применение полов из горючих материалов в вестибюлях, лестничных клетках и лифтовых холлах. Запрещается применение всех видов ковровых покрытий на путях эвакуации из здания. Рис. 31.5. Штучный паркет: а - планка; б - варианты укладки 31.2. Напольные покрытия из натуральной древесины Древесина - традиционный материал для полов жи- лых и общественных помещений. Наиболее распростра- ненными в настоящее время видами напольных покрытий из естественной древесины являются штучный паркет, мозаичный (модульный) паркет, художественный паркет, паркетная доска и доска из массива. Штучный паркет - состоит из паркетных планок. Паркетная планка представляет собой деталь из массив- ной древесины с параллельными фрезерованными плоскостями и профилированными кромками, которые обеспечивают соединение смежных планок. В зависимости от профиля кромок планки подразде- ляют на два типа: с гребнями и пазами на противополож- ных кромках и торцах (рис. 31.5 а), с гребнем на одной кромке и пазами на другой кромке и торцах. Изготавливается паркет из натуральных пород древе- сины: дуба, бука, ясеня; цветных пород - вишни, клена, груши; тропических пород - мербау, камня, бамбука и др. Паркетные планки выпускаются различной толщины в пределах 14-22 мм. Значение имеет не только толщина планки, но и толщина слоя износа (7-10 мм), т.е. толщина расположенного до паза слоя, который можно сошлифо- вывать при укладке и ремонте. Обычно паркетные планки выпускаются без какой-либо финишной отделки. После их укладки на объекте они шли- фуются, лакируются и пол приобретает законченный вид. Штучный паркет можно укладывать самыми различ- ными способами расположения планок (рис. 31.56). Наи- более распространенными являются «елочка», «плетен- ка», «квадраты», «палубный» и некоторые другие. Простой рисунок из штучного паркета может быть дополнен встав- ками (розеткой, бордюром). Мозаичный (модульный) паркет - это элемент по- крытия пола, выполненный в заводских условиях наклеи- ванием на основу (бумагу или стекловолокно) планок из ценных твердых пород древесины. При формировании художественного рисунка парке- та применяется его разбивка на повторяющиеся модули одного размера и формы. Изготовление таких модулей в условиях оснащенного производства и современной тех- нологии позволяет резко снизить трудоемкость укладки мозаичного паркета. Разработано и применяется большое количество ти- повых рисунков модульных элементов (рис. 31.6), в том числе розеток(рис. 31.7), бордюров(рис. 31.8), фризов. Модули изготавливаются с пазами по длинным сторонам и крепятся друг к другу с помощью закладных шпонок. Художественный паркет. При использовании не только прямолинейных элементов штучного паркета, но и криволинейных форм из различных пород древесины ста- новится возможным создание сложнейших рисунков (рис. 31.9). Детали из ценных пород древесины должны иметь полную толщину или, по крайнем мере, толщину рабочего слоя, дополненную менее ценным деревом до полной толщины. Для художественного паркета характерно: • использование разных пород дерева, включая дуб, орех, клен, черное и красное дерево, карельскую березу и многие другие; • использование сложных мозаичных и орнамен- тальных рисунков из нескольких типов базовых деталей;
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 679 • использование компьютерного проектирования; • изготовление элементов с высокой точностью (до 0,1 мм) в заводских условиях и окончательная подгонка рисунка на объекте с помощью сложного обор дования; • выполнение работ по монтажу высококвалифи- цированными мастерами-краснодеревщика и; • применение для монтажа паркета многослойной подосновы по цементной стяжке; • многослойное лаковое покрытие со шлифовкой и полировкой, обеспечивающее блеск и кажущуюся глу- бину поверхности пола или матовую поверхность, макси- мально сохраняющую естественный вид древесины. Несмотря на технические достижения, ис кусство ху- дожественного паркета во всем мире по-прежнему оста- ется делом немногих фирм и мастеров высочайшей ква- лификации. Для изготовления элементов паркета исполь- зуется, главным образом, оборудование для механиче- ской обработки дерева, в том числе обрабатывающие станки с ЧПУ и лазерные установки. Рис. 31.6. Мозаичный (модульный) паркет: а - изделия-модули; б - примеры применения Рис. 31.7. Розетки модульного и художественного паркета Рис. 31.8. Бордюры для модульного и художестве иного паркета
680 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ В покрытиях художественного паркета могут формиро- ваться любые рисунки, включая изображения растений, гербов, монограмм и товарных знаков. Рисунки образуют- ся сочетанием розеток различной формы и наполнения, фоновых участков, бордюров и разнообразных фризов. Для изготовления художественного паркета очень важно подобрать разные породь дерева, сочетаю иеся друг с другом не только по цвету и тону, но и по физиче- ским характеристикам. Фрагмен ы художественного паркета не имеют шпун- тового соединения между собой и крепятся к основанию приклейкой. Устройство подосновы. Особое внимание необхо- димо уделять качеству основания под паркетный пол. Паркетные покрытия настилают обычно после выполне- ния отделочных работ, связанных с возможным увлажне- нием и загрязнением покрытий. Укладка паркета производится непосредственно на бетонную стяжку с приклеиванием, которая должна быть идеально ровной и сухой. Бетонную плиту выравнивают цементным раствором или специальными выравниваю- щими растворами. Влажность основания не должна пре- вышать 5%. Лучший вариант основания - из шпунтованных досок толщиной 32 50 мм. Однако трудоемкость и высокая сто- имость этого метода вызвала применение на практике более дешевых вариантов с укладкой на фанеру и закреп- лением ее неподвижно к основанию (рис. 31.10). Финишная отделка. После шлифовки паркета его поверхность покрывается грунтовкой (специальным со- ставом), которая сохраняет натуральный цвет древесины, сокращает расход лака и защищает поверхность дерева от воздействия компонентов лака. Иногда для выявления фактуры древесины и придания ей необходимой окраски («под орех», «под вишню», «под красное дерево» и т.д.) отшлифованный паркет покрывают специальными краси- телями. Аналогичного эффекта достигают при примене- нии тонирующих лаков. Многослойное покрытие лаком поверхности паркета защищает пол от воздействия влаги и механических на- грузок на истирание, создает оптические эффекты при восприятии текстуры древесины. Используют разнооб- разные по составу и основам лаки, в том числе полиуре- Рис. 31.9. Пол общественного здания с покрытием в виде худо- жественного паркета тановые, акриловые, одно- и многокомпонентные, лаки с отвердителями. Многослойные паркетные доски. Разработка кон- струкции паркетной доски в XX в. явилась ответом на уп- рощение и удешевление процесса укладки пола и возра- стающие экологические требования. Как правило, пар- кетная доска имеет трехслоиную структуру при общей толщине 10-22 мм; при этом волокна среднего слоя рас- положены перпендикулярно по отношению к верхнему и нижнему слоям (рис. 31.11). Твердые ценные породы древесины используются только для верхнего слоя. Этот слой в заводских условиях покрывается лаком или про- питывается масляным (масляно-восковым) покрытием. После укладки акой пол сразу готов к эксплуатации. Выпускаются доски различной толщины - от 7 до 25 мм, верхний (рабочий) слой также имеет разную толщину (от 2 до 6 мм). Длина досок - 0,5-2,5 м, шири- на - 130-210 мм. Трехслойная паркетная доска обычно имеет следую- щие слои: • верхний (лицевой) слой из планок или шпона ценных пород древесины; • средний слой из древесины хвойных пород (мо- жет использоваться многослойная клееная древесина или ДВП высокой плотности); • нижний слои из фанеры. Рис. 31.10. Конструктивные решения пола с паркетным покрытием: а - на бетонном перекрытии со стяжкой; б - по лагам; 1 - лак; 2 - лак-грунтовка; 3 - шпатлевка под лак; 4 - штучный паркет или паркетная доска; 5 - паркетный клей; 6 - грунтовка под клей; 7 - влагостойкая фанера; 8 - саморастекающаяся шпатлевка; 9 - грунт под шпатлевку; 10 - стяжка; 11 - гидроизоляция; 12 - пе- рекрытие; 13 - лаги
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 681 В большинстве случаев на паркетной доске воспро- изводится рисунок «палубной» укладки, так как использо- вание других рисунков (используемых в штучном парке- те) затруднено сложностью состыковки элементов на полу с необходимой точностью. Разнонаправленное расположение волокон древеси- ны в смежных слоях позволяет частично компенсировать естественное изменение размеров изделий при измене- нии температурно-влажностного режима. Это означает, что покрытие из многослойных паркетных досок имеет меньшую вероятность образования щелей. Для стыковки друг с другом паркетные доски имеют пазы и гребни, выполненные в среднем слое. Благодаря большим геометрическим размерам и наличию гребней и пазов по контуру пол из паркетных досок укладывается легко и быстро. Применяются следующие способы укладки паркетных досок: • «плавающий» способ по стяжке или «черному» полу; • наклеивание досок по всей площади к деревян- ному основанию (рис. 31.10)', • крепление гвоздями к «черному» полу; • укладка на лаги (для толстых досок). Рис. 31.11. Структура паркетной доски (а) и пол с применением коротких паркетных досок (б): 1 - несколько слова лака; 2 - слой из древесины твердых пород; 3 - средний слой из древесины хвойных пород; 4 - слой из фанеры Укладка паркетных досок «плавающим» способом подразумевает склеивание досок по соединению «шип- паз» без крепления к основанию. Сплошная приклейка к основанию применяется в больших (более 250 м2) поме- щениях. В этом случае паркетные доски наклеивают на листовой материал (фанера, ДСП), который укладывают на гидроизоляцию. При этом фанера или ДСП должны быть хорошо прикреплены к основе дюбелями. Доски из массива. Современная массивная доска - это цельная (неклееная) доска из массива дерева. Она отличается от своих прежних аналогов качеством сушки древесины, качеством изготовления и тем, что ее дела- ют, в основном, из древесины ценных пород. Самыми распространенными материалами в производстве доски являются дуб, бук, лиственница, применяются также ясень и клен, экзотические породы - мербау, тик, венге (черное дерево), махагони. Длина шпунтованной массивной доски бывает 0,5- 3 м, ширина в пределах 10-15 см, толщина - 18-22 мм. Доски из массива от ведущих производителей прохо- дят полную обработку в заводских условиях с готовно- стью использования сразу после их укладки. Полная заводская обработка включает в себя шли- фовку, пропитку антисептиками и покрытие несколькими слоями износоустойчивого полиуретанового лака (либо пропитку маслами). Как и другие типы паркетных полов, доски из массива в последующем можно циклевать и сно- ва покрывать лаком. Современные технологии позволяют уложить доски на традиционные лаги, включая регулируемые, или на фанер- ный настил, а также на практически любую подоснову, если использовать метод крепления досок с помощью скоб. Для этого используются специальные скобы, которые улучша- ют качественные характеристики пола. Скобы повышают эластичность напольного покрытия, так как они изготавли- ваются из пружинящей стали и предусматривают допуски для естественного расширения древесины. 31.3. Ламинированные напольные покрытия Европейские стандарты дают следующее определе- ние «ламината» (от английского «многослойный») - это напольное покрытие, состоящее из нескольких слоев. Из- за того, что изделия в большинстве случаев имеют рису- нок «под дерево», в России часто называют этот продукт «ламинированный паркет». На самом деле ламинат давно перестал быть просто имитацией паркета, а превратился в самостоятельный вид напольного покрытия. Ламинат бывает не только «под дерево», но и «под камень» - мра- мор, гранит и т.д., может имитировать металлические и гладко окрашенные поверхности. Ламинат - это планки (панели) длиной 1,2-1,7 м, ши- риной около 20 см и толщиной 7-14 мм, основа которых сделана из древесно-волокнистой плиты. Производится ламинат и в виде квадратных плиток, обычно 40 х 40 см (рис. 31.12). Сложное многослойное ламинированное изделие со- стоит из четырех основных слоев: верхнего защитного, декоративного, основного и нижнего стабилизирующего (рис. 31.13 а). Верхний слой - покрытие из меламиновой или акри- латной смолы. Слой после полимеризации приобретает
682 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ структуру, по прочности близкую к корунду. Этот слой «от- вечает» за такие свойства ламината как абразивная ус- тойчивость (сопротивление истиранию), невосприимчи- вость к загрязнению, химикатам, устойчивость к появле- нию царапин и другим механическим повреждениям. Декоративный слой - пропитанная смолой бумага с нанесенным на нее рисунком выделяется как отдельный элемент формально, так как при прессовании смола верхнего слоя пропитывав' декоративную бумагу, обра- зуя с ней единое целое. Основа большинства ламинатов - древесно-волок- нистая плита высокой плотности и прочности (HDF) тол- щиной 6-8 мм, обеспечивающая ударопрочность устой- чивость к давлению и длительным нагру кам Нижний слой ламината является стабилизирующим, делающим покрытие устойчивым к перепадам влажности и температуры в помещении. К важнейшим свойствам ламината относятся: • абразивная устойчивость (сопротивление исти- ранию); а Рис. 31.12. Примеры применения ламинированных полов- а - из панелей «под дерево»; б - из квадратных плиток • сопротивление длительным нагрузкам (давлению); • ударопрочность; • устойчивость к пятнам (к действию бытовой химии); • светостойкость (устойчивость к выцветанию); • термостойкость, • теплопроводность (возможность укладки на обо- греваемый пол); • невозгораемость; • гигиеничность (простота уборки); • простота укладки (сборки). Несомненным преимущес вом ламинированных по- лов перед традиционными напольными покрытиями явля- ется более богатый выбор дизайна (цве а, рисунка, деко- ра). Выпускаются декоры, имитирующие штучный паркет доски различной ширины и фактуры, покрытия «под ста- рину», натуральный камень, керамику и многое другое. Каждый вид ламината изначально рассчитан на опре- деленные условия эксплуатации (интенсивность нагруз- ки) и имеет шесть классов (табл. 31.2). Для определения класса применения ламинат тестируют по семи парамет- рам: износостойкость; сопротивление вдавливанию; стойкость к загрязнению, к горящей сигарете; стойкость к воздействию передвигаемой мебели, мебели на роли- ках; влагостойкость. П верхность чернового пола для укладки ламиниро- ванных покрытий должна быть идеально ровной и твер- дой. Для неровных поверхностей используют самовырав- нивающие смеси (по бетону) или специальные выравни- вающие плиты и ГВЛ. Под ламинированное покрытие необходимо уклады- вать подложку (вспененный полиэтилен, пробку и др.), гасящую шум от шагов, которая также выполняет амор- тизирующие функции и позволяет нивелировать незначи- тельные неровности. Укладка ламинированных панелей производится «плавающим» способом - без крепления к основанию пола. Панели соединяются только друг с другом по кром- ках и торцам (соединение «шип-паз»). Для этого приме- няется либо специальный клей на основе ПВА (рис. 31.13 б), либо используется бесклеевой способ (рис 31.13 в). Бесклеевой способ монтажа имеет ряд преиму- ществ: быстрая установка; возможность начинать мон- таж в любом направлении и с любого места помещения; возможность многократного использования панелей; готовность пола сразу после укладки; высокое качество укладки, практически не зависящее от квалификации монтажника. Таблица 31.2. Классы применения ламинирован- ных напольных покрытий Классы исполь- зования Интенсивность нагрузки Область применения Жилые помещения 21 легкая спальня, кабинет 22 средняя гостиная, детская 23 высокая прихожая, кухня Общественные помещения 31 легкая конференц-залы 32 средняя аудитории, офисы 33 высокая спортзалы, кафе
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 683 Рис. 31.13. Структура ламинированной панели (а) и способы со- единения панелей: б - с помощью клея; в - бесклеевой; 1 - защитный слой; 2 - деко- ративный слой; 3 - основной слой HDF, 4 - стабилизирующий слой 31.4. Эластичные покрытия Эластичные напольные покрытия - большая группа материалов, в которую входят натуральные линолеумы, ПВХ-покрытия (ПВХ-линолеумы), кварц-виниловые плит- ки, каучуковые покрытия, пробковые покрытия. При выборе эластичного покрытия особое внимание необходимо уделять типу и интенсивности потока (пеше- ходов и транспорта), акустическим требованиям, устой- чивости при скольжении, требованиям по химической стойкости покрытия, физическим свойствам. Таблица 31.3. Классы применения эластичных напольных покрытий Класс Интенсивность использования Область применения Жилые помещения 21 низкая спальные комнаты 22 нормальная жилые помещения 23 высокая прихожие Служебные и офисные помещения 31 низкая номера в отелях, кабинеты, конференц-залы 32 нормальная классы, кабинеты 33 высокая коридоры, магазины, школы, офисы 34 очень высокая многоцелевые залы, магазины Производственные помещения 41 низкая производство электроники 42 нормальная складские помещения 43 высокая производственные цеха Подбирая требуемое эластичное покрытие, необхо- димо вначале определить класс помещения (по интенсив- ности нагрузки), для которого данное покрытие предназ- начается, и следовательно, класс напольного покрытия. С помощью классов и соответствующих примеров по при- менению покрытий (табл. 31.3), возможно сравнение на- польных покрытий разных типов. Линолеум - это напольное покрытие, состоящее преимущественно из натурального сырья, которое произ- водится из льняного масла, древесной смолы - живицы, древесной муки и (или) пробковой муки, порошка извест- няка, пигментов, джутовой ткани. Натуральный линолеум имеет естественные бактерио- статические свойства, отвечает требованиям по просто- те дезинфекции, чистки, является антистатичным покры- тием; выпускаются также специальные покрытия - токо- проводящие и акустические. Покрытие устойчиво к жирам и растворителям, но теряет прочность при длительном воздействии щелочи. В настоящее время выпускается натуральный лино- леум трех основных видов по дизайну. Самый распрост- раненный - однотонный линолеум с легкими мраморны- ми разводами; другая группа - «мраморный» линолеум с цветными вкраплениями; третья группа - одноцветные линолеумы. В выпускаемой номенклатуре натурального линолеу- ма предусмотрены декоративные элементы - мозаичные бордюры, вставки, панно. Квалифицированные мастера- укладчики выкладывают из линолеума разных цветов лю- бые конфигурации и мозаичные композиции (рис. 31.14). Выбор линолеума должен осуществляться не только исходя из эстетических требований, но также учитывая Рис. 31.14. Дизайн полов из натурального линолеума
684 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ класс износостойкости, который должен соответствовать классу помещения по интенсивности эксплуатации (см. табл. 31.3). Класс износостойкости линолеумов опреде- ляется только на основании их толщины. В жилых поме- щениях и офисах обычно укладывают линолеум толщиной 2-2,5 мм. Покрытие толщиной 3-4 мм используется в местах с интенсивным движением. Технология укладки натурального линолеума анало- гична устройству пола из ПВХ-покрытия. Основание, на которое клеят натуральный линолеум, должно быть иде- ально ровным. ПВХ-покрытия изготавливаются из ряда компонен- тов: пластической массы - ПВХ (связующее), пластифика- торов, разбавителей, наполнителей, а также красителей. Благодаря высокой прочности, сопротивлению исти- ранию, неподверж нности гниению, малой теплопровод- ности, гигиеничности и большому разнообразию рисун- ков, эти виды покрытий находят применение в жилых, общественных и даже производственных зданиях. Классифицируют ПВХ-покрытия по различным при- знакам. 1. По своей структуре они подразделяются на одно- родные (гомогенные) и неоднородные, многослойные (гетерогенные) покрытия. в Рис. 31.15. Гомогенные ПВХ-покрытия: а - без основы; б - на основе из вспененного ПВХ. армирован- ного нетканым стекловолокном; в - варианты рисунков Гомогенные покрытия (рис. 31.15), имеющие одно- родную структуру по всей толщине, обладают исключи- тельной устойчивостью к истиранию и рекомендуются для объектов общественного пользования. Рисунок про- низывает всю толщину покрытия, поэтому даже при не- равномерном износе внешний вид материала остается без изменений. Рисунок зависит от технологии производ- ства и может быть направленным (вдоль полотна) и не- направленным (хаотичным). В обоих случаях выбор рас- цветок ограничен - это изображения «под мрамор», «в крапинку» или «чистые» цвета. Гетерогенные покрытия состоят из нескольких слоев (рис. 31.16). Нижний слой - основа (подложка), чаще всего - вспененный ПВХ, может быть также джут, войлок и др. Над подложкой находится несущий слой (стеклохолст), на который наносится слой ПВХ, являю- щийся основой для нанесения декоративного рисунка («под паркет», «плитку», «мрамор», «мозаику» и т.д.). Потом наносится защитный слой (слой износа до 2 мм) из чистого ПВХ, характеризующийся высокой износо- стойкостью. 2. По наличию основы ПВХ-покрытия бывают безос- новные и на основе. Безосновные ПВХ-покрытия - тонкое полотно тол- щиной от 0,7 до 2 мм (см. рис. 31.15 а). Материал пред- полагает тщательную подготовку основания, поскольку любые неровности приведут к быстрой потере эксплуата- ционных качеств покрытия. Срок службы - около 5 лет. В качестве основы для ПВХ-покрытий применяют ткани из натуральных и искусственных волокон, нетканые материалы, а также вспененные материалы, обычно ПВХ (рис. 31.156; 31.16а). 3. По размеру полотна ПВХ-покрытия выпускаются в рулонах шириной от 1,5 до 4 м. Производится и ПВХ- плитка размером 33 х 33; 50 х 50; 61 х 61 см и др. 4. По области применения ПВХ-покрытия разделя- ют на следующие группы: • бытовые (для жилых помещений); • полукоммерческие (для помещений со сред- ней проходимостью); • коммерческие (для полов общественных поме- щений с высокими эксплуатационными нагрузками); • специальные (для помещений с особыми тре- бованиями: акустические, стерилизующие, антистатиче- ские, токорассеивающие, токопроводящие и др.). При выборе ПВХ-покрытия эстетические требования являются не единственно важными. Прежде всего следу- ет определить класс помещения с учетом интенсивности нагрузки, для которого данное покрытие предназначает- ся, следовательно, выбрать требуемый класс напольного покрытия (см. табл. 31.3). ПВХ-покрытие, как и натуральный линолеум, уклады- вают на ровное, прочное, чистое и обязательно сухое ос- нование. Покрытие не пропускает влагу, поэтому если наклеить его на недостаточно сухое основание, влага бу- дет скапливаться под материалом, вызывая вздутие. При укладке бытового ПВХ-покрытия в жилых поме- щениях, где используется один или два полотна покры- тия, приклеивания не требуется. При такой укладке края по периметру прикрываются плинтусами, а шов проклеи- вается двухсторонним скотчем. Коммерческие покрытия следует всегда полностью приклеивать с заделкой стыков холодной или горячей сваркой.
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 685 Кварц-виниловые плитки представляют собой на- польное покрытие, в состав которого входят 60-80% нату- рального кварца, винил и небольшой процент различных стабилизаторов, пластификаторов, пигментов и других до- бавок. Кварц - основной компонент плиток - очень прочный материал, не проводит электричество, не впитывает влагу, химически устойчив. Для облегчения ухода за покрытием поверхность плиток обрабатывается полиуретаном. Преимущества кварц-виниловых плиток: • высокая износостойкость; • пожаробезопасность; • легкий и быстрый монтаж; • легкость уборки; • простота восстановления поврежденных участков. 1 2 3 4 5 б Рис. 31.16. Гетерогенное ПВХ-покрытие: а - структура: б - варианты рисунков: 1 - защитный слой; 2 - ри- сунок; 3 - вспененный слой ПВХ; 4 - стеклохолст; 5 - подложка Кварц-виниловые плитки практически невоспламеня- емы, не поддерживают горения и не способствуют рас- пространению огня. Они сохраняют свои геометрические размеры и внешний вид в течении десятков лет, предо- ставляя широкие возможности для решения интерьеров производственных и общественных зданий (рис. 31.17). В основном выпускаются плитки размерами 30 х 30; 60 х 60 см, толщина может быть от 1,6 до 3,2 мм. Для создания сложных рисунков плитки могут разрезаться, криволинейные формы изготавливаются с помощью уп- равляемой компьютером гидроабразивной резки. Плитка укладывается на ровную сухую стяжку (влаж- ностью не более 3%). Для приклеивания используются акриловые, виниловые и другие клеи. Резиновые (каучуковые) покрытия в современном варианте производятся из синтетического и натурально- го каучука, минеральных наполнителей, красителей и яв- ляются продуктом продолжительной вулканизации (про- цесс превращения каучука в резину). Данные виды покрытий характеризуются высокой из- носоустойчивостью, грязеотталкиваемостью, стабильно- стью (не дают усадки), эластичностью, поглощением зву- ка шагов, антистатичностью, высокими противопожарны- ми свойствами. К тому же каучуковые покрытия являются нескользкими, экологически безвредными, устойчивыми к воздействию химических веществ. Серьезным недостатком покрытий является их чув- ствительность к воздействию нефтепродуктов (масел, бензина, растворителей). Кроме высоких технических показателей каучуковые покрытия обладают и широкими возможностями благода- ря широкому разнообразию фактур и цветов. Поверх- ность покрытий может быть гладкой, с шелковисто-мато- вым блеском, с фактурой в виде круглой кнопки, типа «гофре», «рисового зерна» и т.д. Покрытия производятся толщиной 2,5-4 мм в руло- нах (ширина 1-1,2 м), плитках (50 х 50; 100 х 100 см) и специальные - для ступеней. Покрытия из резины имеют широкий спектр приме- нения и завоевывают все большую популярность. Чаще всего их укладывают в местах с интенсивной нагрузкой на пол; на вокзалах, в аэропортах, в складских помещениях, на спортивных объектах и т.п. Покрытия из пробки. Для изготовления напольных покрытий пробковая кора измельчается, нагревается в печах и прессуется. При этом гранулы пробки склеивают- ся между собой, образуя замкнутую ячеистую структуру Рис. 31.17. Пол, выполненный из кварц-виниловых плиток
686 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Область применения пробковых покрытий разнооб- разна - от жилых помещений до гостиниц, офисов и аэро- портов. Покрытия на основе пробки обладают отличными аку- стическими свойствами и снижают уровень шума при ходьбе внутри помещения. Они обладают высокими анти- статическими и бактерицидными своис вами, стойки к воздействию химических веществ бытового назначения. Высокая устойчивость к механическим воздействиям напольных пробковых покрытий проявляется в их устой- чивости к истиранию и деформациям: после точечной нагрузки пробка полностью восстанавливает свою толщи- ну (обладает малой остаточной деформацией). Рис. 31.18. Варианты пробковых напольных покрытий: а-в - «клеящиеся»; г - «плавающие»; 1 - слой лака; 2 - защитный слой винила; 3 - декоративный слой пробки; 4 - декоративный слой натуральной древесины; 5 - прессованная пробка; 6 - ви- ниловая основа; 7 - ДВП; 8 - пазовое крепление; 9 - компенси- рующая пробковая подложка Напольные покрытия из натурален й пробки выпуска- ются нескольких типов (рис. 31.18), которые отличаются по конструкции - «клеящиеся» покрытия, предназначен- ные для приклеивания по всей площади плитки к основа- нию, и «плавающие» полы, панели которых проклеива- ются только в стыках, но не приклеиваются к основанию. Все напольные изделия из натуральной пробки пред- ставляют собой многослойные плитки или панели, осно- вой которых является прессованн я (агломерированная) пробка. Лицевой слой - декоративный шпон из пробки (рис. 31.18 а, б) или из ценных пород древесины (рис. 31.18 в, г). Для увеличения прочностных свойств юкры- тия плитки дополни гельно покрываю защити jm лаковым или виниловым слоем. Виниловое покрытие обладает более высокими показа- телями по износостойкости что позволяет использовать пробковые полы в помещениях с интенсивными нагрузками. «Клеящиеся» покрытия выпускаются в виде квад- ратных плиток со стороной 30; 45 или 60 см. Благодаря тому, что различные по дизайну, но одинаковые по конст- рукции плитки выпускаются одинаковой толщины, их можно комбинировать в одном помещении, создавая композиции. Плитки без защитного слоя лака или вини- лового покрытия после укладки необходимо покрыть тре- мя слоями полиуретанового лака. «Плавающие» полы производятся в виде панелей размером 900 х 185 мм и, в отличие от покрытий, пред- назначенных для наклеивания, имеют дополнительный слой из MDF. К основе из MDFc тыльной стороны прикле- ивается пробковая подложка. Верхний слой панелей мо- жет быть выполнен из шпона натуральной пробки или из ценных пород древесины и защищен износостойкой ви- ниловой пленкой. Полы этого типа не крепятся к основа- нию, а собираются по принципу «шип-паз» с проклейкой стыков специальным клеем. 31.5. Ворсовые покрытия К ворсовым покрытиям относятся традиционные ков- ровые напольные покрытия, а также более современные ковровые плитки и совсем новые покрытия «Флотекс». Ковровые покрытия состоят из следующих слоев: ворс, первичная основа, закрепляющий слой и вторичная основа (рис. 31.19). Свойства материалов, применяемых для каждого слоя, е лияют на характеристики коврового покрытия в целом. Например, вторичная основа придает покрытию дополнительные качества - сопротивление усадке, упругость, эластичность, износостойкость, звуко- и теплоизоляция. Поглощение шума, тепло- и звукоизоляция - основ- ные свойства ковровых покрытий. Каждый вид покрыти i Рис. 31.19. Структура ковровых покрытий: а - петлевого; б - разрезного; 1 - ворс; 2 - первичная основа, 3 - закрепляющий слой; 4 - вторичная основа
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 687 имеет особое назначение квартира, офис, гостиница, холл и т.д.), исходя из чего все эксплуатационные свой- ства закладываются в процессе разработки волокна и производства самого покрытия. Существуют четыре способа производства ковровых покрытий: тканый, иглопрошивной, иглопробивной, пле- теный. Применяются два основных метода придания цвета ковровым покрытиям: окраска волокна или нити (до про- изводства) окраска отового покрытия (после производ- ства материала). Иногда эти методы комбинируют. Основным материалом для производства любого тек- стильного изделия является волокно. Волокна могут быть натурального или искусственного происхождения. Волокна натурального происхождения, в свою оче- редь, делятся на растительные (лен, хлопок, джут) и жи- вотные (шелк, шерсть) материалы. Материалы искусственного происхождения могут быть на основе растительного (вискоза, резина) или ми- нерального стекловолок о) сырья, а также синте ически- ми. Благодаря долговечности и особым техническим свойствам популярность завоевали синтетические мате- риалы: полипропилен, полиамид полиакрил, полиэфир. У каждого из материалов, применяемых для изготов- ления коврового ворса, есть свои достоинства и недо- а б Рис. 31.20. Покрытия из ковровой плитки: а - общий вид; б - виды плиток статки. Выбор конкретного вида зависит от того, где бу- дет использоваться данное ковровое покрытие, т.е. от требований к нему. Современное производство выпускает три основные типа ковровых покрытий: • с петлевым ворсом (с одинаковым уровнем пе- тель, многоуровневое); • с разрезным ворсом (велюровое, текстурное); • комбинированные (с многоуровневым петельно- разрезным ворсом, с постоянным уровнем разрезных и неразрезных петель). Модульная ковровая плитка - износостойкое ков- ровое покрытие со специальным основанием, нарезанное на квадраты 50 х 50 см. Основа в ковровых плитках дела- ется из поливинилхлорида и армируется стекловолокном. Модульная ковровая плитка имеет некоторые преимуще- ства перед рулонными покрытиями: • широкий выбор рисунка и цветовой гаммы (рис. 31.20); • технологичность при установке (возможность быстрой замены плиток в местах износа); • легкий доступ к коммуникациям, уложенным под покрытием (фальшполы). По сравнению с рулонными покрытиями равного ка- чества модульная плитка имеет более высокую сто- имость. Благодаря жесткой основе плитки плотно прилегают друг к другу и если плитка однотонная или имеет одина- ковый рисунок, то границы соединения отдельных эле- ментов незаметны. Напольное покрытие «Флотекс» - это принципи- ально новый материал. Покрытие обладает свойствами ковровых покрытий и ПВХ-покрытия одновременно. Уни- кальность такого сочетания свойств обусловлена техно- логией изготовления этого покрытия. «Флотекс» изготавливается методом электростати- ческого флокирования. Нити полиамида длиной 2,2 мм под воздействием электрического поля вплавляются в ПВХ-основу. Прочное соединение нитей ворса и основы происходит на молекулярном уровне и в строго верти- кальном положении. В результате такого процесса получается покрытие с высокой плотностью ворса - износостойкость и устойчи- вость к сминаемости у такого покрытия намного выше, чем у традиционных ковровых покрытий, поэтому «Фло- текс» можно укладывать там, где требуется применение тележек (например, в гостиницах, супермаркетах, на вок- залах). Уникально высокая износостойкость позволяет при необходимости использовать для чистки покрытия роторные машины. 31.6. Полы из керамической плитки и керамогранита Получение определенных типов керамических плиток (по техническим характеристикам I в первую очередь за- висит от технологии производства. Керамические плитки подразделяются на неглазуро- ванные и глазурованные (покрытые стекловидным защит- но-декоративным слоем). Неглазурованные плитки одно- родны по всей толщине и обычно не имеют никаких деко- ративных рисунков. Глазурованные плитки могут быть од- нократного обжига и двойного (на первично обожженное
688 В А- Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 31.4. Классификация керамической плитки Тил I Водопоглощение, % I Метод формовки I Основное назначение Глазурованная поверхность майолика 15-25 прессование внутренние стены коттофорте 7-15 внутренние полы светлая плитка с однократным обжигом 0-6 внутренние полы, наружные полы красная плитка с однократным обжигом 0-15 фаянс - белая керамика 10-20 внутренние полы клинкер 0-6 экструзия внутренние полы, наружные полы, наружные стены Неглазурованная поверхность котто 3-15 экструзия внутренние полы, наружные полы красный грее (красная керамика) 0-4 прессование внутренние полы, наружные полы белая фарфоровая керамика 0-0,5 внутренние полы, наружные полы, наружные стены клинкер 0-6 экструзия изделие наносится эмаль, и оно подвергается повторно- му обжигу). В результате различных вариантов процессов техно- логии (однократный или двойной обжиг), использования разного исходного материала (белая и красная глины), а также формовки (прессовка или экструзия), получаются различные виды керамической плитки. Классификация представлена в табл. 31.4. Для того, чтобы подобрать плитку для конкретного помещения, необходимо сформулировать технические требования к данному покрытию и определить интенсив- ность нагрузок на пол. Главной характеристикой керамической напольной плитки является ее износостойкость (устойчивость к ис- тиранию). От этого показателя зависит, как долго плитка будет сохранять свой внешний вид без изменения и в ка- ком помещении можно использовать конкретный вид плитки. Износостойкость керамических (и керамогранитных) плиток измеряется в условных единицах от I до V по шка- ле PS. Современный стандарт допускает сопротивление износу напольных плиток от минимальной (I группа) до максимальной (V группа). Группа 1 (PEI /) - для мест с небольшим движением, в которых используется мягкая обувь (ванные комнаты, спальни и т.п.). Группа 2 (PH //) - для помещений с движением неболь- шой интенсивности, где ходя i в домашней обуви: для квар- тир, за исключением кухонь, прихожих, лестниц и балконов. Группа 3 (PEI Ш) - для помещений с движением средней интенсивности, в которых ходят в обычной обуви (во всех помещениях квартиры, гостиницах, офисах). Группа 4 (РЕ/ /V) - для помещений с интенсивностью движения от средней до высокой, подверженных больше- му истиранию, чем полы в группе 3 (гостиницы, рестора- ны, офисы, магазины). Группа 5 (РЕ/ V) - для эксплуатации на участках с движением любой интенсивности, для общественных по- мещений с высокой проходимостью (бары, торговые центры, вокзалы, аэропорты и т.п.). Сопротивление скольжению является основным тре- бованием к безопасности хождения по керамическому покрытию. Зга характеристика определяет способность поверхности препятствовать скольжению предмета, нахо- дящегося на ней; измеряется коэффициентом трения. Для увеличения сопротивления скольжению на сухих наклонных поверхностях (например, пандусах) используют плитку с корундовым напылением, для мокрых поверхно- стей обычно применяют ребристую плитку с желобками. Керамический гранит - очень прочная керамичес- кая плитка однократного обжига, отличающаяся богатым выбором цвета, которую изготавливают из светлых сор- тов глины. Керамогранит относится к классу керамических мате- риалов, однако особенности производства и внешнего вида, а также высокие эксплуатационные характеристики позволяют выделять его в особый вцд покрытий. Его с пол- ным основанием можно назвать искусственным камнем. Процесс производства керамогранита почти модели- рует природные условия образования гранитов. При этом находятся под контролем давление и термообработка, что позволяет получать материал, превосходящий го сво- им свойствам природные граниты и заранее задавать нужный рисунок и цвет. В зависимости от способа обработки поверхность ке- рамогранита может быть различной: полированной, полу- полированной, матовой (лощеной), рельефной (под дикий камень) и противоскользящей (с рисунком в виде насечек). Керамический гранит выпускается глазурованным и неглазурованным. Глазурованная плитка применяется для полов, где имеется относительно небольшая нагрузка на покрытие, так как глазурь под воздействием песка может стираться, ухудшая внешний вид плитки. Керамогранит имеет однородный рисунок на всю глу- бину плитки, поэтому материал практически не подвер- жен износу. Неглазурованный керамогранит проходит ис- пытание на поверхностную твердость по шкале МООСа как натуральный камень. Если материал обладает твер- достью более 7 единиц, это значит, что он устойчив к глав- ному абразиву - кварцевому песку, имеющему твер- дость 7. Матовый керамогранит, как правило, имеет твер- дость 8 единиц, а полированный - 5-6. Керамогранит является экологически чистым мате- риалом. Он не выделяет вредных веществ, бактериоста- тичен, лишен радиоактивности (основного недостатка гранита). Именно поэтому для внутренней отделки кера- могранит подходит лучше природного камня. Другие основные характеристики керамического гра- нита: низкое водопоглощение (до 0,05%), стойкость к воз- действию химических веществ, ударная прочность.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 689 При укладке керамогранита использую разные спо- собы, которые выбирают в зависимости от места приме- нения и характера поверхности, на которую укладывают плитку. Чаще всего применяют клеевые составы. Слой клея должен быть не менее 3 мм. При укладке в неотап- ливаемых помещениях или при устройстве наружных по- лов между плитками оставляют зазор 3-7 мм (для ком- пенсации температурных деформаций), который впос- ледствии заполняют. При укладке в теплых помещениях плитку кладут без зазора. Недопустимо образование под плитками воздушных пустот. Керамограни г - твердый по свойству материал, обратной стороной которого является повышенная хруп- кость. При ударе плитки в месте над пустотой покрытие можно повредить. В коллекциях керамической напольной плитки и гла- зурованного керамогранита используются те же декора- тивные элементы, что и в коллекциях настенной плитки (рис. 31.21): вставки, бордюры, панно (чаще их называют розонами). Однако эти элементы имеют свои особенно- сти. В частности, рисунки на них не должны быть слиш- ком рельефными для удобства хождения по покрытию. Коллекции плиток неглазурованного керамогранита комплектуются наборными мозаичными бордюрами. Они представляют собой рисунок из плиточек керамогранита разных цветов, прикрепленных к специаль ой сетке. Неглазурованный керамогранит широко использует- ся в напольных покрытиях общественных помещений - просторных холлов, залов и т.п. Классические вставки и бордюры, которые хорошо воспринимаются в небольших помещениях, здесь мелковаты и «теряются» на поверхно- сти пола. Поэтому в данном случае применяют другие приемы декоративного оформления покрытия пола: • комбинация плиток разных цветов - один из рас- пространенных приемов (популярна шахматная укладка плиток двух и более цветов (рис. 31.21 в)-, • комбинация плиток разной фактуры предпола- гает сочетание полированного и неполированного кера- могранита; • фигурная резка керамогранита используется при выполнении больших по площади композиций. 31.7. Полы спортивных залов Основные свойства полов в спортивных залах - ком- фортность, жесткость и упругость - выражаются рядом объективных показателей, которые могут быть точно из- мерены и зафиксированы приборами. Этим занимаются технические комитеты при международных спортивных организациях. Если спортивная площадка предназначена для про- ведения соревнований высокого уровня, то она проходит сертификацию - проверку показателей на соответствие нормам стандарта (например, таких как амортизация, от- дача, показатель рения, распределение нагрузки на сто- пу, отскок мяча). Учитываются и другие характеристики: ровность по- верхности, сопротивление вдавливанию, ударное погло- щение, устойчивость к истирании, отражение света. В тех случаях, когда спортивная площадка предназ- начена для любительских занятий, качество ее покрытия должно обеспечивать необходимый уровень комфорта и, главное, безопасность. Рис. 31.21. Напольные покрытия: а - из керамической плитки; б, в - из керамогранита
690 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Классификация. Покрытия для закрытых залов мо- гут быть универсальными и специализированными. Универсальные покрытия укладываются в многофункцио- нальных залах. На них наносится разметка, предназна- ченная для проведения различных спортивных игр. Неко- торые виды спорта, такие как теннис, бадминтон, на- стольный теннис, требуют специальных покрытий, кото- рые должны быть сертифицированы. Напольные покрытия спортзалов также могут быть стационарными или мобильными. Мобильные покры- тия, в свою очередь, делятся на разборные рулонные с липучками на стыках или с креплением на двухсторонний монтажный скотч и на модульные сборно-разборные, элементы которых соединяются между собой с помощью креплений, расположенных по периметру. В закрытых залах применяют деревянные, ламини- рованные, каучуковые покрытия, покрытия из нату- рального линолеума, ПВХ-покрытия, а также налив- ные полы. Деревянные полы изготавливаются из массивной доски (толщиной 22 мм) или многослойной паркетной доски. Для массива или верхнего слоя паркетной доски используется твердая древесина дуба, бука или клена. Прочность и простота укладки досок пола обеспечивают- ся шпунтовыми соединениями с четырех сторон. Доски поставляются с уже обработанной лаком поверхностью. В целом деревянный пол представляет собой слож- ную конструкцию из покрытия и амортизирующей систе- мы (рис. 31.22). Для амортизации используется либо подстилающий упругий слой, либо двойные или одинар- ные лаги. Это создает баланс между упругостью пола и отскоком мяча, необходимый для игр с «быстрым мячом». Амортизация деревянных полов носит площадной (зональный) характер. Давление веса игрока на дощатый настил уменьшает его амортизирующие свойства в зоне давления. Таким образом, в местах скопления игроков покрытие становится травмоопасным. Для нейтрализа- ции этого эффекта используются резиновые амортизато- ры, закрепленные с небольшим шагом на лагах подсти- лающей конструкции. Деревянные стационарные покрытия предназначены для волейбола, баскетбола, аэробики, спортивных танцев, тренажерных и других залов. Резиновые (каучуковые) покрытия изготавливают- ся из синтетического каучука вместе с натуральным или в Рис. 31.22. Конструктивные варианты деревянных полов для спортзалов: а - модульный; б - на двойных лагах; в - на одинарных лагах; г - на клипах ЭПДМ-гранулята в соединении с полиуретановым связу- ющим. Они поставляются в виде рулонов или плиток, го- товых к монтажу, а могут изготавливаться непосредствен- но на объекте. Часто применяют вариант, когда поверх рулонного ре- зинового покрытия наносят монолитный слой из полиуре- тана с рельефной поверхностью. Полученное бесшовное универсальное покрытие с многослойной структурой отли- чают повышенные износоустойчивость, шумопоглощение и упругость. Оно гигиенично, нетоксично и пожаростойко. Среди резиновых (каучуковых) покрытий есть как многофункциональные, так и специализированные - для беговых дорожек теннисных кортов, мини-футбола, во- лейбола, гандбола, баскетбола, гимнастики и т.д. Приме- ром многофункционального покрытия такого типа являет- ся «Регопол» (Германия) - рулонное покрытие професси- онального уровня (рис. 31.23). Натуральный линолеум {DD Linopol Sport) относит- ся к классу непрофессиональных покрытий для закрытых площадок. Он является двухслойным рулонным покрыти- ем. Верхний четырехмиллиметровый слой отличается по- вышенной износостойкостью. Нижний амортизирующий слой выполнен из полиэфирного пенистого гранулиро- ванного вещее ва Покрытия из натурального линолеума укладывают на любое ровное основание (бетонное или деревянное). Пол обладает высокими функциональными качествами для игровых видов спорта (волейбол баскетбол, гандбол, бадминтон, теннис, футбол и др.). Покрытия на основе ПВХ настолько многообразны, что отвечают практически всем требованиям к полам в зак- рытых залах. Одни из них применяются для многофунк- циональных площадок, другие - как специализированные покрытия - для отдельных видов спорта. Популярности ПВХ-покрытий способствуют простота укладки этого рулонного синтетического материала и его эксплуатационные свойства: долговечность, гигиенич- ность и легкость в обслуживании. ПВХ-покрытия имеют минимум два слоя. Нижний слой - амортизирующая основа покрытия, выполняемая из вспененного ПВХ. Верхний износостойкий слой - из чистого винила. В более качественных покрытиях между Рис. 31.23. Универсальное покрытие для спортивных залов «Ре- гопол (Германия): 1 - эластичный базовый слой (резиновый гранулят с полиуретв- ном); 2 - тканая сетчатая прослойка (для распределения нагруз- ки); 3 - бесшовное покрытие из полиуретана в три слоя
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 691 этими слоями прокладывается армирующая стекловолок- нистая сетка (для обеспечения безопасности, стабильно- сти и долговечности). Амортизация ПВХ-покрытий носит точечный характер (в отличие от деревянных полов, у которых она зональ- ная). Поэтому рвспределение нагрузки на площадку не влияет на ее амортизационные свойства. При необходи- мости в ряде случаев зональной амортизации ПВХ-по- крытие может быть уложено на деревянное основание с лаговой амортизацией, образуя комбинированный зо- нально-упругий настил. Покрытия общей толщиной 3-5 мм не обеспечивают достаточного ударопоглощения. Такие покрытия подхо- дят для спортивных занятий в детских дошкольных и школьных учреждениях. Более толстые многофункциональные ПВХ-покрытия (6,5 мм и более) мягче, комфортнее и безопаснее. Их ук- ладывают в залах, где проходят интенсивные профессио- нальные тренировки и соревнования высокого уровня. 31.8. Полы производственных помещений При устройстве полов производственных помещений необходимо принимать во внимание: • интенсивность механических нагрузок на пол; • наличие, продолжительность воздействия и ха- рактер агрессивных сред в помещении; • температурно-влажностные условия эксплуата- ции полов; • требования к электрическим свойствам полов; • тип и толщину основания, его ровность; • наличие масляных и других загрязнений; • режим уборки помещения. Главным элементом конструкции пола в производ- ственном помещении является бетонное основание, распределяющие нагрузки на грунт. При этом поверх- ность плиты должна быть изначально ровной, а необхо- димые уклоны должны быть выполнены сразу. Устройство монолитнобетонной плиты производится за один раз, в крайнем случае, за два приема, при этом толщина второ- го слоя должна быть не менее 100 мм. В случае необходимости по основанию устраивается гидроизоляция, а поверх нее укладывается бетонная плита толщиной не менее 80 мм. На нее наносится защит- ное покрытие. При определенных условиях дополнительно могут ук- ладываться теплоизоляционный, пароизоляционный и дренирующий слои. Типы покрытий полов в производственных помеще- ниях применяют в зависимости от вида и интенсивности механических, тепловых и жидкостных воздействий с уче- том специальных требований. В соответствие с МДС 31- 1.98 рекомендуется проектировать следующие 8 типов полов с соответствующими покрытиями. 1. Полы общего назначения без специальных тре- бований по чистоте и беспыльности. К таким решени- ям относят полы с покрытиями: бетонными, в том числе из плит, мозаично-бетонными, асфальтобетонными. В ус- ловиях ударных воздействий предпочтение следует отда- вать монолитным бетонным полам. Для удовлетворения требований по эстетичности лучше подходят мозаично- бетонные полы. Если необходимо срочно ввести пол в эксплуатацию, то предпочтительнее пол из плит. 2. Полы общего назначения со специальными требованиями по чистоте и пылеотделению выполня- ются в чистых помещениях, классифицируемых в соот- ветствии со стандартом СЭВ 3783-82. Полы рекоменду- ется выполнять из бесшовных или рулонных полимерных материалов с заделкой швов. 3. Полы общего назначения со специальными тре- бованиями по электропроводности подразделяют на электропроводные, условно электропроводные и неэлект- ропроводные. При проектировании полов следует учиты- вать способность материала покрытия пола накапливать на поверхности заряды статического электричества. 4. Полы общего назначения безыскровые. К бе- зыскровым покрытиям полов относятся бетонные покры- тия всех видов (мозаично-бетонные, ПВА-бетонные, ас- фальтобетонные и др.) на неискрящих заполнителях, а также полы из древесных и полимерных материалов. 5. Полы общего назначения со специальными теп- лотехническими требованиями. Им отвечают ксилолито- вые, поливинилацетатно-опилочные, торцовые, дощатые, из ПВХ на теплоизолирующей подоснове и другие полы. 6. Полы общего назначения с особыми механи- ческими воздействиями. Таким условиям отвечают полы с металлоцементным покрытием, бетонные с упроч- ненным верхним слоем, из стальных или чугунных дырча- тых плит, из брусчатки. Полы из чугунных плит целесооб- разны лишь в условиях весьма значительных изнашиваю- щих воздействий от волочения тяжелых металлических предметов с острыми углами и ребрами. 7. Полы специального назначения по восприятию высоких температур. Таким требованиям удовлетворяют полы с покрытием из жаростойких бетонов, из брусчатки по песку и из чугунных плит с опорными выступами по песку. 8. Полы специального назначения с требования- ми химической стойкости. Они подразделяются на: • щелочестойкие полы с покрытием: бетонным; мозаично-бетонным; асфальтобетонным; из шлакоситал- ловых, природного камня и керамических плиток и кир- пича; каменных литых плит; • кислотостойкие полы с теми же покрытиями кроме мозаично-бетонного; • кислотно-щелочестойкие полы. В зависимости от конструкции и способа устройства покрытия полы производственных помещений разделяют на сплошные (монолитные) и полы из штучных матери- алов (монтируемые). К сплошным полам относятся бетонные, цементно- бетонные, мозаично-бетонные, асфальтобетонные, поли- винилацетатцементно-бетонные, ксилолитовые, цемент- но-полимерные, полимерные и др. Упрочняющие составы для бетонных полов. При эксплуатации бетонного пола его верхний слой постоян- но истирается, вследствие чего бетон пылит. Образова- ние пыли на поверхности происходит из-за низкого каче- ства цемента, наполнителей и добавок бетонной смеси, а также нарушения технологии укладки бетона. Упрочнение верхнего слоя и обеспыливание бетона осуществляют обработкой его жидкими или сухими уп- рочняющими составами. Бетонные полы, обработан- ные подобными составами, рекомендуется применять в сухих помещениях с умеренными и высокими механиче- скими нагрузками. Упрочняющие пропитывающие (жидкие) составы (на основе эпоксидных и полиуретановых смол) заполня-
692 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ют поры в бетоне на глубину 3-5 мм, блокируют пути дви- жения воды, увеличивают плотность, износостойкость и снижают пылеотделение бетонной поверхности. Данные материалы могут наноситься как на свежеуложенный. так и на существующий бетон. Сухие упрочняющие смеси втираются в верхний слой свежезалитого бетона, поверхность шлифуется, в результате чего происходит дополнительное уплотнение и максимальное закрытие пор слоя бетонной стяжки. Срок службы такого пола составляет 15-20 лет. Полы, выполненные по современной технологии с сухими упрочняющими смесями, могут быть электропро- водными и цветными, выдерживать высокую нагрузку - вплоть до траков тяжелой гусеничной техники. Бетонные и цементно-бетонные полы (рис. 31.24 а) применяют в помещениях с повышенной влажностью, а также там, где возможно попадание на пол минераль- ных масел, кислот и щелочей. Цементно-бетонные полы устраивают по бетонной подготовке толщиной 30-50 мм. Толщина цементно-песчаного слоя 20-30 мм. Мозаично-бетонные полы состоят из цементно- песчаного раствора, мелкого заполнителя из мрамора, гранита, базальта и песка. Толщина покрытия 20-25 мм. Асфальтобетонные полы {рис. 31.24 6} устраивают в складах, проездах и проходах толщиной покрытия 25- 50 мм. Смесь состоит из битума с пылевидным заполни- телем, песком и щебнем. Покрытие укладывают по бетон- ному или щебеночному подстилающему слою. Поливинилацетатцементно-бетонные полы (рис. 31.24 в) аналогичны мозаичным полам. Покрытие состо- ит из двух слоев: нижнего толщиной 30-40 мм из цемент- но-песчаного раствора и верхнего толщиной 20 мм из смеси комплексного вяжущего - полимера (ПВА-диспер- сии), цемента, песка, щебня и пигмента. Ксилолитовые полы (рис. 31.24 г) устраивают в по- мещениях, к которым предъявляют специальные требова- ния, а также с длительным пребыванием людей. Толщина Рис. 31.24. Некоторые виды полов производственных помещений: а - цементно-бетонный; б - асфальтобетонный; в - поливинил- ацетатцементно-бетонный; г - ксилолитовый; д - брусчатый; е - торцовый; ж - плиточный; з - металлический покрытия 15-20 мм из смеси каустического магнезита, опилок и водного раствора магния. Иногда добавляют пигмент минерального происхождения. Самонивелирующиеся цементно-полимерные полы устраивают из смеси портландцемента с кварце- вым песком, полимерными добавками, поверхностно-ак- тивными веществами и пигментами. После смешивания исходной композиции с водой образуется маловязкая те- кучая смесь, которая наносится на предварительно за- грунтованное основание, распределяется до достижения необходимой толщины и тщательно прокатывается иголь- чатыми валками для удаления вовлеченного воздуха. Средняя толщина цементно-полимерного слоя - 6-8 мм. Данные покрытия рекомендуется использовать в су- хих помещениях с любыми механическими нагрузками. Недопустимо использование цементно-полимерных по- крытий в помещениях с особо жесткими требованиями к чистоте (беспыльности), во «влажных» производствах и в помещениях с агрессивными средами. Наливные полимерные покрытия обладают широким диапазоном свойств и удовлетворяют любые требования, предъявляемые к полам промышленных помещений: высо- кая стойкость к износу, высокая прочность, гигиеничность, широкий диапазон температуры эксплуатации (от -ЗО’С до +50*С), химическая стойкость, сопротивление сколь- жению. Долговечность покрытий составляет 10-15 лет. Полимерные покрытия позволяют получить любые цветовые оттенки, устраивать антистатические полы. Их отдельные виды могут применяться в зданиях пищевой промышленности, поскольку материал покрытия не ока- зывает влияния на вкус и запах продуктов питания. Наливные полимерные покрытия различаются как по характеру связующего и наполнителя, так и по толщине и степени наполнения (процентному содержанию твердых веществ). Наибольшее распространение получили полимер- ные композиции на основе эпоксидных, полиуретановых и метилметакрилатных связующих. Рекомендуется ис- пользовать: • эпоксидные полы - для помещений с высоки- ми механическими нагрузками и высокой интенсивностью воздействия жидкостей, в том числе агрессивных; • полы на основе полиуретанов - для помеще- ний с постоянной вибрацией или подвижностью пола, а также помещений с высокими абразивными нагрузками; • акриловые составы - при необходимости обес- печения минимального временного интервала между ус- тройством пола и началом его эксплуатации. В качестве наполнителя полимерных покрытий ис- пользуется фракционированный кварцевый песок. Для антистатических полов используется смесь кварцевого песка, графита и проводящих волокон, для безыскро- вых - неискрообразующие полимерные электропровод- ные наполнители. По толщине и степени наполнения полимерные со- ставы покрытий подразделяют на: • тонкослойные (малонаполненные, толщиной до 0,5 мм); • самонивелирующиеся (наливные) - толщина до 4 мм, степень наполнения по весу - до 40%; • высоконаполненные (толщина 4-8 мм, макси- мум до 20 мм, степень наполнения - до 90%). К полам из штучных материалов относятся брусча- тые, торцовые, плиточные, металлические и др.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 693 Брусчатые полы (рис. 31.24 д) устраивают в поме- щениях, где возможны высокие температуры, воздей- ствия химических веществ, а также на путях движения тяжелого транспорта. Размеры брусчатки 150 х 200 х 100-200 мм из гранита, базальта, диабаза и других проч- ных пород. Укладывают камни по бетонной подготовке на подстилающий слой из песка, цементно-песчаную или мастичную прослойку. Торцовые полы (рис. 31.24 е) представляют собой покрытие из деревянных прямоугольных или шестигран- ных шашек, изготовленных из березы, дуба или бука вы- сотой 60-80 мм, устраиваемое по песчаной прослойке толщиной 10-15 мм. Такие полы имеют малое теплоусво- ение и бесшумны. Их применяют в механических, инстру- ментальных. сборочных и других цехах. Плиточные полы (рис. 31.24 ж) состоят из бетонных, мозаичных, ксилолитовых, асфальтобетонных, керами- ческих и других плиток различных размеров. Их уклады- вают по прослойке цементно-песчаного раствора толщи- ной Ю-15 мм или на мастике 1-3 мм. Металлические полы (рис. 31.24 з) устраивают на отдельных участках литейных, прокатных, термических и других цехов, где возможны падения на пол тяжелых предметов, воздействия высоких температур и требуется гладкая и непылящая поверхность пола. Чугунные плиты размером 25 х 25 или 30 х 30 см и толщиной 6 мм или стальные укладывают на прослойку из песка или мелко- зернистого бетона. При обустройстве полов промышленных помещений ответственными мероприятиями являются: встраивание железнодорожных путей, решение различных типов швов, примыканий к вертикальным ограждающим конст- рукциям, переходов от одного типа пола к другому и др. На рис. 31.25 показаны наиболее характерные варианты устройства деталей полов. 31.9. «Теплые» (обогреваемые) полы Обогреваемые полы известны почти столько же, сколько существует централизованное отопление. В на- чале XX в. с появлением насосов началось применение «теплых» полов с использованием горячей воды. С сере- дины столетия при относительно доступной электроэнер- гии начали распространяться системы с использованием нагревательных электрокабелей. В последние годы они стали применяться достаточно широко. Напольное отопление на основе нагревательных электрокабелей. В состав системы «теплый пол» входят: • нагревательная секция: • аппаратура управления (термостат с датчиком температуры); • монтажные аксессуары; • теплоизоляция. Типичная конструкция «теплого пола» представлена на рис. 31.26. На выровненном черновом полу уклады- вается теплоизоляция, затем закрепляется нагреватель- ная секция с помощью монтажной ленты (возможны и другие варианты). «Холодные» концы выводятся на сте- ну для соединения с термостатом. Определяется место установки термостата и вблизи этого места укладывает- ся между двумя нитками нагревательного кабеля гофри- рованная трубка для установки датчика температуры (рис. 31.27). Затем выполняется заливка цементно-песчаной стяж- ки. Специально для стяжек обогреваемых полов выпуска- ются готовые сухие смеси, которые обладают повышенной теплопроводностью, хорошей пластичностью, достаточно высокой твердостью. Толщина стяжки должна быть не ме- нее 30 мм, исходя из требований прочности и СНиП. Очень важны выбор и устройство теплоизоляции. Использование теплоизоляции позволяет сэкономить до 30-40% эксплуатационных расходов, к тому же это необ- ходимо в случае использования системы «теплый пол» как основной и единственной системы отопления. В этом случае наиболее целесообразным является использова- ние плотных пенополистирольных плит толщиной 5-10 см (если позволяет структура пола). Поверх плит укладыва- Рис. 31.25. Детали полов промышленных зданий: а - пол в зоне железнодорожных путей из бетонных плит; б - то же, из торцовой шашки; в-д- конструкции температурных швов; е, ж - примыкания полов к ограждающим конструкциям; з, и - примыкания покрытий из разных материалов; 1 - подстилающий слой; 2 - покрытие пола; 3 - бетонные плиты, 4 - песок; 5 - брус- шпала; 6 - торцовая шашка; 7 - уголок; 8 - мастика или пакля; 9 - компенсатор; 10 - гидроизоляция; 11 - плинтус из пластика; 12 - мастика; 13 - плинтус из раствора; 14 - уголок; 15 - анкер; 16 - пробки деревянные; 17 - брусок
694 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ется плотная бумага и устраивается «плавающая» стяжка (рис. 31.28). При устройстве обогреваемых полов в существующих помещениях иногда невозможно уложить толстый слой теплоизоляции. В подобном случае применяются фольги- рованные теплоизоляционные материалы (отражающая изоляция) толщиной 3-10 мм. Необходимо использовать только материалы, дублированные поверх фольги лавса- ном. Иначе фольга разрушится под воздействием щелоч- ной среды в стяжке. Кабели. Основой конструкции «теплых полов с ис- пользованием электронагревательного кабеля (НК) явля- ется он сам. Назначение кабеля - преобразовывать про- текающий по нему электрический ток в тепло. Термостаты. Существуют различные виды термоста- тов для обогреваемых полов: комнатные - с датчиком температуры пола и воздуха, программируемые встраи- ваемые в шкафы, с исполнением монтажа под сухую шту- катурку и другие. Существуют особые системы «теплых полов»: • с использованием саморегулирующих кабелей; • теплоаккумулирующие; • для покрытий пола большой толщины; • для больших по площади помещений; • сверхтонкие и пленочные. При устройстве обогреваемого пола должен соблю- даться ряд требований, после чего установленная систе- ма становится электро- и пожаробезопасной, а именно: • использование только экранированного нагрева тельного кабеля; • наличие заземления в квартире (доме); • установка устройства защитного отключения (на входном щитке, шкафу); • выполнение разводки питания отдельно от осве- тительной сети; • выполнение установки оборудования квалифи- цированным специалистом. Система низкотемпературного напольного водя- ного отопления применяется для жилых, администра- тивных, складских, производственных, выставочных и других общественных зданий. В рассматриваемом варианте обогреваемого пола роль нагревательного элемента выполняют полимерные трубы с циркулирующей по ним горячей водой, укладываемые под поверхностью пола (рис. 31.29). Низкая температура тепло- носителя (30-50°С) - принципиальное отличие системы на- польного отопления от традиционных систем. В систему напольного отопления кроме труб входит комплект коллекторов и стояков, к которым эти трубы подключаются. Применяются также комнатные термоста- тические регуляторы температуры, монтируе лые в грею- щий контур. С их помощью происходит автоматическое поддержание задаваемой температуры в помещении. Та- Рис. 31.26. Типичная конструкция «теплого пола»: 1 - черновой пол (плита перекрытия); 2 - теплоизоляция; 3 - монтажная лента; 4 - нагревательная секция; 5 - цементно-пес- чаная стяжка; 6 - покрытие пола Рис. 31.28. Конструкция обогреваемого пола с использованием «плавающей» стяжки: 1 - перекрытие; 2 - стена; 3 - вязкий слой (битум и т.п.); 4 - теп- лоизоляция; 5 - нагревательная секция; 6 - датчик температуры; 7 - «плавающая» стяжка; 8 - покрытие Рис. 31.27. Схемы укладки нагревательных секций с использо- ванием: а - одножильного кабеля; б - двухжильного кабеля; 1 - нагрева- тельный кабель; 2 - «холодные» концы; 3 - соединительные муф- ты; 4 - трубка для датчика температуры; 5 - датчик температуры; 6 - конечная муфта Рис. 31.29. Пример конструкции пола при устройстве напольно- го водяного отопления (REHAU): 1 - штукатурка; 2 - плинтус; 3 - поролоновая прокладка; 4 - плит- ка; 5 - мастика; 6 - цементная стяжка; 7 - отопительная поли- мерная труба; 8 - защитная пленка; 9 - теплозвукоизоляция; 10 - гидроизоляция; 11 - бетон; 12 - грунт
Раздел VL КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 695 кое устройство представляет собой компактный блок, ко- торый может устанавливаться в любом удобном месте. В общем случае монтаж «теплого пола» с гидрообог- ревом осуществляется следующим образом. На выровнен- ное основание укладывается слой теплоизоляции. Далее производится раскладка труб с определенным шагом и в нужной конфигурации (зигзагом, спиралью, «улиткой»). При этом учитываются размер, планировка и назначение помещения, конфигурация стен и наличие в них окон, мес- то расположения коллекторного узла или стояков. Раскладка труб греющего контура и их крепление к теплоизоляционным плитам осуществляются либо скоба- ми, либо с применением гнездовых монтажных реек для труб. При любом способе монтажа полимерные трубы оказываются органично встроены в конструкцию пола и надежно защищены от механических повреждений. На «теплый пол» сверху может укладываться практи- чески любое покрытие (паркет, ламинат, плитка, линоле- ум, ковровое и т.д.), которое выбирается заранее, еще на этапе проектирования. Монтаж систем гидрообогрева обходится дороже монтажа систем электрообогрева в 1,5-2 раза, но даль- нейшие эксплуатационные расходы значительно ниже. Глава 32 ПОТОЛКИ 32.1. Общие положения Потолки (особенно подвесные) являются неотъемле- мой частью архитектурного решения интерьеров зданий самого различного назначения - жилых, общественных и даже промышленных, к которым предъявляются еще и различные функционально-технологические требования. Это вызвано, прежде всего, оснащением зданий инже- нерным оборудованием и коммуникациями. С помощью потолков решаются следующие функци- ональные задачи: • размещение инженерного оборудования в про- странстве между перекрытием и плоскостью потолка; • создание благоприятной акустической среды в помещении; • обеспечение необходимой долговечности пере- крытия (покрытия) в помещениях с повышенной влажно- стью (бассейны, сауны и т.п.); • обеспечение соответствия специальным гигие- ническим требованиям «чистых» помещений (больницы, предприятия пищевой промышленности и т.д.); • обеспечение необходимой огнезащиты элемен- тов перекрытий (например, стальных балок); • защита от значительных ударных нагрузок (для спортзалов). К эстетическим задачам, для решения которых мо- гут применяться потолочные системы, относятся: • создание горизонтальной (выравнивающей) по- верхности перекрытия; • устройство сложной формы потолка с применени- ем цвета, фактуры, нескольких уровней, подсветки и т.п. К эксплуатационным характеристикам различных потолков относятся: акустические показатели, пожаробе- зопасность, светоотражение, влагостойкость, гигиенич- ность, ударостойкость, теплоизоляция. Акустика. Понятие «акустика помещения» имеет два аспекта; степень звукоизоляции при передаче звука в соседнее помещение и характеристика звукопоглоще- ния материала. Звукоизоляция достигается за счет тол- щины и плотности используемого материала, а звукопо- глощение связано с потолочным пространством и повер- хностью материалов (чем более шероховатая, пористая и перфорированная поверхность - тем лучше звукопогло- щение). Акустические потолки снижают уровень шума внутри помещения, а также обеспечивают ослабление звука, приникающего из соседних помещений. Пожаробезопасность. Огнестойкость строительных материалов является ключевым фактором пожарной безо- пасности зданий. Материалы классифицируют по пожарной безопасности в зависимости от их поведения при пожаре (воспламеняемость, горючесть, распространение пламени, дымообразующая способность и токсичность). Потолки (их основные элементы) подлежат обязательной сертифика- ции, и им присваиваются соответствующие классы. Светоотражение. Светоотражающая способность выражается в процентах как отношение количества от- раженного и падающего (прямого) света. Для оптималь- ного использования естественного и искусственного ос- вещения светоотражающая способность потолка долж- на быть как можно более высокой (не менее 70%). При этом уменьшается ослепляющее воздействие источни- ков света, так как световой контраст между ними и по- толком становится меньше. Влагостойкость - это способность материала по- толков функционировать без деформаций (провисания, коробления, расслоения и т.п.) в помещениях с опреде- ленным влажностным режимом - относительной влажно- стью воздуха. Металлические потолки в помещениях с высокой влажностью не должны подвергаться коррозии. Гигиеничность. Современные стандарты гигиены и техники безопасности требуют, чтобы потолки, применя- емые в предприятиях пищевой промышленности и здра- воохранении, отвечали высоким гигиеническим требова- ниям. Кроме того, в помещениях электронной, фармацев- тической или компьютерной индустрии отделочные мате- риалы должны соответствовать стандарту «чистое поме- щение». Под IИ1 ионическими потолками понимают изде- лия, которые могут подвергаться влажной уборке с ис- пользованием моющих средств или струи воды, а также дезинфекции. Ударостойкость. В некоторых помещениях, напри- мер, школьных, спортивных, потолки должны выдерживать высокие механические нагрузки - обладать ударостойко- стью. Для создания таких потолков применяются не толь- ко специальные материалы, но и особые конструкции. Теплоизоляция подвесного потолка характеризует- ся сопротивлением теплопередаче. Эта характеристика важна при использовании конструкций подвесных потол- ков в мансардных помещениях, а также при реконструк- ции зданий. Классификация. Различают следующие виды по- толков: • по конструкции (способу возведения) - подвес- ные. натяжные, подшивные, клеевые; • по форме - плоские и криволинейные; • по местоположению - внутренние (в помещениях) и наружные (вне помещений - козырьки, навесы и т.п.).
696 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 32.2. Подвесные потолки Подвесной потолок - конструкция, состоящая из металлического каркаса, подвешенного к перекрытию, на который укладываются или к которому крепятся либо го- товые модульные элементы (плиты, панели, рейки, кассе- ты, ячеистые модули), либо большеразмерные листы, формирующие плоскость потолка. В результате использования такой конструкции меж- ду перекрытием и плоскостью потолка образуется про- странство, которое может использоваться для прокладки необходимых коммуникаций и установки светильников. Преимущества подвесного потолка очевидны: он де- корирует поверхность перекрытия, обеспечивает доступ ко встроенному инженерному оборудованию, создает благоприятную акустическую и светотехническую среду. По функциональным признакам подвесные потол- ки делят на следующие типы: • декоративные (дизайнерские) - расположение светильников и вентиляционных решеток в соответствии с архитектурным замыслом; • акустические - звукопоглощающие и звукоизо- лирующие; • вентиляционные - подача и распределение све- жего и кондиционированного воздуха; • отопительные - размещение в надпотолочном пространстве приборов с водяным, воздушным или элек- трическим нагревом; • огнезащитные - потолки с элементами из несго- раемых материалов; • инженерные - для размещения специальных ин- женерно-технических устройств (сигнальных, информа- ционных, телекамер и т.п.). По конструктивным признакам подвесные потолки подразделяются на модульные и сплошные. Модульные потолки - это конструкции, видимая плоскость которых состоит из готовых модульных эле- ментов (панелей, реек, кассет и т.д.), изготовленных на заводе из разных материалов. При этом подвесной кар- кас может быть выделен или скрыт. Рис. 32.1. Расположение элементов подвесного потолка- 1 - несущая направляющая; 2 - поперечная направляющая; 3 - стеновой уголок (молдинг); 4 - подвеска с натяжной пружиной; 5 - проволочная подвеска с петлей; 6, 7 - перфорированные метал- лические полосы подвески; 8 - подвеска с крючком; 9,11 - регу- лируемая подвеска (нижняя и верхняя части); 10 - штифт; 12 - при- жимная пружина; 13 - стеновая пружина; 14 - потолочная плита Сплошные потолки, в основном, монтируются из гипсокартонных листов (ГКЛ). В этом случае сохраняются основные преимущества потолка кроме доступа к надпо- толочному пространству. Подвесные системы потолков. Конструктивной осно- вой подвесного потолка является подвесная система, кото- рая состоит из главных направляющих топеречных направ- ляющих, угловых молдингов и подвесов (рис. 32.1; 32.2). Главные направляющие - это несущие элементы системы. Поперечные направляющие - дополнитель- ные элементы, которые вставляются между несущими направляющими для образования модулей различного размера. Молдинг - пристенный элемент, закрепляемый на стенах i перегородках i по периметру помещения для завершения потолка. Подвесы служат для крепления главных направляющих к плите перекрытия (рис. 32.3), позволяя регулировать вы- соту относа потолка от перекрытия и создавать разные уровни плоскости потолка. Они могут быть различными по устройству (круглые стержни, полосы, кронштейны). Рис. 32.2. Варианты элементов подвесной системы потолка: а - подвесы; б - направляющие; в - молдинги
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 697 Несущие и поперечные направляющие могут соеди- няться при помощи защелкивающего замка или по прин- ципу крючка. Защелкивающийся замок (рис. 32.4) точно и быстро фиксирует направляющие (при соединении из- дает щелчок, что облегчает монтаж). В зависимости от зрительного эффекта подвесная си- стема подразделяется на видимую, полускрытую и скрытую. Скрытые системы могут быть со съемными (лю- бой модуль легко снимается) и несъемными панелями (мо- дуль можно снять после частичного демонтажа системы). Тип системы предопределяет и тип кромок панелей. В Рос- сии наибольшее распространение имеет видимая систе- ма - в силу ее простоты и более низкой стоимости. В стандартном варианте элементы подвесной систе- мы (направляющие и молдинги) выпускаются белого цве- та, но могут иметь любую цветную окраску, в том числе «под золото», хром и т.д. Ширина типовых направляющих - 15 или 24 мм (рис. 32.26). Высота их бывает различной (25; 30, 35 мм) в за- висимости от пролетов (расстояний между подвесами) и нагрузок. Используются также различные дизайнерские варианты, направляющие увеличенной ширины, боль- шепролетные и т.д. (рис. 32.5). Широкая подвесная система может быть использова- на для визуального деления потолка на модули в виде полос, квадратов, прямоугольников (рис. 32.5 6), а также для крепления перегородок. Ширина направляющих со- ставляет от 50 до 125 мм. Для любой подвесной системы определяется макси- мальная нагрузка на единицу площади (обычно 4-7 кг/м2), которую она может выдержать без ущерба для ее функ- циональных свойств. Этот показатель зависит также от расстояния между подвесами и несущими (основными) направляющими - уменьшение расстояния ведет к увели- чению допустимой максимальной нагрузки. В подвесные потолки легко интегрируется различное техническое оборудование: спринклеры-датчики пожар- ной сигнализации, вентиляционные решетки, светильни- ки. Для встраиваемых элементов иногда предусматрива- ют дополнительные подвесы, чтобы нагрузка приходи- лась не на плиту. Модульные подвесные потолки. Разнообразие рассматриваемых потолков объединяет то, что все их элементы (модули) изготавливаются в заводских услови- ях и поставляются в виде законченных изделий, готовых к установке. По виду модулей подвесные потолки условно делят- ся на группы: панельные (плитные), кассетные, рееч- ные, ячеистые. Облицовочные потолочные модули могут изготавли- ваться из минерального волокна, стекловолокна, гип- са, гипсокартона, пластика, древесных материалов и металлов. Рис. 32.3. Детали крепления подвесов. а - дюбель-гвоздь; б - дюбель-винт; в - дюбель с распорной гай- кой; г - дюбель с волокнистым заполнителем; д - дюбель капро- новый Общая классификация подвесных потолков пред- ставлена в табл. 32.1. Потолки из минераловолокнистых плит. Панели потолков состоят из: минерального волокна (каменная вата), перлита, глины, связующих добавок (крахмала, ла- текса, гипса, переработанной макулатуры). Панели отличаются высокими показателями пожаро- безопасности и звукопоглощения. Цвет панелей может быть различным, вплоть до черного (для залов кинотеат- ров). Фактура поверхности (рис. 32.6) тоже разнообраз- на: гладкая, перфорированная, тисненая, с рисунком, с оформлением кромок (рис. 32.7), а также решетчатая с открытыми и закрытыми ячейками. Из минерального волокна выпускают несколько типов панелей; традиционные, ламинированные, из керамовид- ных волокон, комбинированные, из мягкого волокна. Таблица 32.1. Виды подвесных потолков По конструктив- i ным признакам По виду По виду модулей .______________материала модульные панельные кассетные реечные ячеистые минераловолокнистые стекловолокнистые гипсовые гипсокартонные пластиковые древесностружечные металлические металлические пластиковые сплошные гипсокартонные Рис. 32.4 Замковые соединения направляющих: а - несущей; б - поперечных
698 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Традиционные панели выполняют роль акустических, имеют шероховатую поверхность с углублениями различ- ной формы. Для придания панелям цвета поверхность грунтуется и покрывается краской. Гигиенические плиты красят бактерицидной краской, которая ограничивает развитие бактерий на поверхности потолка. Ламинированные панели облицовывают различными материалами: текстурированной тканью, стекловолок- ном, алюминиевой фольгой, виниловой пленкой, поли- эфирной пленкой и другими покрытиями. Панели из керамовидных минеральных волокон отли- чает стойкость к высоким температурам (до +135*С), стойкость к химическим веществам, коррозии и влажнос- ти. Панели выдерживают относительную 100-процентную влажность при +40 С. Комбинированные панели являются трехслойными с сердечником из минерального волокна, покрытого со всех сторон гладким или перфорированным металлом. Данные изделия сочетают положительные качества мине- раловолокна и металла. а Рис. 32.5. Модульные подвесные потолки из минераловолокни- стых панелей Панели из мягкого волокна отличаются высоким зву- копоглощением, повышенной влагостойкостью и возмож- ностью создания криволинейных поверхностей. Минераловолокнистые панели имеют размеры 600 х 600 мм; 1200 х 600 мм (рис. 32.8), толщину 12-25 мм, вес от 3 до 8 кг/м2. Потолки из стекловолокнистых плит. Основу пли- ты составляют однонаправленные сверхтонкие стеклони- ти. Благодаря однонаправленности достигается высокое звукопоглощение. В качестве связующего применяется полиэфирная смола горячего отверждения. Выпускаются панели с лицевыми поверхностями, покрытыми одно- Рис. 32.6. Фактура поверхностей минераловолокнистых панелей
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 699 Рис. 32.7. Виды кромок панелей подвесных потолков Рис. 32.8. Модульные подвесные потолки: а - размеры модульных ячеек (выделены стандартные размеры минераловолокнистых потолков); б - монтажные схемы с прямо- угольными плитами цветным или тисненым стекловойлоком, ПВХ-пленкой, алюмоламинатом, перфорированной жестью и т.д., а с тыльной стороны - бесцветным стекловойлоком. Влагостойкость панелей высокая, а огнестойкость ниже, чем минераловолокнистых. Размеры выпускаемых панелей: 600 х 600; 1200 х 600; 1200 х 1200 мм, а кроме того плиты длиной до 2400 мм при ширине 600 мм (см. рис. 32.8). Толщина от 15 до 50 мм, акустических плит - до 100 мм. Область применения подвесных потолков из стеклово- локнистых панелей обширна: жилые и общественные зда- ния, медицинские учреждения, предг риятия пищевой, хи- мической, фармацевтической промышленности, спортив- ные залы, бассейны и др. Потолки из стекловолокна - это не только акустичес- кие потолки, но и нестандартные, индивидуальные реше- ния криволинейных объемов (рис. 32.9). Криволинейные потолки образуются двумя способами: путем применения готовых жестких объемных панелей (рядовых и угловых) из прессованного стекловолокна с соответствующими криволинейными направляющими (рис. 32.10) либо при помощи гнущихся панелей. Рис. 32.9. Потолок с применением криволинейных панелей Рис. 32.10 Криволинейные участки потолков с панелями из стек- ловолокна
700 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 32.11. Гипсовый подвесной потолок (USG/DONN) а Рис. 32.12. Подвесные потолки из пластика: а - зеркальный; б - с подсветкой Монтаж панелей может быть выполнен с применени- ем любых подвесных систем, возможен монтаж на дере- вянную обрешетку при помощи клея и шурупов. Высокое качество обработки торцов позволяет оставлять стыки открытыми. Потолки из гипсовых плит. Из гипса потолочные плиты производят в заводских условиях по современным технологиям с богатой пластикой, напоминающей исто- рические аналоги (рис. 32.11). Гипсовые плиты обладают прочностью и безопасно- стью при эксплуатации благодаря тому, что армируются стекловолокнистой сеткой. Гипсовые изделия отличают- ся высокой гигиеничностью и долговечностью, относятся к группе негорючих. Специальная технология позволяет производить об- легченные гипсовые плиты, вес которых составляет всего 6-9 кг/м2. Благодаря небольшому весу их можно монти- ровать на стандартную подвесную систему. Потолки из гипсокартонных плит. Для подвесных потолков выпускаются изделия из ГКЛ с полной завод- ской отделкой, представляющие собой плиты гладкие или с перфорацией (акустические). Гипсокартонные плиты долговечны и предназначены для применения в помеще- ниях с сухим и нормальным влажностным режимом (с влажностью до 70%). Размеры плит - 595 х 595 мм, тол- щина - 8,5 мм, вес - 7,6 кг/м2. Пластиковые потолки. Пластмассы для применения в подвесных потолках представлены ударопрочным поли- стиролом и поликарбонатом. Полистирол применяют для зеркальных потолков всевозможных оттенков (рис. 32.12 а), а поликарбонат отлично подходит для подвесных по- толков с внутренней подсветкой (рис. 32.12 б). Зеркальные потолки из пластика - безопасная аль- тернатива традиционным зеркальным потолкам из стек- ла, так как они обладают устойчивостью к ударным на- грузкам. Пользуются популярностью пластиковые голо- графические панели для отделки потолков клубов, ба- ров, ресторанов. Потолки из древесных материалов. Для традицион- ных подвесных систем выпускаются панели (0,6 х 0,6 м), позволяющие создать деревянный потолок. Панели изго- тавливаются из ДСП или MDF, поверхность которых об- работана составом, повышающим их огнестойкость. От- делка гладких и перфорированных панелей производит- ся ламинатом «под дерево» или деревянным шпоном раз- личного цвета и текстур. Поверхность может быть глад- кой или перфорированной, с акустической прокладкой черного цвета с тыльной стороны (рис. 32.13). Разновидностью являются фиброакустические пли- ты, изготавливаемые из фибролита - тонкого длинного древесного волокна, связанного серым или белым це- ментом. Плиты являются противоударными, обладают высоким звукопоглощением. Толщина - 25 мм, вес - 12- 14 кг/м2. Фиброакустические плиты различных цветовых ре- шений предназначены для помещений с относительной влажностью воздуха до 100%: плавательных бассейнов, саун, зимних садов. Металлические потолки широко применяются в крупных общественных зданиях, в офисах, магазинах и даже квартирах. Широкое разнообразие металлических потолочных систем, различные формы, палитра цветов позволяют разрабатывать интересные решения, соответ- ствующие эстетическим и функциональным требованиям.
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 701 Металлические потолки красивы, гигиеничны, влаго- стойки, пожаробезопасны и долговечны. Изготавливают их из тонкой стали или алюминия (0,5-0,8 мм) с различ- ными декоративными покрытиями: глянцевой или мато- вой окраской, полимерным напылением, зеркальным ме- таллизированным слоем и т.д. Металлические модули потолочных систем могут выполняться гладкими, гофрированными, со штампо- ванным рисунком. Так как металл не является акустиче- ским материалом, для улучшения звукопоглощающих свойств металлические панели (кассеты) выпускают так- же перфорированными. При необходимости улучшения акустических характеристик на обратную сторону пане- лей наклеивают минеральную или стекловолокнистую плиту. Модули для металлических потолков выпускаются в виде панелей, кассет, реек (узких панелей), панелей ре- шетчатого типа. Для монтажа некоторых видов модулей металличес- ких потолков (например, панельных и кассетных), исполь- зуются обычные подвесные системы, для большинства других - только специально разработанные (например, реечные и ячеистые потолки). Панельные металлические потолки состоят из па- нелей с загнутыми кромками по четырем сторонам и аку- стическими вкладышами из минерального волокна (рис. 32.14). Их ширина - 30 см, длина от 0,9 до 2 м. Панели : 150 72. изготавливаются в гладком, перфорированном и микро- перфорированном вариантах. Укладываются панели на стандартную подвесную систему по двум или четырем сторонам (см. рис. 32.8 б). Кассетные металлические потолки. Кассеты могут быть квадратной или прямоугольной формы. Стандарт- ный размер кассеты - 600 х 600 мм (рис. 32.15 а). Воз- можна ширина от 300 мм и длина до 1500 мм. Кассеты бывают гладкими и перфорированными. На внутреннюю сторону для улучшения акустических свойств может на- клеиваться прокладка из звукопоглощающего материала. Крепятся кассеты на стандартную подвесную систему (15 или 24 мм) или с помощью специального профиля типа «клип» (рис. 32.15 б). Реечные металлические потолки. Такие потолки еще называют линейными, так как собираются они из уз- ких длинных панелей-реек, образуя «линейные плоскости» (рис 32.16; 32.17). Панели-рейки отличаются по ширине, высоте, форме самого изделия и кромки, по цвету. При простоте конструкции этот тип подвесного потолка имеет большие формообразующие возможности; плоскость по- толка может быть не только ровной, но и криволинейной, созданной из изогнутых элементов (рис. 32.18). Длина реечных элементов 3-6 м. При помощи внут- ренних вставок панели могут соединяться по длине для создания эффекта непрерывных линий. Ширина панелей от 30 до 300 мм. а 000000 000000 72 : 150 ;72 ioooor ь,п OOOODO....'.30. 000000 000000 000000 000000 оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо ООООООГ' 000000 000000 000000 оооооо 000000 оооооо оооооо 67’ Рис. 32.13. Панели потолков из древесных материалов (а) и спо- соб их монтажа (б) Рис. 32.14. Металлические панели подвесных потолков: а - поперечное сечение; б - продольные сечения; в - варианты опираний на направляющие
702 В.А. Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Межпанельные стыки потолков могут быть открыты- ми и закрытыми. Стыки могут заполняться узкими специ- альными профилями того же цвета, что и панель, либо контрастирующего цвета, включая «зеркальные». Панели реечного потолка крепятся к специальной под- весной системе, которая состоит из несущих профилей (их называют шинами, стрингерами), подвесов и торцевого а Рис. 32.15. Металлическая кассета подвесного потолка: а - общий вид; б - способы креплений к направляющим; 1 - то- рец с прижимами; 2 - торец доступа; 3 - специальный обратный фланец; 4 - краевой стопор; 5 - пружинная клипса Рис 32.16. Подвесной алюминиевый реечный потолок: 1 - торцевой профиль; 2 - несущий профиль (стрингер); 3 - па- нели шириной 75 и 150 мм; 4 - подвес (спица с регулировочной пружиной); 5 - регулировочная скоба (одинарная или двойная); 6 - фиксатор панели профиля (см. рис. 32.16). Несущий профиль из алюминия или стали представляет собой планку со специальными пазами для крепления панелей Потолочные панели пос- ледовательно вкладываются в пазы несущих профилей и защелкиваются. Конструкция спроектирована таким обра- зом, что отдельные панели могут легко сниматься для обеспечения доступа к межпотолочному пространству. Ячеистые металлические потолки. Ячеистыми (или решетчатыми) потолками называют конструкцию из моду- лей собранных из полосовых элементов или С-образных профилей шириной 4-24 мм в виде решеток и закреплен ных на специальном подвесном каркасе (рис. 32.19 а, б) или на традиционной подвесной системе с Т-образными несущими профилями. Конструкция образует сплошную открытую поверхность с квадратными ячейками. Решетки выпускаются размерами от 600 до 1200 мм с модулями ячеек от 50 до 200 мм. Высота плоских или U- образных элементов обычно составляет 20-80 мм и оп- ределяется размером ячейки. Взаимопересекающиеся линии и эффекты света и тени, характерные для открытых ячеек, дают интересные пространственные решения интерьеров (рис. 32.19 в, г). Угол восприятия, при котором не будет видно простран- ство за потолком, для конкретного помещения может определяться модулем ячеек и высотой элементов яче- ек (от 7° до 50’). Модули-решетки легко монтируются и демонтируют- ся, что обеспечивает легкий доступ в межпотолочное про- странство. Они могут комбинироваться с другими типами модульных и сплошных потолков. Сплошные подвесные потолки. Данный вид отли- чается от модульных потолков тем, что потолочная плос- кость в этом случае изготавливается не из готовых эле- ментов, а из материала, который необходимо раскроить, изогнуть (если требуется) и нанести отделочный слой. В качестве листового материала, в основном, применяют- ся гипсокартонные листы (ГКЛ). Рис. 32.17. Формы реечных потолков (а-г) и варианты перфора- ций (д)
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 703 Гипсокартонные сплошные потолки предназнача- ются для декора ивной отделки, скрытия недостатков ба- зового потолка, размещения коммуникаций, звукоизоля- ции помещения повышения предела огнестойкости несу- щих конструкций перекрытия. При этом доступ в межпо- толочное пространство может быть обеспечен только че- рез специально установленные люки. Устройство гипсокартонных потолков осуществляет- ся следующим образом. Сначала монтируется подвесная система каркас а затем к нему крепятся шурупами гип- сокартонные листы, заделываются стыки, грунтуется по- верхность, выполняется отделка. Образованный таким образом потолок представляет собой единую бесшовную поверхность, которая может быть плоской (горизонталь- ной или наклонной), либо криволинейной (в форме сво- да, купола), быть с уступами, переломами плоскостей и другой комбинированной. Конструкция потолка позволя- ет устанавливать любые типы подсветок и светильников (встроенных, накладных, подвешенных). Для сплошных потолков применяются два типа под- весных систем: одноуровневые и двухуровневые. Основ- ные профили подвешиваются с помощью подвесов к ба- зовому потолку (перекрытию), к ним крепятся несущие профили, на которые и крепятся ГКЛ (рис. 32.20). В слу- чае одноуровневой системы основные и несущие профи- Рис. 32.18 Архитектурные решения реечных металлических по- толков Рис. 32.19. Ячеистые (решетчатые) металлические потолки: а, б - на основе полосовых (плоских) элементов; в, г - на основе гнутых (Лобразных элементов; 1 - несущий профиль; 2 - подвес; 3 - полосовой элемент; 4 - крепежный элемент; 5 - монтажный блок (модуль)
704 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ли располагаются в одном уровне, в двухуровневой - в двух уровнях. Для крепления криволинейных гипсокартонных эле- ментов требуются специальные металлические каркасы соответствующей формы (используются изогнутые ПП- профили - рис. 32.21 а). Изготавливают профили с ради- усом кривизны 0,5 м и более при максимальной длине дуги 6 м. Профили изгибают как полками внутрь, так и наружу, применяя, соответственно, при выпуклой или вог- нутой форме потолка. Для создания криволинейной формы поверхности по- толка необходимо сначала придать гипсокартону требуе- мую кривизну, а потом готовый элемент прикрепить к под- весному каркасу. Гипсокартонные листы в увлажненном состоянии обладают определенной пластичностью, т.е. способностью, не разрушаясь под действием внешних сил, изменять форму, а после высыхания сохранять новую фор- му. На этом принципе и построен процесс изготовления криволинейных элементов из ГКЛ с помощью соответству- ющих шаблонов (с радиусом кривизны более 0,5 м). Для изготовления криволинейных элементов с ма- лым радиусом кривизны (менее 0,5 м) применяют спо- соб фрезеровки часто расположенных гараллельных па- зов на заготовке. Затем заготовка укладывается на шаб- лон пазами вверх, изгибается, пазы зашпатлевываются. После просушки элемент устанавливается на место (рис. 32.22 а). Для создания ступенчатых поверхностей потолка не- обходимо гипсокартонный лист прорезать У-образными пазами вплоть до картона на противоположной стороне листа в тех местах, где делается излом. Пазы могут вы- полняться с тыльной и лицевой сторон, что позволяет переламывать лист в ту или иную сторону (рис. 32.22 б). Изготовив из гипсокартона развертку с пазами в оп- ределенных местах, можно создавать многообразные формы. Углы формируются путем склеивания или запол- нения шпатлевкой пазов после установки гипсокартонно- го элемента Рис. 32.20. Гипсокартонные сплошные потолки с металлическим подвесным каркасом: а - двухуровневым; б - одноуровневым; 1 - гипсокартонный лист; 2 - основной профиль; 3 - подвес; 4, 5 - соединители Рис. 32.21. Гипсокартонные сплошные потолки: а - криволинейный; б - ломаного очертания; 1 - перекрытие; 2 - подвес; 3 - дюбель; 4 - профиль арочный; 5 - крепежный эле- мент; 6 - потолочный профиль [ПП-профиль); 7 - уголковьй про- филь; 8 - буртик; 9 - саморез; 10 - шпатлевка; 11 - ГКЛ Рис. 32.22. Гипсокартонные сплошные потолки: а - применение комбинированного прямоугольно-изогнутого элемента; б - трехуровневый из элементов с фрезерованными У-образными пазами, 1 - подвес; 2 - ПП-профиль; 3 - соедини- тель угловой; 4 - лента разделительная
Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 705 32.3. Натяжные потолки Пленочные натяжные потолки представляют собой тонкую пленку или ткань, натягиваемую на специальный каркас, который закрепляется по периметру стен или на базовом потолке. Потолочная плоскость получается иде- ально ровной. Натяжные потолки имеют следующие преимущества: • широкая цветовая гамма; • способность скрывать все дефекты базового по- толка; • не пропускают пыль и воду; • являются влагостойкими, не коррозируют; • позволяют закрепить в межпотолочном про- странстве теплоизоляцию; • позволяют встраивать различные осветительные приборы, системы вентиляции, сигнализации и противо- пожарной безопасности; • практически не требуют ухода; • полотно потолка легко демонтируется - повтор- ный монтаж не влияет на качество потолка. Натяжные потолки можно устанавливать в помещени- ях любой конфигурации, под любым наклоном и в разных плоскостях; можно делать резкие и плавные переходы от одной плоскости в другую, создавать формы сводов, шат- ров и т.п. (рис. 32.23). Минимальное расстояние крепления натяжного по- толка от базового - 3 см, со встроенными светильника- ми-8-10 см. Светильники крепятся к базовому потолку, а в натяжном для них вырезаются отверстия, которые ок- леиваются по периметру специальным кольцом. В целях исключения скапливания конденсата в про- странстве между перекрытием и натяжным потолком в Рис. 32.23. Криволинейные натяжные потолки общественных по- мещений крепежных профилях предусматриваются вентиляцион- ные каналы. Для натяжных потолков используется поливинилхло- ридная (ПВХ) пленка (преимущественное применение) и полиэфирная ткань. Потолки из ПВХ-пленки. Толщина пленки составля- ет 0,15-0,35 мм, вес - 180-320 г/м2. Пленка эластична при комнатной температуре, при нагревании выше +65"С эластичность материала возрастает, и он хорошо растя- гивается. Последующее охлаждение до комнатной темпе- ратуры восстанавливает изначальную упругость пленки Это свойство материала используется для установки на- тяжного потолка. Пленка выпускается шириной 1,3-2,2 м, если требует- ся большая ширина, то полотнища легко соединяются между собой сваркой с образованием едва заметного шва. Поверхность материала может быть разнообразной: матовой или лакированной, с имитацией замши или мра- мора, зеркальной, полупрозрачной, перфорированной. Установка натяжного ПВХ-потолка начинается с креп- ления по периметру помещения на требуемом уровне декоративного крепежного профиля - багета, необходи- мого для крепления и натяжения пленки. Багет может быть и видимым, и скрытым. Выполняется багет из ПВХ- профиля или алюминиевого профиля, снабжается венти- ляционными каналами. Полотно натяжного потолка крепится к багету. При- меняются разные способы крепления: гарпунный, клино- вый и другие. «Гарпун» - это гибкая пластина из жесткого ПВХ, при- варенная по периметру потолочного полотна и предназ- наченная для соединения с багетом. Приваривать гарпун можно только в заводских условиях. Монтаж потолка по гарпунному способу крепления осу- ществляется следующим образом. С помощью тепловой «пушки» помещение нагревается до высокой температуры, и ПВХ-пленка, нагреваясь, становится податливой. Гарпун загоняется шпателем внутрь багета, где автоматически бло- кируется. После охлаждения ПВХ-пленки до комнатной тем- пературы образуется идеально плоский потолок. Клиновое крепление также позволяет выполнять натяжные потолки любых форм (плоские и трехмер- ные). Раскроенное под размер помещения полотно на- । ревается и просто зажимается на багете с помощью распорного профиля (как ткань в пяльцах для вышива- ния). Излишки пленки, выступающие из-под крепежно- го профиля, обрезают, а место стыка закрывают специ- альным плинтусом. Потолки из полиэфирной ткани. Используется ткань толщиной 0,25 мм, весом 200 г/м2, пропитанная полиуре- тановым составом. Ширина рулонов - 4-5 м, благодаря чему в большинстве помещений потолки можно выполнять без швов. Полотно из полиэфирной ткани очень прочное, устойчивое к большим нагрузкам, уколам, порезам. Натяжной потолок окрашивают акриловыми красками после его установки (всю поверхность или наносят деко- ративный рисунок), либо оставляют белым. Установка производится при комнатной температуре. Сначала крепится багет на стенах или потолке, в него за- щелкивается само полотно (по принципу защелки-клип- сы). Так как полиэфирная ткань является термоусадочным материалом (при нагревании сжимается), то образовав- шиеся при установке мелкие складки полотна «разглажи- ваются» при помощи строительного фена.
706 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 32.4. Подшивные потолки Подшивными потолками называются конструкции, в которых несущие элементы (деревянные бруски, сталь- ные гнутые профили) крепятся непосредственно к базо- вому потолку, а не подвешиваются (как в подвесных си- стемах потолков). Расстояние между базовым и подшив- ным потолком определяется только толщиной элементов обшивного каркаса. Подшивные потолки позволяют «сухим» способом де- корировать потолочную поверхность, скрыть неровности базового потолка, разместить встроенные светильники. Подшивные потолки устраивают из ДСП, пластиковых и других панелей, металлических реек, гипсокартонных листов. Декоративные облицовочные панели из различных материалов широко применяются также и для облицовки стен (см. п. 30.6, рис. 30.14; 30.15; 30.17). Металлические реечные конструкции рассмотрены в Разделе 30.1. Подшивные потолки отличаются только тем, что несущие профили не подвешиваются, а крепятся непосредственно к плите перекрытия. Подшивной гипсокартонный потолок - это сборная кон- струкция из ГКЛ и металлического каркаса из основных про- филей (ПП-профилей), закрепленных на базовом потолке. Подшивной потолок из гипсокартона преимуще- ственно используется в помещениях с неровностями в плоскости перекрытия не более 20 мм при отсутствии разводок коммуникаций в пазухе потолка. а Рис. 32.24. Полистирольные элементы клеевых потолков' а - плитки; б - потолочные карнизы; в - розетки 32.5. Клеевые потолки Клеевые потолки устраиваются приклеиванием на поверхность перекрытия квадратных (преимущественно 50 х 50 см) или прямоугольных плиток из полистиро- ла. Их лицевая поверхность может быть покрыта плен- кой (ламинирована), окрашена под дерево, ткань или камень. На поверхности плиток часто создается рельеф, имитирующий лепнину или резьбу. Потолочные плитки комплектуются полистирольными фасонными профиля- ми (потолочными карнизами), а также декоративными розетками (рис. 32.24). Клеевые потолки чаще всего применяются в жилых помещениях. Их можно использовать и в кухнях, но толь- ко из ламинированных плиток (с защитным слоем). Потолочные плитки можно приклеивать практически на любую предварительно очищенную поверхность базо- вого потолка. Используется клей для полистирола (на- пример, «жидкие гвозди») или специальный клей для по- толочных покрытий. ГЛАВА 33 СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 33.1. Лифты и эскалаторы Неотъемлемой частью многоэтажного здания является лифт как главное средство механизированного междуэтаж- ного сообщения, в большинстве случаев лифты размеща- ются непосредственно в лестничных клетках или смежно с ними, образуя лестнично-лифтовой узел (рис. 33.1). Современный лифт представляет собой сложное ин- женерное сооружение, где тесно переплетаются строи- тельные элементы, механические и электрические уст- ройства, электронная радиоаппаратура. Все разнообразие современных лифтов можно свес- ти к двум основным типам, различающимся принципом устройства приводной системы: электрическим и гидрав- лическим (недавно появились в России лифты с винтовым приводом). Электрический лифт - классический вариант конст- рукции подъемника с тяговыми канатами и электродви- гателем. Гидравлический лифт «выталкивается» выжим- ным штоком за счет давления масла (двигатель, приво- дящий в движение гидравлику, тоже электрический). Электрические и гидравлические лифты одного класса близки по своим основным характеристикам: грузоподъ- емности, скорости передвижения, уровню шума, осна- щенности и т.д. В нормах на проектирование жилых зданий предус- матривается размещение лифтов а зданиях с отметкой пола верхнего этажа от уровня планировочной отметки земли 12 (14) м и более, что соответствует высоте 5-6- этажного здания. В общественных и производственных объектах лиф- ты можно устраивать в зданиях меньшей этажности. Так, в больницах и т.п. предусматривают лифты в 2-3-этаж-
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 707 ных зданиях, а грузовые лифты - в 2-3-этажных зданиях общественного питания, торговых и некоторых произ- водственных. Конструкция лифтов и их эксплуатация подчинены ос- новной цели - созданию максимальных удобств для пас- сажиров с обеспечением быстроты движения лифта, вызо- ва на любой зтаж, автоматического открывания и закрыва- ния дверей, прямой связи пассажира с диспетчерской. Увеличение этажности зданий влечет за собой повышение требований к лифтам по производительности, совершен- ству конструкции, расширению возможности их использо- вания (транспортировка крупногабаритных предметов), повышению комфорта и безопасности движения. Общие сведения о главных составных частях лифта и связи их со строительными конструкциями здания приве- дены на рис. 33.2 на примере пассажирского лифта гру- зоподъемностью 400 кг с автоматическими раздвижными дверями. Основные типы и параметры лифтов, получивших наибольшее применение, приведены в табл. 33.1. Лифты малые грузовые предназначены для транс- портировки в магазинах, библиотеках, книгохранилищах, зданиях общественного питания и т.п., рассчитаны на ра- боту при температуре воздуха в машинном помещении и шахте от +5 до +40"С, относительной влажности воздуха не более 80% при температуре +20‘С. Лифты грузовые обычные, выжимные (гидравличес- кие) и с монорельсом устанавливаются в общественных и промышленных зданиях. Они рассчитаны на работу при температуре воздуха в машинном помещении от +5’С до +40"С, в шахте от +40*0 до -20'0. Таблица 33.1. Основные типы и параметры лифтов Грузоподь- емностъ, кг Кабина, мм Шахта, мм ширима глубина высота ширина | глубина 400 950 Лифты пассажирские 1100 2100 1550; 1700 1700; 1550 630 1100; 2100 2100:1100 2100 1850; 2550 2550; 1850 1000 1650; 2100 1450; 1100 2250 2350; 2550 2150; 1850 Лифты малые грузовые 100 900 650 1000 1300 750 250 900 1000 1200 1300 1150 Лифты грузовые обычные 500 1000 1500 1600 1700 1000 2000 2500 2600 2700 2000 2000 3000 2200 2750 3200 3200 2500 3500 3250 3700 5000 3000 4000 2400 3750 4200 Лифты грузовые выжимные (с нижним расположением машинного помещения) 500 1500 2000 2000 2200 2200 1000 2000 2500 2750 2700 2000 2000 2500 2200 2850 2700 3200 2000 3000 2850 3200 Лифты грузовые с монорельсом 1000 2000 2500 2700 2600 2700 2000 2000 2500 3700 2750 2700 3200 2500 3500 3250 3700 Рис. 33.1. Примеры планировочных решений лестнично-лифто- вых узлов зданий: а - 9-зтажного; б, в - 16-этажных с незадымляемой лестницей; г - 25-этажного с двумя лестницами
708 В.А. Пономарёв- АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Рис. 33.2. Пассажирский лифт: а - общий вид (разрез по шахте и машинному помещению); б - кинематическая схема лифта с верхним машинным помещени- ем; в - то же, с нижним Рис. 33.3. Взаиморасположение в плане шахт, кабин и дверей пассажирских лифтов грузоподъемностью 400 кг (а) и 630 кг (б) Отечественные лифты обычно имеют кабину непро- ходного типа (только одна дверь) и глухую шахту с син- хронно действующими автоматическими раздвижными дверями. Кабина и противовес двигаются по направляю- щим. В нижней части шахты имеется приямок с аморти- зационным устройством. Самые распространенные в жилищном строитель- стве пассажирские лифты грузоподъемностью 400 кг (5 пассажиров) и 630 кг (8 пассажиров) унифицированы в части размеров кабины и шахты в плане, которые сохра- няются как при расположении противовеса сзади кабины, так и сбоку от нее (рис. 33.3). Для предохранения от перегрузок площадь пола кабин принимается такой, чтобы количество помещающихся в ней пассажиров не могло превысить грузоподъемности лифта. Необходимое количество лифтов, их грузоподъем- ность и скорость в жилых зданиях различной этажности регламентируют данные табл. 33.2. Нормами установле- на нагрузка, приходящаяся на лифт. Так, в 6-10-этажных домах наибольшая общая площадь квартир на этаже сек- ции или на этаже коридорного дома составляет 600 м2 на 1 лифт, в 11-12-этажных при наличии двух лифтов - 600 м2, 13-17-этажных при наличии двух лифтов - 450 м2 и т.д. (по табл. 33.2). Скоростные лифты высотных зданий имеют скорость движения больше указанной в табл. 33.2. Она составляет 2; 2,8 и 4 м/с. Высота подъема лифтов грузоподъемностью 400- 1000 кг составляет 75 м, лифтов грузоподъемностью 1000-1600 кг - 150 м. Вместимость лифтов в зависимо- сти от грузоподъемности составляет: 5 пассажиров (400 кг), S (630), 10(800), 13 (1000), 16 (1250) и 21 (1600). Ширина площадки перед лифтом должна быть не менее: для пассажирских лифтов грузоподъемностью 400 кг - 1,2 м; 630 кг с кабиной шириной 2100 мм и глуби- ной 1100 мм - 1,6 м: с кабиной шириной 1100 мм и глуби- ной 2100 мм - 2,1 м. Системы управления лифтами допускают вызов пустой кабины на любой этаж внутренней регулировкой движения, а также с попутными остановками по вызовам при движении кабины вниз. Кроме того, система может быть внутренняя собирательная по приказам при движе- нии кабины вверх и вниз. Таблица 33.2. Необходимое количество лифтов, их грузоподъемность и скорость Этажность Количество! Грузоподъемность, кг; лифтов | скорость, м/с Макс. поэт, пло- щадь квартир, м2 до 10 Квартирного типа 1 400; 1,0 600 11-12 2 400; 1,0; 630; 1,0 600 13-17 2 400; 1,0 (1,6); 630; 1,0 (1,6) 450 18-19 3 2x400; 1,6; 630; 1,6 450 20-25 3 2x400; 1,6:630; 1,6 300 20-25 4 2x400; 1,62; 2x630; 1,6 450 3-5 Для престарелых 1 630; 1,0 800 6-9 2 400; 1,0; 630; 1,0 600 2-3 Для семей с инвалидами 1 630; 1,0 800 4-5 2 2x630; 1,0 800
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 709 В настоящее время шахты лифтов изготавливают из сборных железобетонных панелей толщиной 140 мм и вы- сотой на этаж (рис. 33.4 а) либо из сборных железобетон- ных объемных блоков (рис. 33.4 б). Все элементы формуют из тяжелого бетона. Предел огнестойкости таких конструк- ций принимают из условий I степени огнестойкости зданий. Сборные железобетонные объемные блоки типа «тру- ба» используются в зданиях высотой 9 и более этажей при высоте этажа 2,8-4,2 м, грузоподъемности лифта 400 и 630 кг с различным расположением противовеса. В зависимости от расположения по высоте шахты блоки подразделяются на нижние (приямок с тумбой под буфер кабины), средние (основные, по высоте этажа) и верхние (доборные, поставляемые вместе с плитой пере- крытия над шахтой). Блоки для шахт могут быть одинарные (на один лифт) или двойные (на два лифта). Последние допускается из- готавливать без внутренней бетонной перегородки, заме- няя ее ригелем из железобетона или прокатного металла в уровне междуэтажных перекрытий. В ряде случаев при возведении, в частности, лифто- вых шахт большой высоты может быть применен моно- литный железобетон, в том числе при возведении зданий методом подъема перекрытий и этажей. При невозможности устройства глухих шахт допуска- ется установка пассажирских лифтов со скоростью 1,0 м/с в металлокаркасных шахтах с остеклением или огражде- нием их перфорированными стальными листами. Под шахту лифта устраивают фундамент в виде мо нолитной бетонной плиты С целью звукоизоляции плита должна быть отделена от прилегающих конструкций зазо- ром не менее 20 мм. Шахты лифтов и машинные помещения не должны непосредственно примыкать к жилым помещениям. В многоэтажных гражданских зданиях шахту лифта проектируют как изолированное, отдельно стоящее со- оружение, не связанное с конструкциями здания (прин- цип разобщения). С целью звукоизоляции помещений ствол шахты отделяется от примыкающих конструкций зданий звукоизоляционной или воздушной прослойкой не менее 20 мм. На уровне междуэтажных перекрытий зазо- ры между стенками шахты лифта и плитами перекрытий заполняются звукоизолирующими прокладками. Опира- ние на стены шахты смежных конструктивных элементов здания не допускается. Машинное помещение, как правило, размещают над шахтой. В основу проектирования машинных поме- щений кладется строго определенная схема расположе- ния и взаимоувязки технического оборудования в соот- ветствии с функциональными требованиями. Необходи- мо, чтобы в помещении были обеспечены нормальные эксплуатационные условия в отношении его размеров, расположения входа, монтажных люков, внутренних про- ходов, удобства обслуживания электрооборудования, ус- тройства для подъема и перемещения тяжелых агрегатов Минимальные размеры машинных помещений в пла- не для лифтов различной грузоподъемности составляют: 400 кг - 2,8 х 3 м; 630 кг - 3 х 3,3 м, 1000 кг - 3,5 х 3,6 м Высота помещений - 2,5-3 м. При входе в машинное помещение за дверью должна быть свободная площадь пола размером 1 х 1 м. Двери должны иметь размеры не менее 1.8 х 0,8 м и открывать- ся только в наружную сторону. Устройство входа в машин- ное помещение через люки не допускается. Лестница, ведущая ко входу в машинное помещение, должна обеспечивать удобное и безопасное пользование ею: иметь поручни, ширину не менее 75 см, высоту сту- пеней - не более 20 см, уклон - не более 65'. Ступени обычно выполняются из листового металла с рифленой поверхностью. Для перемещения в пределах машинного помещения агрегатов при их демонтаже применяются инвентарные ручные тали. С этой целью под потолком помещения ук- ладывается стальная балка (монорельс). Панорамные лифты. Совершенствование лифтовых технологий, а также распространение атриумных зданий в последние десятилетия, явились причинами внедрения особых видов лифтов - панорамных (рис. 33.5). Внешне привлекательные формы кабин панорамных лифтов не только уменьшают дискомфорт пассажиров от нахождения в ограниченном пространстве, но и дают воз можность обзора окружающего пространства. Для созда- ния панорамного обзора кабины лифтов имеют макси- мально возможное стеклянное ограждение, как правило, с применением металлического каркаса и облицовки. Дизвйн панорамного лифта, не ограниченного лифто- вой шахтой, разрабатывается с участием архитектора. При этом широкие возможности формообразования ис- пользуются с системами электрического или гидравли- ческого приводов. Рис. 33.4. Элементы сборных лифтовых шахт: а - из плоских панелей; б - из объемных блоков; 1 - панель с дверным проемом; 2 - глухая панель; 3 - плита перекрытия; 4 - доборный верхний блок; 5 - основной блок; 6 - блок приямка
710 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Хотя панорамные лифты преимущественно предназ- начены для атриумных зданий (для внутренних про- странств), они успешно стали применяться и с внешней стороны архитектурных сооружений (в том числе с на- клонным расположением пути движения). Примером удачного применения панорамных лифтов служит Эйфе- лева башня в Париже. Лифты одноквартирных жилых домов. Особен- ность таких лифтов заключается в том, что они изначаль- но созданы для малоэтажных жилых зданий - их конст- Рис. 33.5. Панорамные лифты «ОТИС» в атриумных зданиях рукция учитывает специфические требования, для монта- жа не нужна особая строительная часть и возведение до- полнительных несущих конструкций. Необходимо лишь пространство на 15 см ниже уровня пола нижнего этажа и 2,5 м от пола верхнего этажа до верха перекрытия шахты. Механика состоит из бака с маслом и гидравличе- ского агрегата, размеры которого позволяют установить его в любое место, к примеру, под лестницу. Лифт бесшу- мен, питается от электросети напряжением 220 В, мощ- ность около 3-4 кВт. Электроэнергия потребляется толь- ко при подъеме, спуск осуществляется под собственной тяжестью кабины (при открытии специального клапана). Рис. 33.6. Схемы размещения и конструкция эскалаторов: а - параллельное; б - последовательное; в - перекрестное; г - разрез; д - размещение двух поэтажных эскалаторов; е - кон- струкция поворота ступеней; 1 - элементы несущей фермы; 2 - опорный столбик; 3 - поэтажное ограждение перекрытия; 4 - несущая ферма; 5 - резиновая лента (поручни); 6 - ступень; 7 - тележка; 8 - ролики; 9 - стальной лист
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 711 Кабина, рассчитанная на 4-5 человек (360 кг), дви- жется со скоростью 0,2 м/с. Высота подъема кабины до 15 м при максимум 5-ти остановках. Лифт может с успехом «вписаться» в жилой интерьер - дверь в шахту ничем не отличается от обычной комнатной. Эскалатор - механическое подъемное устройство для сообщения между этажами, работающее по принци- пу движущегося лестничного полотна. Применение эскалаторов рационально в крупных об- щественных зданиях с массовым интенсивным передви- жением посетителей - торговых центрах, вокзалах, аэро- портах и т.п., так как их пропускная способность в не- сколько раз превышает этот показатель лестниц и состав- ляет 150 чел ./мин. В зданиях применяют одномаршевые эскалаторы на высоту зтажа (по аналогии с лестницами). Схемы их рас- положения показаны на рис. 33.6 а-в. Расположение эскалаторов в здании зависит от на- правления наиболее интенсивных людских потоков, но по конструктивным требованиям их необходимо вписы- вать в сетку колонн так, чтобы проемы в перекрытиях (для встраивания эскалатора) не приходились на места расположения основных несущих конструкций перекры- тий - ригелей. Угол наклона эскалатора принимают не более 30*. при этом глубина ступени-тележки равна 400 мм, высота 200 мм. Ширина полотна рассчитана на размещение на ступени одного или двух человек и принимается 500; 600; 750; 1000 и 1200 мм. Скорость движения 0,5-0,75 м/с. Одномаршевый эскалатор состоит из натянутых це- пей-ступеней, опирающихся на несущие наклонные ме- таллические фермы (каркас), которые устанавливаются (опираются) на несущие элементы междуэтажных пере- крытий (рис. 33.6 г). При больших высотах подъема (бо- лее 10 м) может применяться промежуточная опора в виде рамы из стоек и ригеля. Цепи-ступени, каждая из которых движется на четы- рех бегунках, образуют при их объединении эскалаторное полотно. Верхняя ветвь полотна является рабочей, а ниж- няя - холостой. Положение полотна во время движения фиксируется направляющими, которые крепятся к на- клонной ферме и обеспечивают горизонтальное положе- ние ступеней на протяжении всего пути. D конструкцию эскалатора входят приводная станция (вверху), натяжная станция (внизу), движущиеся поручни, установленные на ограждающие барьеры высотой 90 см, смазочные устройства, поддоны, мусоросборники. Для исключения аварийных ситуаций в конструкции предус- мотрена система блокировок. Эскалаторы не являются эвакуационными путями, а по- этому располагаются в помещениях открыто. Для обеспе- чения пожарной безопасности эскалаторы в зданиях долж- ны дублироваться огнестойкими лестничными клетками. 33.2. Элементы санитарно-технического оборудования Вентиляционные устройства. Основной задачей вентиляции является обеспечение в помещениях нор- мальной чистоты и влажности воздуха путем удаления загрязненного воздуха и подачи свежего. Вентиляция по- мещений бывает естественная, вытяжная канальная и приточно-вытяжная. Естественная вентиляция осуществляется через открытые элементы окон (створки, фрамуги, форточки), а также путем инфильтрации, т.е. через поры материала стен и неплотности оконных и дверных заполнений. В массовом жилищном строительстве принята следу- ющая схема вентилирования квартир: отработанный воз- дух удаляется непосредственно из зоны его наибольшего загрязнения (из кухни, санитарных помещений) посред- ством естественной вытяжной канальной вентиляции. Его замещение происходит за счет наружного воздуха, поступающего через неплотности наружных ограждений (главным образом оконного заполнения) помещений квар- тиры и нагреваемого системой отопления. Таким образом происходит воздухообмен во всем объеме квартиры. Для осуществления организованного притока наруж- ного воздуха в помещениях жилых зданий рекомендуется применять регулируемые приточные устройства. В каче- стве одного из возможных вариантов используются ще- левые вентиляционные клапаны, устанавливаемые в верхней части оконной рамы, которые регулируются ме- ханически путем открывания и закрывания задвижки. В конструкциях современных окон (например, из ПВХ) пре- дусматриваются специальные вентиляционные системы. Вытяжная вентиляция с естественным побуждением выполняется, как правило, в соответствии со схемами, представленными на рис. 33.7 (преимущественной явля- ется схема, показенная справа). Вентиляционная сеть образуется из унифицированных по высоте здания по- этажных блоков. Выпуск воздуха в атмосферу осуществляется: - при холодном чердаке через вытяжные шахты, за- вершающие каждую вертикаль вентблоков и проходящие транзитом через чердачное помещение; - при теплом чердаке через общую вытяжную шахту, одну на секцию дома, размещаемую в центральной части соответствующей секции чердака; при этом воздух из вентканалов всех квартир поступает в объем чердака че- рез оголовки в виде диффузора. Повышение эксплуатационной надежности системы естественной вытяжной вентиляции достигается при ис- пользовании одной вертикали вытяжных каналов на квар- тиру путем использования объединенных блоков. Пример решения объединенного вентблока, совмещенного с са- нитарно-технической кабиной, представлен на рис. 33.8. Конструкция и технология монтажа вентиляционных блоков должны предусматривать возможность гермети- зации их междуэтажных стыков. Герметичность вентиля- ционной сети имеет особое значение для естественной вытяжной вентиляции. Наличие неплотностей приводит
712 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ не только к избыточному воздухообмену в квартирах ниж- них этажей многоэтажных зданий, но и к выбросам за- грязненного воздуха через них из сборного канала в квар- тиры верхних этажей. В приточно-вытяжных системах вентиляции воз- дух поступает в помещение через приточную камеру, где Рис. 33.8. Объединенный вентблок, совмещенный с санитарно- технической кабиной: 1 - «колпак» с вентблоком; 2 - днище сантехкабины; 3 - проклад- ка уплотнительная; 4 - ограничители проволочные; 5 - перекры- тие междуэтажное Рис. 33.9. Санитарно-технические панель (а) и блок (б): 1 - ось ванны; 2 - ось умывальника; 3 - ось унитаза; 4 - ось мой- ки; 5 - газовый стояк; 6 - канализационный стояк; 7 - отопитель- ный стояк; 8, 9 - трубы горячего и холодного водоснабжения он, в зависимости от требований, предварительно подо- гревается или охлаждается, увлажняется, очищается от пыли и т.д. Системы санитарно-технических трубопроводов (во- допровода, горячего водоснабжения, отопления, канали- зации, газоснабжения) целесообразно монтировать в специальных санитарно-технических панелях или бло- ках (рис. 33.9), что позволяет на строительной площадке монтировать готовые панели и блоки, сопрягать их меж- ду собой и устанавливать санитарные приборы. Недо- статком панелей является значительная трудоемкость ремонта и замены труб. Этого недостатка лишены сани- тарно-технические блоки (рис. 33.9 б), представляющие собой в сечении П-образный железобетонный элемент. Открытую боковую часть блока закрывают съемным щи- том или дверцей. В сборном индустриальном строительстве применя- ют санитарно-технические кабины полной заводской го- товности. Санитарно-техническая кабина - объемный блок, внутри которого расположены один или два сани- тарных помещения (совмещенный или раздельный сан- узел) с установленным оборудованием (ванна, умываль- ник, унитаз, регистр отопление-сушилка) и законченной внутренней отделкой (рис. 33.10). Блок выполняют пре- имущественно по типу «колпак». Его размеры в плане за- висят от габаритов и расположения оборудования (рис. 33.10 б). Материал стен и перекрытия - бетон, легкий бетон, асбоцементные листы по каркасу. Наиболее рас- пространены железобетонные кабины с толщиной стенок Рис. 33.10. Санитарно-технические кабины: а - общий вид; б - варианты решений плана
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 713 40 мм. Для улучшения звукоизоляции ненесущие конст- рукции кабины устанавливают на перекрытие по слою песка или древесно-стружечной плиты. Устройство мусоропровода - массовое решение мусороудаления в многоэтажных зданиях. Мусоропровод состоит из жесткого вертикального ствола с приемными клапанами. В верхней части ствол завершается вентиля- ционной трубой с дефлектором, внизу - шиберным уст- ройством - заслонкой, которая при необходимости пере- крывает ствол мусоропровода (рис. 33.11). Нижняя часть ствола расположена в мусоросборной камере над тележкой с контейнером для мусора или мусо- росборником. Мусоропроводы в жилых домах обычно раз- мещают в отапливаемых лестничных клетках. К загрузочным клапанам устраивают удобные и освещенные подходы. Ствол мусоропровода выполняют из асбестоцемент- ных труб с внутренним диаметром 400 мм. Стволы раз- мещают открыто, заделывают в стену (перегородку) или облицовывают. Стволы нельзя размещать в стенах жилых помещений. Мусоросборные камеры высотой не менее 2,2 м рас- полагают в зоне здания с удобным подъездом. Пол мусо- рокамеры должен быть выше уровня тротуара на 8-10 см с устройством пандуса наружу. Мусорокамера должна иметь самостоятельный вход, изолированный глухими стенами и козырьком от расположенных рядом окон и входов в здание. Камеру снабжают водопроводным кра- ном и шлангом для мытья стен, пола и мусоросборников. Рис. 33.11. Схема устройства мусоропровода: 1 - дефлектор; 2 - вентиляционный канал; 3 - ствол; 4 - прием- ный клапан; 5 - водопроводный кран; 6 - шиберное устройство; 7 - бункер; 8 - тележка; 9 - трап Для быстрого отвода воды пол выполняют с уклоном и оборудуют трапом. Для исключения опасности смерзания мусора в камере поддерживается температура не ниже +5’С в зимний период. Встроенные системы экологичной уборки. Суть нового способа уборки помещений проста: сор и пыль с потоком воздуха попадают по трубопроводу в силовой агрегат, где воздух очищается и затем выводится (также по трубе за пределы помещения (дома). Установка со- стоит из стационарного силового агрегата, системы пневмопроводов, соединяющих пневморозетки с цент- ральным пылесосом, уборочного шланга и набора наса- док для различных видов покрытий (рис. 33.12). Система уборки включается автоматически и обеспе- чивает постоянную силу всасывания. Достаточно вста- вить уборочный шланг в одну из пневморозеток и выбрать нужную насадку. Агрегат устанавливается вне жилой зоны (обычно во вспомогательных помещениях) и оборудуется глушите- лем, поэтому шума от работы практически не слышно. Воздуховоды из ПВХ-труб монтируются под полом, в па- зухах подвесного потолка, встраиваются в стены и пере- городки. Пневморозетка похожа на обычную электроро- зетку и оборудуется декоративной крышкой. Существуют несколько разновидностей встроенных систем централизованной уборки помещений: 1) силовой агрегат оборудован объемным съемным пылесборником - его можно чистить всего 2-3 раза в год. Позволяет производить уборку помещений площадью от 100 до 1100 м2; Рис. 33.12. Система встроенной экологичной уборки: 1 - силовой агрегат; 2 - пневмопровод; 3 - пневморозетка; 4 - убо- рочный шланг с насадкой; 5 - пневмосовок; 6 - наружный вывод
714 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Таблица 33.3. Классификация фонарей произ- водственных зданий 2) силовые агрегаты оборудованы фильтром циклон- ного типа и пылесборником. Отсутствие традиционных фильтров увеличивает рабочую мощность силового агре- гата. Недостаток - циклон не очень хорошо осаждает мелкую пыль, и внешний выхлоп выбрасывает ее наружу; 3) принципиально новый метод фильтрации - можно производить как сухую, так и влажную уборку. Силовой агрегат подключается к водопроводу и канализации, во- дяной фильтр промывает поток загрязненного воздуха и сливает жидкую грязь в накопитель, а встроенные датчи- ки уровня жидкости позволяют автоматически спускать отработанную воду в канализацию. 33.3. Фонари производственных зданий Фонари производственных зданий подразделяют (табл. 33.3)'. • по назначению - световые (рассматриваются в п. 26.7}, светоаэрационные и аэрационные; • по типу - двухсторонние с вертикальным и на- клонным остеклением, односторонние с вертикальным и наклонным остеклением (шеды) и зенитные (с горизон- тальным и малоуклонным остеклением); • по конструктивному решению - фонари-над- стройки и фонари, располагаемые в уровне покрытия; • по расположению - продольные и поперечные; • по поперечному сечению - односкатные, тра- пециевидные, М-образные. пилообразные, сводчатые, треугольные. Наибольшее распространение получили прямоуголь- ные светоаэрационные фонари-надстройки. Аэрационные и светоазрационные фонари предназна- чены для производственных зданий со значительными теп- ловыделениями, в остальных случаях рекомендуется при- менять световые зенитные фонари, обладающие большой светоактивностью и теплоизолирующей способностью. Светоаэрационные фонари разработаны шириной 6 и 12 м с покрытием из профилированного стального настила и из железобетонных плит при шаге стропильных конструкций 6 и 12 м. Фонари располагают по оси проле- тов здания (продольное расположение) так, чтобы они своими торцами не доходили на один шаг ферм (балок) до торца или поперечного температурного шва здания. Несущие конструкции фонарей предназначены для зда- ний со стальными стропильными фермами, имеющих от- метку верха фонаря не более 30 м над уровнем земли, и пролетами 18; 24; 30 и 36 м. Светоаэрационный фонарь представляет собой П- образной формы надстройку на покрытии здания, про- дольные и торцовые проемы которой заполнены перепле- тами (рис. 33.13). Несущие конструкции фонаря состоят из фонарных панелей, фонарных рам, панелей торца. Фонарная панель состоит из несущего борта в виде спе- циального гнутого профиля, вертикальных стоек, верх- него и среднего обвязочных швеллеров, к которым под- шиваются переплеты. Фонарная рама является попе- речным элементом фонаря, устанавливается на стро- пильную ферму и состоит из верхнего пояса, стоек и рас- косов. Панель торца фонаря совмещает функции фонар- ной рамы и фонарной панели и состоит из стоек, раско- сов и верхней обвязки. Покрытие фонарей - горизонтальное с наружным не- организованным водоотводом. Железобетонные плиты
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 715 покрытия фонаря опираются на консоль стойки фонарной панели, опущенной на 300 мм ниже верхнего пояса фо- нарной панели. Переплет состоит из рамы и устройств для крепления стекла. Переплеты имеют верхнюю подвеску и являются взаимозаменяемыми. Открывание и закрывание пере- плетов фонарей предусматривается с помощью механиз- мов с дистанционным управлением. На рис. 33.13 показаны разрезы фонарей шириной 6 и 12 м с одним или двумя ярусами переплетов с покрытиями из стального профилированного настила или железобе- тонных плит. На рис. 33.14 изображены основные узлы кон- струкций фонарей и их сопряжение с покрытиями зданий. Аэрационные фонари используют в производствен- ных зданиях, характеризующихся большим выделением избыточного тепла и вредных веществ. Такие фонари яв- ляются характерным типологическим элементом фасадов большинства «вредных» и «горячих» цехов. Для обеспечения одновременной работы вытяжных проемов с обеих сторон фонаря чаще всего применяют незадуваемые аэрационные фонари (рис. 33.15). Их кон- структивной особенностью являются специальные ветро- защитные панели (щиты}, располагаемые на некотором расстоянии от фонаря вдоль их продольных сторон. По форме ветрозащитных щитов их разделяют на три типа: прямолинейные вертикальные, прямолинейные наклон- ные и криволинейные. Незадуваемые аэрационные фонари работают на вы- тяжку при любом направлении ветра, так как с подветрен- ной их стороны создается отсос (разрежение} благодаря срыву струй ветра с ребер ветрозащитных панелей (щитов). Наиболее распространенными являются аэрационные фонари системы КТИС (рис. 33.16). Они предназначены для аэрации цехов с круглосуточной работой и со средни- ми значениями избыточных тепловыделений. Высота их аэрационных проемов бывает 1,25; 1,7; 2,4 и 3,4 м. Фонарь имеет стальной каркас, по характеру аналогич- ный светоаэрационным фонарям. Несущие элементы ог- раждающей части покрытия - железобетонные плиты, кото- рые в фонарях укладывают по поперечным рамам каркаса с Рис. 33.13. Схемы светоаэрационных фонарей: а - шириной 6 м с покрытием из профнастилв; б - то же. из железобетонных плит; в - шириной 12 м с покрытием из профнастила с одним ярусом переплетов; г - то же, с двумя ярусами; д - шириной 12 м с покрытием из плит с одним ярусом переплетов; е - то же, с двумя ярусами; 1 - оси узлов стропильных ферм; 2 - верх стропильной фермы
716 В А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ образованием навеса, препятствующего попаданию внутрь здания косо падающего дождя. Покрытие по фонарям сис- темы КТИС может быть утепленным и неутепленным. Ветрозащитные панели выполняют поворотными, укрепляя на нижней горизонтальной оси. При помощи этих панелей регулируют расход воздуха через фонарь. Ветрозащитные панели изготавливают в виде стальных рам. заполненных асбестоцементными или другими ли- стами. По торцам фонаря устанавливают торцовые вет- роотбойные щиты. 33.4. Камины Все камины могут быть классифицированы по раз- личным признакам и параметрам. Самая общая класси- фикация - по типу используемого топлива: твердотоп- ливные (дровяные, угольные), газовые и электричес- кие. Наиболее распространенные камины - твердотоп- ливные, в частности - дровяные. Дровяной камин - открытая комнатная печь с пря- мым дымоходом, согревающая комнату непосредствен- ным пламенем горящего топлива. Домашний очаг в виде камина существует в Европе очень давно и некоторые свои функции, такие как просу- шивание помещения, улучшение циркуляции воздуха, выполняет до сих пор. Как единственное обогревательное Рис. 33.14. Продольный (а) и торцовый (б) фасады и узлы свето- аэрационных фонарей средство камин нельзя считать эффективным в климате, где требуется непрерывный обогрев жилища 5-7 месяцев в году. И хотя в современных условиях отопительную фун- кцию камина скорее следует считать второстепенной, как элемент интерьера камин выдержал испытание веками и не потеряет своей актуальности и в будущем. Рис. 33.15. Схемы незадуваемых аэрационных фонарей: а - системы КТИС: б - системы ПСК-2; в - системы Гипромеза; г - системы Батурина-Бранта; 1 - ветрозащитные панели с ниж- ней подвеской: 2 - направление ветра: 3 - отработанный воздух; 4 - ветрозащитные панели со средней подвеской; 5 - щель для отвода атмосферных осадков; 6 - поворотный клапан: 7 - защит- ный зонт; 8 - жалюзийная решетка; 9 - остекленные переплеты Рис. 33.16. Незадуваемый аэрационный фонарь системы КТИС: а - схема цеха с расположением фонаря; б - конструкция фона- ря; 1 - покрытие; 2 - рама; 3 - верхний пояс фермы; 4 - ось штан- ги прибора; 5 - покрытие цеха; 6 - ветрозащитная панель
Раздел VI. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ 717 По конструкции камины делятся на две группы: от- крытые и закрытые, у которых топка обычно герметично закрыта стеклом. Стеклянные дверцы камина могут иметь самую разнообразную форму. Это может быть одна боль- шая дверца или несколько створок, которые закрывают топку с одной, двух или трех сторон. Открываться они могут по-разному - распахиваться, сдвигаться в сторону или подниматься вверх. Камин можно органически вписать в любое помеще- ние - от кухни до спальни, более того, в доме может быть несколько каминов. Фронтальные и угловые камины бывают разных ти- пов: пристроенные к стене и встроенные. Можно устано- вить камин и посреди помещения. Бывают и двухсторон- ние камины - со «сквозной» топкой, выходящей по раз- ные стороны стены. Традиционным можно считать угловое расположение камина. Эта традиционность происходит с тех пор, когда камин служил не только и не столько украшением инте- рьера, сколько для отопления жилища. При таком распо- ложении он мог быть обращен различными фасадными плоскостями сразу в три-четыре помещения и, соответ- ственно, обогревать их все. Предназначенный для создания комфорта, камин об- разует вокруг себя зону отдыха и общения, стилистичес- ки увязывается с интерьером помещения. Каждый камин классической кирпичной кладки инди- видуален. Он может быть роскошным и самым простым, миниатюрным и огромным. Вес камина может достигать 1,5-2 т. В этом случае он требует устройства собственно- го фундамента. Любой камин состоит из трех частей: топки, дымохо- да и портала (рис. 33.17). Топка. Топки бывают двух типов — открытые и закры- тые. Открытые топки представляют собой ниши из огне- упорного кирпича или керамических блоков. Камин с от- крытой топкой используется и как декоративный элемент интерьера, и как приспособление для быстрого обогре- ва. Перед открытой топкой обычно устанавливается экран или декоративная ширма. КПД камина с открытой топкой невысок, поскольку камин не может накапливать тепло. Закрытые топки делают горение более эффективным и продолжительным. Закрытая топка состоит из металли- ческих стенок, основания топки, дымосборника и дверцы со стеклом. Применяется специальное кварцевое стекло, выдерживающее температуру до +800'. Для повышения теплоотдачи внутренние стенки топки должны обладать высокой отражающей способностью, по- этому их делают как можно более гладкими и ровными, а иногда облицовывают листами латуни или нержавеющей стали. Открытая топка выкладывается из ровного огнеупор- ного кирпича с толщиной стенок минимум в полкирпича. В верхней части топочной камеры обычно устраива- ется газовый порог - уступ («зуб»). Он препятствует вы- брасыванию искр из трубы, защищает топку от встречных воздушных потоков, способных вызвать задымление по- мещения и выброс сажи, а также улучшает тягу при раз- жигании камина. В поду (нижней части камина) делается углубление для сбора золы - поддувало. Кроме того, под- дувало служит дополнительным источником подачи воз- духа для топки (в конструкциях с закрытой топкой). Дымоход представляет собой вертикальный канал, служащий для отвода продуктов горения и притока к топ- ливу свежего воздуха. Тяга в дымовой трубе происходит за счет того, что плотность находящихся в ней нагретых дымовых газов меньше плотности наружного воздуха. Дымоход - важная часть любого камина, так как от него зависит правильная циркуляция воздуха. При устрой- стве дымохода важно учитывать следующие параметры: • конструкцию и расположение дымохода (в усло- виях российского климата дымоход желательно распола- гать в теплой части здания, ближе к коньку крыши); • качество и форму внутренних стенок дымохода (поверхность стенок выполняют гладкой и вертикальной, оптимальная форма - круглая); • материал внутренних стенок (следует использо- вать полнотелый обожженный глиняный кирпич высокого качества); • высоту дымохода (минимальная высота около 5,5 м). Материалы для портала. Большое влияние на харак- тер камина, на восприятие его образа оказывают не толь- ко форма, но и материалы внешней отделки. Основные ма- териалы, которые чаще всего используют в настоящее время: дерево (для полок), кирпич, туф, ракушечник, пес- чаник, гранит, мрамор, а также металл и керамика. Приме- нение того или иного материала диктуется многими фак- торами: эстетическими, местоположением в интерьере, предназначением, эксплуатационными качествами и т.д. Газовый камин имеет основную функциональную часть - горелку с распределенным особым образом пла- менем. Она декорируется керамическими поленьями, ос- нащена автоматикой, позволяющей удобно и безопасно пользоваться газовым камином. Автоматика настраивает- ся на определенный тип газа. Достоинствами таких ками- нов являются удобство эксплуатации, чистота, минималь- ные требования к обслуживанию. Электрические камины - это устройства, имитиру- ющие процесс горения. Самые простые из них имитиру- ют тлеющие угли, у других имеется имитация языков пла- мени. Некоторые из устройств оснащаются тепловенти- ляторами. Рис. 33.17. Основные конструктивные элементы пристенного камина: а - дымосборник; б - каминная полка; в - топочная камера; г - портал; д - подкаминная полка; е - дровница
718 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящем учебнике изложены все вопросы дис- циплины, предусмотренные основной образовательной программой подготовки бакалавра по направлению «Ар- хитектура». Содержание учебника включает разделы кон- струирования зданий гражданского и промышленного назначения, начиная от «основ» и заканчивая специфи- ческими вопросами «тектоники». Основное же внимание уделено конструированию несущих и ограждающих эле- ментов зданий. В соответствии с государственным образовательным стандартом (ГОС) изложение материала ориентировано на студентов II—IV курсов; вопросы, относящиеся к спе- циализации, в излагаемом курсе не рассматриваются. Методическое построение учебного материала не предполагает использования какой-либо конкретной учеб- ной программы (в архитектурных вузах она может быть различной); структура учебника подчинена задачам мето- да комплексного учебного архитектурного проектирова- ния: акцентировано внимание на тех методах и приемах, которые должны способствовать выявлению архитектурно- композиционных возможностей конструкций, способство- вать разнообразию формообразования зданий. Важным средством в закреплении учебного матери- ала являются практические работы по дисциплине, оз- накомительная и производственная практики, экскурсии на строительные объекты. Особенно важным для зак- репления полученных знаний и выработки профессио- нальных навыков является выполнение курсовых и дип- ломных проектов. Для более детальной и углубленной проработки учеб- ного материала целесообразно использовать приведен- ную в конце учебника нормативную, справочную и другую учебную литературу, а также рекомендованные препода- вателями новейшие издания. Изучение материала учебника, который содержит об- ширную методически обработанную информацию, позво- лит обеспечить овладение специальными дисциплинами, составляющими фундамент для приобретения професси- ональных приемов и навыков по проектированию зданий. Важными задачами в конструировании зданий явля- ется как можно более полное использование тех возмож- ностей, которые предоставляет проектировщикам посто- янно расширяющийся ассортимент новых строительных материалов (а значит, и конструкций), знание степени и характера их влияния на архитектуру. Главными из прак- тических задач, присущих современной архитектуре, яв- ляется художественное освоение конструктивного фор- мообразования и претворение его в реальность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Айрапетов Д.П. Материал и архитектура. - М.: Строй- издат, 1978. 2. Айрапетов Д.П., Заварихин С.П., Макотинский М.П. Пластмассы в архитектуре. - М.: Стройиздат, 1981. 3. Алюминиевые конструкции: СНиП 2.03.06-85. - М.,1986. 4. Архитектурные конструкции / З.А. Казбек-Казиев, В. В. Беспалов, Ю.А. Дыховичный и др.; Под ред. З.А. Казбек- Казиева: Учеб, для вузов по спец. «Архитектура». - М.: Высш, шк., 1989. 5. Архитектурные конструкции. Книга 1. Архитектурные конструкции малоэтажных зданий / Ю.А. Дыховичный, З.А. Казбек-Казиев и др.: Учеб, пособие. - М.: «Архитек- тура-С», 2005. 6. Архитектурные конструкции гражданских зданий; 2-е изд. - Киев, 1988. 7. Архитектурная бионика / Под ред. Ю.С. Лебедева. - М.: Стройиздат, 1990. 8. Атлас деревянных конструкций / К.-Г. Гетц, Д. Хоор, К. Меллер, Ю. Наттерер: Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1985. 9. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания / Ф. Харт, Хенн В., X. Зонтаг: Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1977. 10. Берлинов М.В., Ягупоа Б.А. Строительные конструк- ции: Учебник для техникумов. - М.: Агропромиздат, 1990. 11. Бетонные и железобетонные конструкции: СНиП 2.03.01-84*. - М., 1995. 12. Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции: Учебник для техникумов. - М.: Высш, шк., 1985. 13. Божко Ю.Г. Архитектоника и комбинаторика формооб- разования: Учебник. - Киев: Высш, шк., 1991. 14. Буга П.Г. Гражданские, промышленные и сельскохо- зяйственные здания: Учебник для техникумов. - М.: Высш. шк. 1987. 15. Бюттнер О., Хампе Э. Сооружение - несущая конст- рукция - несущая структура; Анализ живой природы и градообразующей среды: Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1983. 16. Викторов А.М., Викторова Л.А. Природный камень в архитектуре. - М.: Стройиздат, 1983. 17. Гипсов А. Конструирование гражданских зданий: Учеб, пособие / - М.: «АСВ», 2004. Деревянные конструкции: СНиП II-25-80. - М., 1985. 19. Дома жилые одноквартирные: СНиП 31 -02-2001. - М., 2001. 20. Жилые здания: СНиП 2.08.01-89*. - М., 2001. 21. Зубарев ГН. Конструкции из дерева и пластмасс: Учеб, пособие для вузов. - М.: Высш, шк., 1990. 22. Инженерные конструкции. Учебник для вузов / Под ред. В.В. Ермолова. - М.: Высш, шк., 1991. 23. Каменные и армокаменные конструкции: СНиП 11-22- 81. - М., 1995. 24. Квашнин-Самарин С.И. Комбинированные системы индустриальных жилых зданий. - Л.: Стройиздат, 1986. 25. Кирсанов Н.М. Висячие и вантовые конструкции: Учеб, пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1981. 26. Конструкции гражданских зданий: Учеб, пособие для вузов / Под ред. Т.Г. Маклаковой. - М.: Стройиздат, 1986. 27. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб для вузов / Ю.В. Слицкоухов и др.: 5-е изд. - М.: Стройиздат, 1986. 28. КормаковЛ.И., ВалентинявичусА.Ю. Проектирование клееных деревянных конструкций. - Киев: Будивельник, 1983. 29. Кутухтин Б.Г., Коробков В.А. Конструкции промышлен- ных и сельскохозяйственных зданий и сооружений: Учеб, пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1995. 30. Лисенко Л.М. Дерево в архитектуре. - М.: Стройиз- дат, 1984. 31. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции граждан- ских зданий: Учебник. - М.: «АСВ», 2002. 32. Мардер А.П. Металл в архитектуре. - М.: Стройиздат, 1980. 33. Мардер А.П. Эстетика архитектуры: Теоретические проблемы архитектурного творчества. - М.: Стройиздат, 1988. 34. Мембранные конструкции зданий и сооружений: Справ, пособие; В 2 ч. / Под общ. ред. В.И. Трофимова и П.Г. Еремеева. - М.: Стройиздат, 1990. 35. Металлические конструкции: В 3 т. Т. 2. Стальные кон- струкции зданий и сооружений. (Справочник проектиров- щика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова. - М.: «АСВ», 1998. 36. Металлические конструкции: В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий: Учебник для строит, вузов / Под ред. В.В. Горева: 3-е изд. - М.: Высш. шк.. 2004. 37. Общественные здания и сооружения: СНиП 2.08.02- 89*. - М„ 2000. 38. Пневматические строительные конструкции / Под ред. В.В. Ермолова. - М.: Стройиздат, 1983. 39. Производственные здания: СНиП 31-03-2001. - М., 2001. 40. Сапрыкина Н.А. Основы динамического формообра- зования в архитектуре: Учебник для вузов. - М.: «Архитек- тура-С», 2005. - 312 с. 41. Современные пространственные конструкции (железо- бетон, металл, дерево, пластмассы): Справочник / Под ред. Ю.А. Дыховичного, Э.З. Жуковского. - М.: Высш, шк., 1991. 42. Современное здание. Конструкции и материалы. / А.А. Батищев, А.В. Волков, Е.Д. Карант и др. - М.-СПб.; «Новое», 2004. 43. Стальные конструкции: СНиП 11-23-81*. - М., 1990. 44. Строительные конструкции зданий и сооружений: Учеб, пособие для архит. вузов. / Под ред. А.Н. Могилата. - М.: Стройиздат, 1980. 45. Тепловая защита зданий: СНиП 23-02-2003. - М., 2004. 46. ТрущевА.Г. Пространственные металлические конст- рукции: Учеб, пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1983. 47. Файбишенко В.К. Металлические конструкции: Учеб, пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1984. 48. Шерешевский И.А. Конструирование гражданских зданий: Учеб, пособие для техникумов. - М.: «Архитекту- ра-С», 2005- 49. Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий: Учеб, пособие. - М.: «Архитектура-С», 2005. 50. Шуллер В. Конструкции высотных зданий: Пер. с англ. - М.: Стройиздат, 1979. 51. Ясиевич В.Е. Бетон и железобетон в архитектуре. - М.: Стройиздат, 1980.
ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Объемно-планировочные показатели жилых, общественных и производственных зданий 1. Площадь помещений жилых зданий следует определять по их размерам, измеряемым между отделан- ными поверхностями стен и перегородок на уровне пола (без учета плинтусов). 2. Площадь квартир определяется как сумма пло- щадей жилых комнат и подсобных помещений без учета лоджий, балконов, веранд, террас и холодных кладовых, тамбуров. 3. Общая площадь квартир определяется как сум- ма площадей их помещений, встроенных шкафов, веранд, холодных кладовых, а также лоджий, балконов и террас, подсчитываемых со следующими понижающими коэффи- циентами: для лоджий - 0,5, для балконов и террас - 0,3. 4. Площадь жилого здания следует определять как сумму площадей этажей здания, измеренных в пре- делах внутренних поверхностей наружных стен, а также площадей балконов и лоджий. 5. Общая площадь общественного здания опре- деляется как сумма площадей всех этажей (включая тех- нические, мансардный, цокольный и подвальные). 6. Полезная площадь общественного здания определяется как сумма площадей всех размещаемых в нем помещений, а также балконов и антресолей в залах, фойе и т.п., за исключением лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых лестниц и пандусов. 7. Расчетная площадь общественных зданий определяется как сумма площадей всех размещаемых в нем помещений за исключением коридоров, тамбуров, переходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутрен- них открытых лестниц, а также помещений, предназна- ченных для размещения инженерного оборудования и инженерных сетей. 8. Общая площадь производственного здания определяется как сумма площадей всех этажей (надзем- ных, включая технические, цокольный и подвальный), из- меренных в пределах внутренних поверхностей наружных стен, тоннелей, внутренних площадок, антресолей, асех ярусов внутренних этажерок, рамп, галерей и переходов в другие здания. В общую площадь здания не включают- ся площади технического подполья высотой менее 1,8 м до низа выступающих конструкций, а также площадок для обслуживания подкрановых путей, кранов, конвейеров, монорельсов и светильников. 9. Строительный объем здания определяется как сумма строительного объема выше отметки 0,000 (над- земная часть) и ниже этой отметки (подземная часть). 10. Площадь застройки здания определяется как площадь горизонтального сечения по внешнему обводу зда- ния на уровне цоколя, включая выступающие части. Пло- щадь под зданием, расположенным на столбах, а также про- езды под зданием аключаются в площадь застройки. 11. При определении этажности надземной части здания в число этажей включаются все надземные этажи, в том числе технический, мансардный и цокольный, если верх его перекрытия находится выше планировочной от- метки земли не менее чем на 2 м.
ПРИЛОЖЕНИЯ 721 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Условные буквенные обозначения (выборочно) наименований основных элементов, изделий и конструкций, входящих в марки (по ГОСТ 23009-78*, ГОСТ 26047-83) Наименование Обозначения Наименование Обозначения наименование Обозначения Арки А Окна ок Связи горизонтальные ГС Балки (кроме оговорённых Панели стеновые ПС Связи по колоннам СК ниже) Б Панели перегородок пг Структурные конструкции Балки обвязочные БО Перемычки ПР покрытий СП* Балки подкрановые БК Переплёты фонарей ФП Фахверк- ригели РФ' Балки подстропильные БП Плиты карнизные ПК Фахверк-стойки ТФ* Балки стропильные БС Плиты парапетные ПП Фермы подстропильные ФП Балки фундаментные БФ Плиты подоконные по Фермы подкраноео-подстроп ФП* Ворота В Плиты покрытий, перекрытий п Фермы стропильные ФС Двери Д Потолки подвесные ПП* Фермы фонарные фф Импосты ИМ Ригели р Фермы разного назначения ф’ Колонны к Рамы р’ Фонари аэрационные ФА* Косоуры, балки Ригели рам рр' Фундаменты столбчатые, лестничных площадок ЛБ Рамы ворот РВ плотные И Т П Ф Лестницы Л Рамы фонарей РФ Фундаменты ленточные ФЛ Лестничные марши ЛМ Стеновые блоки СБ Фундаментные блоки ФБ То же МЛ* Стеновые блоки цокольные СБЦ Монолитные железобетонные Лестничные площадки лп Ступени лс ребристые конструкции РКм То же пл* Сваи св Участки, расположенные Оболочки ОБ Связи фонарей СФ’ между элементами сборных Ограждения, перила ОГ Связи вертикальные вс конструкций Ум примечание. Обозначения, отмеченные знаком *, входят только в марки ме1аллических конструкций и изделий. ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Марки основных комплектов рабочих чертежей (выборочно по ГОСТ 21.101-97) Наименование основного комплекта рабочих чертежей ; Марка Наименование основного комплекта рабочих чертежей Марка Технология производства ТХ Интерьеры АИ Технологические коммуникации тк Конструкции железобетонные КЖ Генеральный план и сооружения транспорта ГТ Конструкции деревянные КД Генеральный план ГП Архитектурно-строительные решения АС Архитектурные решения АР Конструкции металлические деталировочные КМД
122 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Условные графические изображения строительных конструкций и их элементов (по ГОСТ 21.501 -93) Наименование Изображение наименование Изображение в плане е разрезе i 1. Перегородка из стеклоблоков I Т I I I 1 I I 2. Проемы 2.1. Проем (проектируемый без заполнения) 11. Двери, ворота 11.1. Дверь однопольная 11.2. Дверь двупольная 11.3. Дверь однопольная с качающимся полотном 2.4. Проемы: а) без четверти б) с четвертью 3. Пандус 4. Лестницы 4.1. Лестница металлическая: а) вертикальная б) наклонная 2.2. Проем, подлежащий пробивке в существующей стене, перегородке, покрытии, перекрытии 2.3. Проем в существующей стене, перегородке, покрытии, перекрытии Г.7 12.7. Со средним горизонтальным подвесом 12.8. То же, вертикальным 11.4. Дверь двупольная с качающимися полотнами 11.5. Дверь (ворота) откатная однопольная 11.6. Дверь (ворота) раздвижная двупольная 11.7. Дверь (ворота) подъемная 11.8. Дверь складчатая 11.9. Дверь вращающаяся 11.10. Ворота подъемно- поворотные 12. Переплеты оконные 12.1. С боковым подвесом, открывающийся внутрь 12.2. То же, наружу 12.3. С нижним подвесом, открывающийся внутрь 12.4. То же. наружу 12.5. С верхним подвесом, открывающийся внутрь 12.6. То же, наружу 12.9. Переплет раздвижной 12.10. Переплет с подъемом 12.11. Переплет глухой 12.12. Переплет с боковым и нижним подвесом, открывающийся внутрь
ПРИЛОЖЕНИЯ __ _„72? 4.2. Лестница: а) нижний марш б) промежуточные марши в) верхний марш 5. Элемент существующий, подлежащий разборке 6. Отмостка 7. Колонна а) железобетонная: сплошного сечения двухветвевая б) металлическая: сплошностенчатая двухветвевая 8. Ферма железобетонная, металлическая 9. Плита, панель 10. Связь металлическая: а) одноплоскостная вертикальная горизонтальная б) двухплоскостная в) тяжи 13. Арматурные изделия 13.1. Обычная арматура 13.1.1. Арматурный стержень: ______ а) вид сбоку б)сечение 13.1.2. Арматурный стержень с анкеровкой: Г~ а) с крюками I—-....»— I б) с отгибами I" ' " 13.1.3. Анкерное кольцо или пластина. Вид с торца 13.2. Предварительно напряженные арматурный стержень или трос: а) вид сбоку б) сечение 13.3. Сечение арматуры в трубе или канале 13.4. Анкеровка у напрягаемых концов 13.5. Заделанная анкеровка Вид с торца 14. Соединения элементов деревянных конструкций 14.1. На шпонках 14.2. На скобах 14.3. На коннекторах (зубчатых металлических пластинах) 14.4. Соединения на болтах , +++ 14.5. Соединения на шайбах 15. Каналы дымовые и вентиляционные 15.1. Вентиляционные шахты и каналы 15.2. Дымовые трубы (твердое топливо) 15.3. Дымовые трубы (жидкое топливо) -Ш4 ‘ 1 .Т-Г s д t -1 1“ И ( 0 и ] ® 1 15.4. Газоотводные трубы
724 ВА. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Графические обозначения материалов в сечениях Материал Обозначения Материал Обозначения Металлы и твердые сплавы Стеклоблоки Неметаллические материалы, в том числе волокнистые в Стекло и другие светопроницаемые материалы '"Л У/ я V % Я & Древесина вдоль волокон -—- Жидкости Древесина поперек волокон Гидроизоляционный материал Камень естественный Звуке- и виброизоляционный материал \ллл Керамика и силикатные материалы для кладки Теплоизоляционный материал так Бетон Насыпной материал, штукатурка, гипс, Железобетон ''//у.'/.- асбестоцемент и т,д. Грунт естественный Железобетон предварительно напряженный ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Рекомендуемый сортамент пиломатериалов для деревянных конструкций {по ГОСТ 24454-80) Толщина, мм Ширина, мм ЮО 125 150 175 200 225 250 19 + + + — - — - 22 + + + 4- 4- 4- - 25 + + + + + + - 32 + + 4- 4- 4- + - 40 + + + 4- 4- 4- — 44 + + + + + 4- - 50 + + + + 4- + 4- 60 + + + 4- 4- 4- 4- 75 + + + 4- + 4- 4- 100 + 4- + 4- 4- 4- 4- 125 + 4- + + 4- + 4- 150 + 4- + + 4- + 4- 175 - - - 4- 4- 4- 4- 200 - - - - + 4- + 250 — — — — +
ПРИЛОЖЕНИЯ 725 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Соотношение между некоторыми единицами измерения физических величин Наименование и обозначение величин Единицы (их обозначения) Соотношение допускаемые к применению международная система единиц СИ единиц Длина, 1 сантиметр (см) метр (м) 1 см = 0,01 м Масса, т грамм (г) килограмм (кг) 1 г = 0,001 кг Площадь, A, S квадратный сантиметр (см2) квадратный метр (м2) 1 см2 = 0,0001 мг Объем, V кубический сантиметр (см3) кубический метр (м3) 1 см3= 0, 000001 м3 Плотность, р грамм на кубический сантиметр (г/см3) килограмм на кубический метр (кг/м3) 1 г/см3 - 1000 кг/м3 Сила, нагрузка, вес, F(P, О, R, W] килограмм-сила (кгс), тонна-сила (тс), 1 тс= 1000 кгс ньютон (Н), килоньютон (кН) 1кН = 1000Н 1 кгс = 9.8 Н = 10 Н 1 тс « 10000 Н = 10 кН Линейная нагрузка, Р, Q килограмм-сила на метр (кгс/м) тонна-сила на метр (тс/м) ньютон на метр (Н/м) килоньютон на метр (кН/м) 1 кгс/м = 10 Н/м 1 тс/м = 10 кН/м Поверхностная нагрузка, р. q килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м2) тонна-сила на квадратный метр (тс/м2) ньютон на квадратный метр (Н/м2) килоньютон на квадратный метр (кН/м2) 1 кгс/м2 ~ 10 Н/м2 1 тс/м2 = 10 кН/м2 Напряжение, давление, модули деформаций, с, 1, £. G килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2) тонна-сила на квадратный метр (тс/м2) паскаль (Па), килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) 1МПа = 103кПа= 10® Па 1 кгс/см2 ~ 105Па = - Ю0 кПа = 0,1 МПа 1 тс/см2 = 106 Па = =1000 кПа = 1 МПа Момент силы (изгибающий момент), М килограмм-сила - метр (кгс • м) тонна-сила - метр(тс • м) ньютон - метр (Н • м) килоньютон - метр (кН • м) 1 кгс • м = 10 Н • м 1 тс • м = 10 кН • м Момент сопротивления плоской фигуры, W сантиметр в третьей степени (см3) метр в третьей степени (м3) 1 см3 = 10'6 м3 Момент инерции площади плоской фигуры осевой, / сантиметр в четвёртой степени (см4) метр в четвертой Степени (м4) 1см4 = 10’8м4 ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Огнезащитные составы несущих стальных конструкций Состав и его краткая характеристика Предел огнестойкости несущих элементов каркаса I I т Я15 1 Я45 Я90 Я120 при толщине покрытия, мм ПРОТЕРМ СТИЛ - белей краска, содержащая антипирены, акриловые полимеры, пигменты, коксо- и газообразующие вещества, которые при высокой температуре образуют теплоизолирующую пену 0,3 1 НУЛЛИФАЙЕР S 607 - жидкая краска белого цвета. Состоит из смеси олигомеров, воды и безопасных добавок. Применяется только для защиты внутренних конструкций зданий 0,3 0,8 1,6 ОЗК-45 - вододисперсионная краска на основе дисперсии поливинилацетата, наполнителей, пигментов и целевых добавок 0,4 1 ОГРАКС-В-СК - паста светло-серого цвета терморасширительного типа на водной основе. Под действием огня резко увеличивается в объеме с образованием пены. имеющей низкую теплопроводность 0.4 1 МПВО - вязкая суспензия полимеров, наполнителей и специальных добавок. Высокая эластичность, ударная вязкость, водостойкость, морозостойкость 1 3 Мвталлакс - ВМ - паста черного цвета. Композит на основе полимерных материалов. создающий при термическом воздействии теплоизолирующую огнезащитную пенококсовую шубу 1.5 "СГК-2» - двухкомпонентный состав из лака - полуфабриката и вспенивающего наполнителя, смешиваемый перед применением 3 5 ОЗС-МВ - паста бурого цвета на основе жидкого стекла, неорганических наполнителей и выгорающих добавок 8 15 20 НЬЮСПРЕЙ - сухая смесь, состоящая из вспученного вермикулита, цемента, наполнителей и целевых добавок. Наносится на поверхность штукатурными агрегатами методом мокрого торкретирования 4 10 19 25
726 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Способы защиты стальных конструкций от коррозии Степень агрессивного воздей- Способ защиты от коррозии несущих конструкций из углеродистой ствия среды на конструкции и низколегированной стали Неагрессивная Слабоагрессивная Среднеагрессивная Сильноагрессивная Лакокрасочные покрытия группы I а) горячее цинкование; б) газотермическое напыление цинка или алюминия; в) окрашивание лакокрасочными материалами групп I, II, III; г) изоляционные покрытия (для конструкций в грунтах) а) горячее цинкование с последующим окрашиванием материалами групп II и III; б) газотермическое напыление цинка или алюминия; в) окрашивание лакокрасочными материалами групп I, II, III; г) облицовка химически стойкими неметаллическими материалами а) термодиффузионное цинкование с окрашиванием материалами группы IV; б) газотермическое напыление цинка или алюминия с последующим окрашиванием материалами группы IV; в) облицовка химически стойкими неметаллическими материалами ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Канаты стальные для висячих покрытий Диаметр кената, мм Расчетная площадь сечения всех проволок, ммг Расчетная масса 10С м каната, кг I | Диаметр каната, ’ мм Расчетная площадь сечения веек проволок, мм2 Расчетная масса 100 м каната, кг Канаты одинарной свивки типа ТК конструкции 1 х 37 (1+6+12+18) 12/1,7 84 72 20/2,8 228 195 12,5/1,8 94 80 21/3 262 224 14/2 117 99 22,5/3,2 298 255 15,5/2,2 141 120 24/3,4 337 287 17/2,4 168 142 27/3,8 420 359 18,5/2,6 197 168 Канаты двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6х36( 1+7+7/7+14)+7 х 7 (1+6) 28 373 349 45,5 991 904 30 422 389 49 1163 1060 32,5 487 444 52 1304 1185 35,5 580 529 57 1520 1390 36,5 646 589 61,5 1782 1625 39 716 653 64 1880 1715 41 797 726 68 2058 1877 42 844 796 72 2316 2112 Канаты двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6 х 19(1 +6+6/6) + 7 х 7 (1+6) 8 29 27 23 247 226 8,8 35 33 25 279 256 9,7 42 39 27 337 309 11 53 49 31 450 412 12 62 57 33 497 456 14 86 79 36 589 541 15 100 92 38,5 674 619 16,5 121 111 41 768 705 18 144 132 46,5 988 906 19 165 152 49,5 1117 1025 22 217 199 55 1379 1265 Канаты закрытые несущие 50 1713 1469 60 2408 2063 52 1846 1583 65 2763 2367 54 1988 1704 70 3231 2767 55 2016 1728
ПРИЛОЖЕНИЯ 727 ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Невитые канаты из проволок диаметром 5 мм Марка каната | Количество проволок LUT Диаметр каната, мм Расчетная площадь сечения, мм2 Нормативное разрывное усилие, кН Масса 1 м, кг МП 19-5 19 25 3,7 667 3,0 МП 37-5 37 35 7,3 1260 5,8 МП 61-6 61 45 12 2032 9,8 МП 91-5 91 55 17,8 3034 14,3 МП 127-5 127 65 25 4202 20,3 МП 169-5 169 75 32,3 5498 26,5 МП 217-5 217 85 42,6 7211 34,6 ПРИЛОЖЕНИЕ 12 Арматурная сталь периодического профиля для висячих конструкции Номинальный диаметр, мм = 1 1 Площадь поперечного | сечения, см2 Масса 100 м, кг Номинальный диаметр, мм Площадь поперечного сечения, см2 Масса 100 м, кг 16 2.0 158 28 6,2 483 18 2,5 200 32 8,0 631 20 3,1 247 36 10,2 799 22 3,8 298 40 12,6 987 25 4,9 385
728 В.А Пономарев АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕМАТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ Акустика строительная 4.3 Анкеровка арматуры напрягаемой 6.4 3 — ненапрягаемой 64.2 Арки 22.3 - деревянные 22.3.3 - металлические 22.3.2 Арматура горячекатаная стержневая 5.3.3 -холоднотянутая проволочная 5 3 3 ~ конструктивная 5.3.3 - рабочая 53 3 - монтажная 5.3 3 - поперечная 5.3 3 - продольная 5 3 3 - предварительно напрягаемая 6.4.3 - каменной кладки 6 5.2 - перекрытий 6.4.2 - стен 11.5.2 Армоцемент 5.3.5 Аэрация 33 3 База колонн 12 3 1 Балки -деревянные 12.2, 17.2 — железобетонные 12 4.1 - стальные 6.2.2, 12.3 - второстепенные 12.2; 12.3 - главные 12.2; 12.3 - перфорированные 6.2.2 - прокатные 6.2.2 - составные 6.2.2 - перекрестные 23.2 - подкрановые 21 - подстропильные 21.2 - стропильные 21 2 - фундаментные 21 Балконы 20 1, 20 2 Безопасность зданий пожарная 4.1 Бетонополимвры 5.3.2 Бетоны легкие 5.3.2 - предварительно напряженные644 - специальные 5.32 - тяжелые 5.3 2 Блоки зданий вентиляционные 33.2 — деформационные 4.4 — объемные 13 — санитарно-технические 33.2 — температурные 4.4 - фундаментные 9.2 Блоки стен бетонные 5.4.1 — гипсобетонные 5.4.1 — грунтовые 5.4.1 — крупные 11.4.1 — мелкие 5 4 1 — опалубочные 11.5 1 Болты анкерные 12 3 1 - высокопрочные 6 2 4 Бревна 11.2.1 Брусья 11.2.1 Ванты 23.10 Вальма 18.2 Венец сруба 11 2 Вентиляция 33 2 Веранда 1 2.1 Взаимозаменяемость изделий 3.1 Витраж 26.4 Влажность древесины 5.1 — конструкций 6.3 Вода грунтовая 9.1 Водонепроницаемость бетона 5.3.2 Водоотвод с крыши 28.7 Воспламеняемость материалов 4 1.2 Воздействия несиловые 6 11 - силовые 6.1.1 - тепловые 4.2 Воздухопроницание 4.2 6 Ворота 27.4 Врубки 6.3.3 Выравнивание поверхности стен 30.1 Высота этажа 3.3 - помещения 3.3 Выход аварийный 4 1 7 - эвакуационный 4.1.7 Герметизация стыков 114 2 Гибкость элементов 6 2.3, 6.3.2 Гидроизоляция 10.2 Гипары 23.9 Глубина заложения фундаментов 9.1 Гранит керамический 29.3:30.4; 31 6 Грунты 8.1: 82 Группы строительных материалов 4.1.2 Давление звуковое 43 1 Двери балконные 26.3 - внутренние 27 3 - входные 27 2 Двутавры 5.2.2 Детали закладные 6.4.2 Деформации грунтов 8.2.2 - зданий 4.4 - конструкций 4 4, 6.1.3 - фундаментов 9 1 Деформации бетона 5.3 2 — под нагрузкой 6.1.3 — предельные 6 1 3 — температурные 4 4 Диафрагмы жесткости 12 1 1, 12.4.1 Долговечность зданий 1.32 Ендова 18.1; 18.2 Железобетон монолитный 6.4.6; 5.3.1 - сборный 6.4; 12.4' 17 3.1; 18.4; 21.3; 23, - предватительно напряженный 6.4 3 Жесткость зданий 1.3.2 Закрепление грунтов 8 3 Затяжки 22.2:22.3; 23.4; 23.7; 23 8; 23 9 Защита здания — от шума 4.3.2 — противопожарная 1.3.2; 4.1 — тепловая 4.2 Звук воздушный 4.3.1 - ударный 43 1 Звукоизоляция 3.2.1; 4.3.2; Здания гражданские 1.1 2 - жилые 1.1.2 - общественные 1 1.2 - промышленные 1.1.2 Изделия арматурные 5.3.3 - теплоизоляционные 5.5 - строительные 1 2.4 Изоляция воздушного звука 4.3.2 - стыков 11.4 2 - ударного шума 4 3.2 Импост окна 26.3 1 Инфильтрация 33.2 Камень природный 29.2; 29.3, 30.3 - искусственный 30.3 Камины 33 4 Канаты стальные 5 2.2; 23.10 Каркасы зданий деревянные 12.2
ТЕМАТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ 729 — железобетонные 12.4 — стальные 12.3 — безригельные 12.4.2 — монолитнобетонные 12.4.1 — сборные 12.4.1 — Сборно-монолитные 12.4.1 — рамные 12.1.1, 12.3.2; 12.4.1 — рамно-связевые 12.1.1, 12.3.3, 12.4.1 — связевые 12.1.1; 12.3.3 — с межферменными этажами 12.4.1 Карнизы 11.3.3 Кладка каменная 6.5.1: 11.3.1 Классы арматурной стали 5.3.3 - бетонов 5.3.2; 5.4.1 - пожарной опасности конструкций 4.1.3 - энергетической эффективности зданий 4.2.1 Классификация грунтов 8.2.1 - дверей 27.1 - каркасов 12.1.2 - конструкций 2.2 - кровель 28.1 - крыш 18.1 - лестниц 19.1 - нагрузок 6.1.1 - объемных блоков 13.1 - перекрытий 17.1 -полов 31.1 - потолков 32.1 - пожарно-техническая 4.1 - пространственных конструкций покрытий 23.1 - сборных элементов стен 11.4.2 - свай 9.5 - светопропускающих ограждений 26 1 - стен 11.1 - теплоизоляционных материалов 5.5 - фундаментов 9.1 Клетка лестничная 19.1 Координация модульная 3.3 Кобылка стропил 18.2 Колонны железобетонные 12.4.1; 21.3 - стальные 12.3.1; 21.2 Комплект рабочих чертежей 3.4.2 Конек крыши 18.2 Конструирование архитектурное - Главы 1-33 - несущих элементов - Главы 11- 23 - ограждающих элементов - Главы 24-28 - элементов отделки - Главы 29-32 - элементов подземной части зданий - Главы 8-10 Контур опорный 23 10; 23.11 Косоур лестничного марша 19.1 Коэффициент армирования 6.4 - влияния теплового режима здания 9.1 - продольного изгиба 6.2.3 - сочетаний нагрузок 6.1.1 - температурного расширения 4.4:5.2.1 - условий работы 6.1.2 Коэффициент надежности по материалу 6.1.2 — по нагрузке 6.1.1 — по ответственности 6.1.2 Кран подъемный мостовой 21.1 — подвесной 21.1 Краски 30.2 Кровли из неметаллических листов и плиток 28.4 - металлические 28.3 - мягкие 28-5 - черепичные 28.2 - эксплуатируемые 28.6 Крыши бесчердачные 18.5 - железобетонные 18.4 - малоуклонные 18.4 - мансардные 18.3 - скатные 18.2 - совмещенные 18.5 - стропильные 18.2 - чердачные 18.2; 18.4 Купола деревянные 23.8 - металлические 23.8 - железобетонные 23.8 Лежень 18.2 Лестницы бетонные 19.2 - внутренние основные 19.3 - внутриквартирные 19.4 - вспомогательные 19.5 -деревянные 19.4; 19.5 -железобетонные 19.3 - из крупноразмерных элементов 19.3 - из мелкоразмерных элементов 19.3; 19.4 - металлические 19.3-19.5 - монолитнобетонные 19.2; 19.3 - наружные 19.2 - пожарные 4.1.5; 19.1 -сборные 19.2-19.5 - эвакуационные 4.1.5; 19.1 Листы гипсоволокнистые 30.1 - гипсокартонные 30.1 - профилированные 29.3 Лифты 33.1 Лоджии 20.1; 20.2 Мансарда 1.2.1; 18.3 Марки алюминиевых сплавов 5.2.1 - бетонов 5.3.2 - камней 5.4.1 - кирпича 5.4.1 - стали 5.2.1 - строительных изделий 2.1.3 Марш лестничный 19.1 Метод подъема перекрытий 14.5 - этажей 14 5 - расчета по предельным состояниям 6.1.4 Микроклимат 1.3.1 Модуль дробный 3.3.3 - основной 3.3.1 - производный 3.3.1 - укрупненный 3.3.3 - упругости 5.1.3; 5.2.1 Мозаика 30.5 Мусоропровод 33.2 Нагрузки ветровые 6.1 - временные 6.1 - длительные 6.1 - кратковременные 6.1 - нормативные 6.1 - особые 6.1 - постоянные 6.1 - расчетные 6.1 - снеговые 6.1 Надежность здания 1.3.2; 6.1.4 Натяжение арматуры на бетон 6.4.3 - на упоры 6.4.3 Обои 30.7 Оболочки-гипары 23.9 Оболочки жесткие 23.4-23 9 - комбинированные 23.4-23.12 - мягкие 23.12 - пологие 23.4 - седловидные 23.9-23.11 - усиленные канатами 23.12 - цилиндрические 23.5 - шатровые 23.11 Облицовка звукопоглощающая 4.3.2 - линейная металлическая 29.2 - навесная 29.2 - стен бескаркасная 30.1 - стен каркасная 30.1 - штучными изделиями 29.2 Обрез стены 11.3 Огнестойкость 4.1 Ограждения балконов 20.2 - лестниц 19.6 - лоджий 20.2 - светопропускающие 26.1-26.8 Окна 26.3; 26.8 Опалубки 6.4.6 Опирание колонн 12.2-12.4
730 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Основания грунтовые естественные 82 - искусственные 8.3 - кровель 28.1 - полов 31.1 Отделка штукатурная внутренняя 30 1 - наружная 29. 1 Отсек деформационный 4.4 Пандусы 19.7 Панели акустические 30.6 - виниловые 29.3 - зеркальные 30.6 - из древесины 30.6 - металлические 29.3 - облицовочные 30. б - перфорированные 30.6 - пластиковые 30.6 - полимербетонные 30.6 - полиуретановые 29.3 - стен 11.4.2 - фасадные 29.2 - цементно-волокнистые 29.3 Парапет 11.3-11.5; 24.2-24.7 Паркет 31.2 Пароизоляция перекрытий 17.4-17.7 - покрытий 18.1-18.5; 23.1-23.11 - стен 4.2; Главы 10. 11, 24. 29 Паропроницание 4.2.7 Перегородки из мелкоразмерных элементов 25.2.1 — каркасные 25.2.3 - мобильные 25.3 - офисные 25.3 - панельные 25.2.2 - стационарные 25.2 - трансформируемые 25.4 Перекрытия деревянные 17.2 - железобетонные 17.3 - монолитные 17.3.3 - сборные 17.3.1 -сборно-монолитные 17.3.2 - сталебетонные 17.4 - сталежелезобетонные 17.4 Перемычки проемов 11.3.3 Переплеты окон алюминиевые 26.3.4 - деревянные 26.3.2 - из ПВХ 26.3.3 - комбинированные 26.3.6 - стеклопластиковые 26.3.5 Плитка кварц-виниловая 31.4 - керамическая 30.4; 31.6 - полимерцементная 29.2 Плиты балконов 202 - лоджий 20.2 Плиты крыш бесчердачных 18.5 - чердачных 18.4 Плиты перекрытий деревянные 17.2 - железобетонные 17.3 - монолитнобетонные 17.3.3 - сборные 17.31 - сборно-монолитные 17.3.2 - Сталебетонные 17.4 - сталежелезобетонные 17.4 Плиты покрытий одноэтажных производственных зданий пролетного типа 21.3 - зданий с пространственными покрытиями - Глава 23 Подвал 1.2; Глава 10 Подкосы Глава 12, 18, 22 Подошва фундамента 9.1 Подступенок 19.1 Подъемно-транспортное оборудование 21.1 Покрытия зданий большепролетные - Главы 21-23 - вантовые 23.10 - висячие 23.10; 23.11 - мембранные 23.11 - плоскостные - Глава 22 - пространственные - Глава 23 - светопропускающие 26.6 - тентовые 23.12 Покрытия полов - Глава 31 Покрытия отделочные декоративные 30.2 - из камней 29.2; 30.3 - из красок 30.2 - из панелей 30.6 - из плиток 29.3; 30.4 - из рулонных материалов 30.7 - штукатурные 29.1; 30.1 Полы ворсовые 31.5 - из древесины 31.2 - из плитки 31.6 - из рулонных материалов 31.3; 31.4 - ламинированные 31.3 - модульные съемные 31.1 - монолитные 31.8 - на регулируемых лагах 31.1 - обогреваемые 31.9 - производственных помещений 31.8 - спортивных залов 31.7 - эластичные 31.4 Полимербетоны 5.3.2 Полотно дверное 27.1 Пороки древесины 5.1.2 Потеря несущей способности 4.1.3 - теплоизолирующей способности 4.1.3 - устойчивости 6.1.3 - целостности 4.1.3 Потолок клеевой 32.5 - натяжной 32.3 - подвесной 32.2 - подшивной 32.4 Преграда противопожарная 4.1.3 Предел огнестойкости конструкций 4.1.6 - прочности материалов 5.2.1 - текучести металлов 5.2.1 - упругости материалов 5.2.1 Привязки конструктивных элементов к координационным осям 3.3.5; 21.1 Прогоны 21.2 Проектирование конструкций - Глава 6 Проемы дверные 27.1 - оконные 26.3 Пролеты - Глава 12, 17. 21-23 Прослойка пола 31.1 Проступь 19.1 Профили алюминиевые 5.2.2 - стальные 5.2.2 Процент армирования 6.4 Прочность алюминиевых сплавов 5.2.1 - бетона 5.3-2 - древесины 5.1.3 - сталей 5-2.1 Размеры конструктивные 3.3.4 - координационные Рамы деревянные 22.2.3 - металлические 22.2.2 Растворы строительные 5.4.2 Ригели 12,1.1; 12.4.1 Ростверки фундаментов 9.5 - каркасов зданий 12.4.1 Расчеты конструкций по предельным состояниям б. 1.4 Расчеты элементов изгибаемых 6.2.3; 6.3.2 - центрально-сжатых 6.2.3; 6.3.2 - центрально-растянутых 6.2.3;.6.3.2 Сваи фундаментные 9.5 Своды 23.7 Свойства арматурных сталей 5.3.3 - древесины 5.1.3 - железобетона 5.3.1; 5.3.4 - металлов 5.2.1 Связи в покрытиях 21.2 - между колоннами 21.2 - панелей 11.4.2 Сети вантовые 23.10
ТЕМАТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ 731 Сертификация в строительстве 3.1.3 Система нормативных документов 3.2 Системы конструктивные блочно-стеновые 13.3 - каркасные 12.1-2.4 - каркасно-блочные 134 - каркасно-подвесные 12 6 - каркасно-стеновые 12.5 - оболочковые 15.1 - оболочковые комбинированные 15 2 - объемно-блочные 13.2 - ствольные 14.2 - ствольно блочные 14 6 - ствольно-каркасные 14.5 - ствольно-подвесные 14.3 - ствольно-стеновые 14.4 - стеновые 11.1-1.5 Системы перевязки швов 11.3.1 Системы строительные 23.2 Скат крыши 18.1-18.2 Складки 23.6 Слой подстилающий 31 1 Соединения болтовые 6 2.4, 6.3.3 - в упор 6.3.3 - клееные 6.3.3 - комбинированные 6.3 3 - на врубках 6.3.3 — сварные 6.2.4; 6 4 2 - с рабочими связями 6.3.3 Сопротивление материалов нормативные 6.1.2 — расчетные 6.1.2 Сопротивление ограждений воздухопроницанию 4.2 — паропроницанию 4 2 — теплопередаче 4.2 Сортамент алюминиевых сплавов 5.2.2 - сталей 5.2.2 Состояния предельные 1 3 2 Сплавь алюминиевые 5.2 1 Сталежелезобетон 5.3.5 Стандартизация в строительстве 3 1 Ствол жесткости 14.1 Стены вентилируемые 11 1, 29 3 - внутренние 11.1-11.5 - из бревен 11.2.1 - из брусьев 11.2.1 - из кирпича 11.3 - из крупных блоков 11.4-1 - из мелких блоков 11.3 - из панелей 11.2.2; 11.4.2 - каменные 11.3 - каркасно-обшивные 112 1 - монолитнобетонные 115 - навесные 24.1-24.7 - наружные 11.1-11.5; 24 1-24 7 -несущие 11.1-11.5 - самонесущие 24.1-24.7 - с несъемной опалубкой 11.5.1 Стеклоблоки 25.2.1 Стеклопакеты 262.2 Стеклопрофилит 25.2.1 Степень огнестойкости здания 4.1.6 Стойка деревянная 12.2 Стропила 18.2; 18.3 Структура бетона 5.3.2 Стыки вертикальные 11.4.2 -горизонтальные 11.4.2 - колонн 12.2; 12.3.1; 12 4.1 -контактные 11 2.2 -панелей 11.2.2; 11.4.2 - платформенные 11 2.2; 114 2 Стяжка пола 32.1 Тектоника 7.1 Теплозащита зданий 4.2 Теплоизоляция 5.5; 10.3; 32.1 Теплопередача 4.2.1 Теплопроводность 4.2; 5.1.3 Теплоусвоение 4.2.1; 31.1 Теплоустойчивость 4 2 1 Тетива лестничного марша 19.1-19.4 Типы изделий 2.1.1 - конструкций 2.1.1 Типология конструктивная - Глава 2 Типоразмеры 2.1.2 Транспорт внутрицеховой 21.1 Требования к зданиям технические 13 2 - функционально-технологические 1.3.1 - эстетические 1.3.3 - экономические 1.3.3 Узел лестнично-лифтовой 33 1 Уклон крыш 18.1 - лестниц 19 1 - пандусов 19.1 Унификация 3.1; 21.1 Уплотнение грунта 83 Уровень ответственности зданий 1.1.2 Устойчивость зданий 1.3.2; 11 1-15.1 Утеплитель 4.2.8; 5.5:11.2-11 5,17 1-18 5, 28.1-31.9 Фахверк 21.2; 21.3 Фермы вантовые 22.1.4 - деревянные 18.2, 22.1.2 - железобетонные 21.3 - металлические 6.2.2; 12.3; 21.2, 22.1 1 - металлодеревянные 22.1.3 - перекрестные 23.2 - подкрановые 21.2 - подкраново-подстропильные 21.2 - подстропильные 2». 1-21.3 - стропильные 21.1-21.3 Фибробетон 5.3.5 Фонари аэрационные 33.3 - светоаэрационные 26.7' 33 3 - световые 26.7 Фрамуга окна 26.3.1 Фронтон 18.2 Фундаменты анкерные 23 10 - ленточные 9.2 - монолитные 9.2 9-6 - сборные 9.2; 9.3 - сборно-монолитные 9-1-9.6 - свайные 9.5 - сплошные (плитные) 9.4 - столбчатые 9.3 - теплоизолированные 9.1-9.3 - щелевые 9.2; 9.3 Хомуты арматурных каркасов 6.4 Хрупкость металлов 5 2.1 Цементизация грунта 8.3 Цоколь здания 11.3.3 Черепица 28.2 Чердак 1.2.1; 18.1 18.3 Части зданий 1.2 Шахта лифта 33.1 Швы деформационные 4.4; 11.3.3 Швеллеры 5.2.2; 6.2 Шпатлевки 30.1 Штукатурки 30.1; 30.2 Шумозащита 4.3.1 Щипец здания 18.2 Щит {панель) 11.2 Эвакуация людей иэ здания 4.1 Эксцентриситет 6.1-6.5 Элементы декора 30.8 Эскалатор 33.1 Эркеры 20.3 Этажи 1.2.1 Этажность 1.1 Ядро (ствол) жесткости здания 2.3; 12.1-12.6; Глава 14
732 В.А. Пономарёв АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ..................... 5 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ....... 6 ВВЕДЕНИЕ........................ 6 Раздел 1 ОСНОВЫ АРХИТЕКТУРНОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ ............... 11 Глава 1 Общие сведения о зданиях и конструкциях............ 11 1.1. Классификация зданий.......................... 11 11.1. Понятия о зданиях и сооружениях............ 11 1.1.2. Классификация зданий...................... 11 1.2. Структурные части зданий...................... 13 1.2.1. Объемно-планировочные элементы............ 13 1.2.2. Строительные конструкции.................. 14 1.2.3. Архитектурно-конструктивные элементы ..... 15 1.2.4. Строительные изделия...................... 15 1.3. Требования к зданиям.......................... 15 1.3.1. Функционально-технологические требования .... 15 1.3.2. Технические требования.................... 16 1.3.3. Эстетические и экономические требования. 18 Глава 2 Конструктивная типология........................... 19 2.1. Типы, типоразмеры и марки изделий и конструкций .. 19 2.1.1. Типы...................................... 19 2.1.2. Типоразмеры............................... 19 2.1.3. Марки..................................... 19 2.2. Классификация строительных изделий, элементов, конструкций........................................ 20 2.3. Системы конструкций зданий.................... 25 2.3.1 Конструктивные системы..................... 25 2.3.2. Строительные системы...................... 26 Глава 3 Нормативно-технические и организационно- методические основы архитектурного конструирования.................................... 28 3.1. Стандартизация и сертификация в строительстве. 28 3.1.1. Основные термины и определения (по ТОСТ Р 1.0-92) .............................. 28 3.1.2. Задачи и принципы стандартизации.......... 29 3.1.3. Основные положения сертификации продукции в строительстве (по РДС 10-231-93’).............. 29 3.2. Система нормативных документов в строительстве (по СНиП 10-01-94)................................. 30 3.2.1. Основные цели, принципы и структура Системы.... 30 3.2.2. Нормативные документы.................. 31 3.2.3. Содержание нормативных документов...... 32 3.3. Модульная координация размеров в строительстве (по ГОСТ 28984-91).............................. 32 3.3.1. Термины и определения...................33 3.3.2. Общие положения........................ 33 3.3.3. Модули и пределы их применения......... 33 3.3.4. Координационные и конструктивные размеры строительных элементов................ 35 3.3.5. Привязка конструктивных элементов к координационным осям........................ 36 3.4. Правила выполнения архитектурно-строительных чертежей(поГОСТ21.101-97.ГОСТ21.501-93)......... 38 3.4.1. Общие положения........................ 38 3.4.2. Основной комплект рабочих чертежей архитектурных решений......................... 39 3.4.3. Основной комплект рабочих чертежей строительных конструкций...................... 43 Глава 4 Физико-технические основы конструирования зданий...........................45 4.1. Пожарная безопасность зданий (по СНиП 21-01-97, ГОСТ 12.1.033)............... 45 4.1 1. Термины и определения................. 45 4.1.2. Пожарно-техническая классификация строительных материалов........................45 4.1.3. Пожарно-техническая классификация строительных конструкций...................... 45 4.1.4. Классификация противопожарных преград...46 4.1.5. Пожарно-техническая классификация лестниц и лестничных клеток................... 47 4.1.6. Пожарно-техническая классификация зданий и помещений.............................47 4.2. Основы тепловой защиты зданий...............48 4.2.1. Термины и определения (по СНиП 23-02 и СП 23-101)................... 48 4.2.2. Энергосбережение в строительстве........49 4.2.3. Воздушно-тепловой режим и теплопотери помещений......................................50 4.2.4. Сопротивление теплопередаче.............50 4.2.5. Теплоустойчивость...................... 51 4.2.6. Сопротивление воздухопроницанию........ 52 4.2.7. Влажностный режим ограждений и сопротивление паропроницанию.................52 4.2 8. Требования к наружным ограждениям...... 53 4.2.9. Мостики холода......................... 54 4.3. Основы строительной акустики................54 4.3.1. Возникновение и распространение шума в здании...................................... 54 4.3.2. Звукоизоляция шума ограждающими конструкциями................................. 56 4.4. Деформационные швы и блоки зданий.......... 57
ОГЛАВЛЕНИЕ 733 Глава 5 Материалы и изделия для строительных конструкций.............................................. 59 5.1. Материалы для деревянных конструкций................ 59 5.1.1. Общие положения................................ 59 5.1.2. Строение древесины............................. 59 5.1.3. Физико-механические свойства................... 60 5.1.4. Древесные материалы............................ 61 5.2. Металлы для строительных конструкций................ 62 5.2.1. Состав и свойства металлов......................62 5.2.2. Сортамент сталей и алюминиевых сплавов. 64 5.3. Основные свойства и характеристики бетона, арматуры и железобетона.................................. 66 5.3.1. Железобетон как конструкционный материал.66 5.3.2. Бетон.......................................... 67 5.3.3. Арматура ...................................... 70 5.3.4. Свойства железобетона.......................... 71 5.3.5. Специальные виды арм'йрованного бетона. 72 5.4. Материалы для каменных и армокаменных конструкций.............................................. 73 5.4.1. Каменные материалы............................. 73 5.4.2. Строительные растворы.......................... 76 5.5. Теплоизоляционные материалы и изделия............... 76 5.5.1. Классификация.................................. 76 5.5.2. Неорганические материалы и изделия............. 77 5 5.3. Органические материалы и изделия.............7В Глава 6 Основы проектирования конструкций................79 6.1. Основные положения расчета конструкций...... 79 6.1.1. Нагрузки и воздействия.................79 6.1.2. Характеристики прочности материалов.... 80 6-1-3. Деформации и предельные состояния конструкций........................................... 81 6.1.4. Сущность расчетов по предельным состояниям... 83 6.2. Основы металлических конструкций............ 85 6.2.1. Области применения. Достоинства и недостатки... 85 6.2.2. Общие понятия о стержневых элементах металлических конструкций..................... 86 6.2.3. Расчет элементов............................... 93 6.2.4. Соединения элементов........................... 96 6.2.5. Требования по проектированию.................. 100 6.3. Основы деревянных конструкций...................... 101 6.3.1. Общие положения............................. 101 6.3.2. Расчет элементов.............................. 101 6.3.3. Соединения элементов.......................... 102 6.3.4. Массивные дищашклееные элементы............... 110 6.3.5. Основные требования по проектированию.. 111 6.4. Основы бетонных и железобетонных конструкций .... 112 6-4.1. Особенности заводского производства.... 112 6.4.2. Общие положения конструирования элементов ... 112 6.4.3. Понятие о предварительно напряженном железобетоне......................................... 115 6.4.4. Изгибаемые элементы........................... 117 6.4.5. Сжатые и растянутые элементы ................. 121 6.4.6. Опалубки для монолитных конструкций.... 123 6.5. Основы каменных конструкций........................ 126 6.5.1. Общие положения............................... 126 6.5.2. Виды армирования и усиления кладки ........... 127 6.5.3. Требования по проектированию........... 128 Глава 7 Тектоника............................................... 129 7.1. Общие положения ................................... 129 7.2. Информативность формы.............................. 130 7.3. Язык тектоники..................................... 131 7.4. Основные принципы тектонического формообразования........................................ 132 Раздел II КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ЗДАНИЙ .................... 133 Г лава 8 Грунтовые основания........................ 133 8.1. Термины и определения................. 133 8.2. Естественные основания................ 134 8 2.1. Классификация грунтов............. 134 8.2.2. Деформации грунтов................ 135 8.2.3. Требования к грунтам оснований.... 136 8.3. Искусственные основания............... 136 Глава 9 Фундаменты ....................... 136 9.1 - Общие положения......................... 137 9.2. Ленточные фундаменты..................... 140 9.3. Столбчатые фундаменты.................... 144 9.4. Сплошные фундаменты...................... 149 9.5. Свайные фундаменты....................... 150 9.6. Особенности фундаментов высотных зданий . 156 Г л а в а 10 Обустройство и изоляция подземной части зданий........................ 156 10.1. Элементы обустройства......... 156 10.2. Гидроизоляция................. 158 10.3. Теплоизоляция................. 162 Раздел III КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ............... 163 Глава 11 Несущие стены зданий......................... 163 11.1. Общие положения ....................... 163 11.2. Стены малоэтажных зданий с применением древесины.................................... 166 11.2.1. Стены иэ бревен, брусьев и досок.. 166 11.2.2. Панельные стены .................. 172 11.3. Каменные стены ручной кладки.............. 1 /4 11.3.1. Каменная кладка................... 175 11.3.2. Конструкции каменных стен......... 177 11.3.3. Элементы каменных стен............ 182 11.4. Сборные стены из крупных элементов..... 185 11.4.1. Крупноблочные стены............... 185 11.4.2. Крупнопанельные стены............. 187 11.5. Монолитнобетонные стены................ 197 11.5.1. Стены с применением несъемных опалубок .... 197 11.5.2. Стены с применением инвентарных опалубок .... 201 Глава 12 Каркасные системы............................ 204 12.1. Общие положения........................ 204 12.1.1. Понятия и определения............. 204 12.1.2. Классификация каркасов............ 204 12.1.3. Требования к каркасам и их элементам. 205 12.2. Каркасы деревянные..................... 205 12.3. Каркасы стальные....................... 214 12.3.1. Общие положения................... 214 12.3.2. Рамные каркасы.................... 222 12.3.3. Связевые и рамно-связевые каркасы.... 222
734 В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ 227 229 248 252 255 255 255 258 261 263 263 263 264 267 268 268 272 274 274 278 279 281 281 283 287 287 299 300 303 308 308 309 317 323 328 328 328 335 339 344 353 355 358 359 359 360 369 12.4. Каркасы железобетонные.................. 12.4.1. Каркасы с балочными перекрытиями... 12.4.2. Безригельные каркасы............... 12.5. Каркасно-стеновые системы............... 12.6. Каркасно-подвесные системы.............. Глава 13 Системы с объемными блоками................... 13.1. виды объемных блоков.................... 13.2. Объемно-блочные системы................. 13.3. Блочно-стеновые системы................. 13.4. Каркасно-блочные системы................ Глава 14 Системы со стволами жесткости................. 14.1. Общие положения......................... 14.2. Ствольные системы....................... 14.3. Ствольно-подвесные системы.............. 14.4. Ствольно-стеновые системы .............. 14.5. Ствольно-каркасные системы.............. 14.6. Ствольно-блочные системы................ Глава 15 Оболочковые системы........................... 15.1. Общие положения ........................ 15.2. Комбинированные оболочковые системы..... Глава 16 Конструкции нижних нетиповых этажей........... Глава 17 Перекрытия.................................... 17.1. Общие положения......................... 17.2. Деревянные перекрытия................... 17.3. Железобетонные перекрытия............... 17.3.1. Сборные перекрытия................. 17.3.2. Сборно-монолитные перекрытия....... 17.3.3. Монолитные перекрытия.............. 17.4. Сталебетонные и сталежелезобетонные перекрытия.................................... Глава 18 Крыши......................................... 18.1. Общие положения......................... 18.2. Стропильные скатные чердачные крыши..... 18.3. Мансардные крыши........................ 18.4. Малоуклонные чердачные железобетонные крыши.......................... 18.5. Бесчердачные крыши...................... Глава 19 Лестницы и пандусы............................ 19.1. Общие положения......................... 19.2. Наружные лестницы....................... 19-3- Внутренние основные лестницы............ 19.4. Внутриквартирные лестницы............... 19.5. Вспомогательные лестницы................ 19.6. Ограждения лестниц...................... 19-7. Пандусы................................. Глава 20 Балконы, лоджии и эркеры...................... 20.1. Общие положения......................... 20.2. Балконы и лоджии........................ 20.3. Эркеры.................................. Раздел IV КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДНОЭТАЖНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ.....................371 Глава 21 Каркасы одноэтажных производственных зданий пролетного типа.................... 371 21.1. Общие положения..................... 371 21.2. Стальные каркасы.................... 376 21.3. Железобетонные каркасы.............. 406 Глава 22 Плоскостные конструкции покрытий...........418 22.1. Балочные конструкции покрытий....... 418 22.1.1. Стальные фермы.................. 418 22.1.2. Деревянные балки и фермы........ 421 22.1.3. Металлод еревянные фермы.........427 22.1.4. Вантовые фермы.................. 428 22.2. Рамные конструкции покрытий......... 429 22.2.1. Общие положения................. 429 22.2.2. Металлические рамы.............. 431 22.2.3. Деревянные рамы................. 435 22.3. Арочные конструкции покрытий........ 438 22.3.1. Общие положения................. 438 22.3.2. Металлические арки.............. 440 22.3.3. Деревянные арки..................441 Глава 23 Пространственные конструкции покрытий......... 444 23.1. Общие положения..................... 444 23.2. Перекрестные балки и фермы ......... 448 23.3. Перекрестно-стержневые конструкции.. 450 23.4. Пологие оболочки.................... 462 23.5. Цилиндрические оболочки............. 463 23.6. Складки............................. 467 23.7. Своды............................... 470 23.8. Купола.............................. 477 23.9. Жесткие оболочки - гипары........... 486 23.10. Вантовые покрытия.................. 491 23.11. Мембранные покрытия................ 504 23.12. Мягкие оболочки.................... 516 Раздел V КОНСТРУИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ...........................523 Глава 24 Ненесущие и самонесущие наружные стены .... 523 24.1. Общие положения .................... 523 24.2. Стены из бетонных панелей........... 524 24.3. Стены из асбестоцементных панелей... 527 24.4. Стены из металлических панелей...... 528 24.5. Металлические стены поэлементной сборки. 533 24.6. Стены из легких термопанелей........ 536 24.7. Стены иэ мелкоразмерных изделий..... 538 Глава 25 Перегородки............................... 539 25.1. Общие сведения...................... 539 25-2. Стационарные перегородки ........... 540 25.2.1. Перегородки из мелкоразмерных элементов.... 540 25.2.2. Панельные перегородки........... 543 25.2.3. Каркасные перегородки........... 546
ОГЛАВЛЕНИЕ 735 25.3. Мобильные офисные перегородки......... 553 25.4. Трансформируемые перегородки.......... 553 Глава 26 НАРУЖНЫЕ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИЕ ОГРАЖДЕНИЯ ................................. 556 26,1. Общие положения....................... 556 26.2. Светопропускающие материалы и изделия. 557 26.2.1. Строительные виды стекла.......... 557 26.2.2. Стеклопакеты...................... 558 26.2.3. Полимерные материалы.............. 559 26.2.4. Защитные и декоративные пленки.... 560 26.3. Окна и балконные двери................ 561 26.3.1. Общие положения................... 561 26.3.2. Конструкции с переплетами из дерева... 563 26.3.3. Конструкции с переплетами из П8Х.. 564 26.3.4. Конструкции с переплетами из алюминия. 573 26.3.5. Конструкции с переплетами из стеклопластика 576 26.3.6. Комбинированные конструкции ...... 577 26.4. Витражи............................... 578 26.5. Фасадные конструкции остекления....... 584 26.6. Кровельные светопропускающие ограждения... 589 26.7. Фонари верхнего света................. 595 26.8. Мансардные окна....................... 597 Глава 27 Двери и ворота...............................601 27.1. Двери. Общие положения................ 601 27.2. Входные двери......................... 603 27.3. Внутренние двери...................... 608 27.4. Ворота................................ 610 Глава 28 Кровли ..................................... 614 28.1. Общие положения ...................... 614 28.2. Черепичные кровли..................... 616 28.3. Металлические кровли.................. 620 28.4. Кровли из неметаллических листов и плиток. 628 28.5. Мягкие кровли ........................ 633 28.6. Эксплуатируемые кровли................ 639 28.7. Системы водоотвода.................... 641 Раздел VI КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОТДЕЛКИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЗДАНИЙ................... 644 Глава 29 Наружная отделка стен................ 644 29.1. Штукатурные отделки..................... 644 29.2. Облицовка штучными изделиями.......... 647 29.3. Навесные облицовки вентилируемых стен.... 650 Глава 30 Внутренняя отделка стен и перегородок.......657 30.1. Выравнивание поверхностей............ 658 30.2. Краски и декоративные покрытия....... 660 30.3. Природный и искусственный камень..... 663 30.4. Керамическая плитка и керамогранит... 664 30.5. Мозаика.............................. 665 30.6. Облицовочные панели.................. 667 30.7. Рулонные отделочные материалы........ 669 30.8. Элементы декора...................... 673 Г лава 31 Пол Ь1..................................... 674 31.1. Основные положения................... 674 31.2. Напольные покрытия из натуральной древесины .... 678 31.3. Ламинированные напольные покрытия.... 681 31.4. Эластичные покрытия.................. 683 31.5. Ворсовые покрытия.................... 686 31.6. Полы из керамической плитки и керамогранита. 687 31,7. Полы спортивных залов................ 689 31.8. Полы производственных помещений...... 691 31.9. «Теплые» (обогреваемые) полы......... 693 Глава 32 Потолки.................................... 695 32.1. Общие положения...................... 695 32.2. Подвесные потолки.................... 696 32.3. Натяжные потолки..................... 705 32.4. Подшивные потолки.................... 706 32.5. Клеевые потолки...................... 706 Глава 33 Строительные элементы инженерного оборудования зданий.........................706 33.1. Лифты и эскалаторы................... 706 33.2. Элементы санитарно-технического оборудования............................... 711 33.3. Фонари производственных зданий....... 714 33.4. Камины............................... 716 ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................. 718 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................... 719 ПРИЛОЖЕНИЯ................................. 720 ТЕМАТИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ .................... 728
Учебное издание Пономарёв Владимир Андреевич АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ Редактор И. В. Попова Верстка М.Г. Севастьяновой Подписано в печать 21.03.2008. Формат 60x90 1 /8 Бумага офсетная. Печать офсетная, гарнитура «Прагматика» Уч.-изд. л. 93,5. Изд. № А-220. Заказ № Т-368. ООО Издательство «Архитектура-С» 107031, Москва, ул. Рождественка. 11 Отдел реализации (495) 628-51-64 E-mail: archit-s@ysndex.ru www.architecture-s. ru Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного электронного оригинал-макета в типографии ОАО ПИК «Цдел-Пресс». 420066. г. Казань, ул. Декабристов, 2. E-mail: idelpress@mail.ru 9785964 701385