Архітектурні рішення та гармонічний вибір конструктивних систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Архітектурні рішення та гармонічний вибір конструктивних систем

Наталія Трофимович

доцент кафедри архітектурних конструкцій НАОМА, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, член-кореспондент Академії будівництва України

Постановка проблеми. У студентів архітектурного факультету НАОМА в процесі формування об'ємно-типологічного рішення будинків та споруд виникають певні труднощі щодо раціонального та послідовного підбору матеріалу та конструкцій. Під час роботи над клаузурою та ескізом головним завданням є створення архітектурно-художнього образу, що вирішує проблеми призначення приміщень та раціонального використання простору майбутньої споруди. Аби втілити проект в реальне проектування, необхідно, виходячи з аналізу архітектурного рішення будинку або споруди, знайти оптимальну конструктивну форму з урахуванням відомих впливів, матеріалів, призначення будівлі або споруди. Особливість такого пошуку -- це багатоваріантність рішень, які можуть бути отримані.

Актуальність дослідження. Будь-яка конструкція або конструктивна система повинні забезпечувати комплекс експлуатаційних якостей і відповідну несучу здатність та стійкість, а огороджувальні конструкції -- відповідати визначеним вимогам теплозахисту.

Першочерговим завданням проектування є компоновка будівель та споруд, а саме, процес розробки конструктивної схеми будівлі з обґрунтуванням розмірів головних конструктивних елементів відповідно до обраної схеми (каркасної, безкаркасної, з неповним каркасом або комбінованої) [1--8].

Новизна наукового дослідження. Автором пропонується наступний порядок утворення конструктивної системи будівлі [9, 10]:

— визначення внутрішніх (за необхідності -- зовнішніх) габаритів будівлі, виходячи з архітектурно-типологічних рішень;

— розміщення деформаційних, температурних та температурно-деформаційних швів;

— вибір головної несучої системи;

— визначення кроку несучих систем;

— обрання виду покриття та покрівлі;

— розробка планувальної схеми покриття в межах між сусідніми головними несучими системами;

— визначення головних габаритних розмірів елементів несучої системи;

— обрання схеми стінового огородження (з урахуванням стінового каркасу або без нього), відповідно до теплозахисних властивостей стінового матеріалу в ув'язці з кліматичними умовами проекту;

— забезпечення геометричної незмінності конструктивної системи шляхом розстановки в'язів жорсткості, як у межах покриття і перекриття, так і в стінах та між опорами.

Якщо ескізно розробляти вузли примикання елементів один до одного, можна здійснити оцінювання у першому наближенні розмірів та форми перерізу елементів і деталей з конструктивних міркувань.

Виклад основного матеріалу. Плани будівель можуть бути прямокутні, багатокутні, колові та овальні. Іноді план може складатися з окремих фігур прямокутних, багатокутних, з напівколами по кінцях та інших форм окреслення. Це потребує і відповідного варіанту покриттів.

Як правило, в будівлях з прямокутними планами визначається вісь, що йде вздовж довгої сторони, а за наявності прорізу -- перпендикулярно до останнього.

Стосовно осі будівлі можливі три види планування: поперечний, поздовжньо-поперечний, поздовжній.

На коловому та овальному плані можливе радіальне планування у комбінаціях із вищезгаданими.

Для перекриття великих прогонів можуть застосовуватися різноманітні несучі системи, які утворюються на підставі одного з двох принципів -- концентрації матеріалу або багатозв'язності.

У першому випадку утворюються пласкі несучі системи, де сконцентрована головна маса матеріалу. Вони являють собою жорсткі диски, розташовані у вертикальних площинах та зв'язані за допомогою системи в'язів у покриття. До пласких несучих систем віднесено: балкові (по суті безрозпірні), рамні, консольно-рамні, аркові, комбіновані, пласкі висячі та вантові.

У другому випадку, при реалізації принципу багатозв'язності, матеріал розподіляється по всій поверхні покриття, яке працює як єдина просторова система. При цьому несучі конструкції виконують роль також і огороджуючих конструкцій. До просторових несучих систем належать: купольні, висячі, оболонки та складки, структурні, мембранні.

Таким чином, при проектуванні великопрогонових покриттів та перекриттів будівель і споруд конструктивні системи поділяються на такі, що складаються з жорстких несучих елементів, і такі, в яких головними несучими елементами слугують гнучкі сталеві ванти або мембрани, що розтягнуті.

На іл. 1--7 показано деякі цивільні об'єкти у стадії будівництва та завершення будівельно-монтажних робіт.

У разі зведення багатоповерхових будівель або споруд треба забезпечити сприйняття усіх зовнішніх навантажень і впливів несучими системами та передачу їх на фундаменти. Для цього найбільше підходять каркасні або змішані конструктивні системи [1].

На іл.2 показано багатоповерховий будинок із поздовжніми та поперечними несучими стінами з цегли та з елементами залізобетонного каркасу. Такі будівлі повинні мати певне симетричне рішення у плані, щоб забезпечити несучу здатність та міцність в обох напрямках від вітрових навантажень.

Каркаси повинні забезпечувати сприйняття значних вертикальних та горизонтальних навантажень (інколи не одну тисячу тон), забезпечувати необхідну міцність, стійкість, високі експлуатаційні якості будівлі, належний рівень індустріалізації в умовах спорудження на затиснених будівельних майданчиках великих міст.

Каркасні конструктивні системи складаються з колон, ригелів, балок перекриттів, в`язів або діафрагм жорсткості. Колони з ригелями сприймають вертикальні та горизонтальні навантаження, в'язі або діафрагми повинні забезпечувати геометричну незмінність конструктивної системи у горизонтальному напрямку [1--8].

Каркасні системи поділяються на в'язьові, рамні, рамно-в'язьові, каркасно-стовбурні (з жорстким ядром), коробчасті та коробчасто-стовбурні, каркасні із зовнішніми в'язьовими фермами.

На іл. 3--6 показано різні види каркасних споруд із застосуванням монолітного залізобетону.

Як засвідчує аналіз різних конструктивних систем, можна поєднати різноманітні матеріали у несучих конструкціях з метою зменшення витрат їх та збереження образу майбутньої будівлі. При цьому слід враховувати особливості і характеристики матеріалів. Наприклад, залізобетон непогано працює на стискання, стискання з вигином та вигин; армоцемент -- на розтягування з вигином; метал -- на розтягування, стискання, стискання та розтягування з вигином та вигин; деревина -- на стискання, стискання з вигином, вигин; дерево добре працює також у поєднанні з металом -- дерево на стискання, стискання з вигином, а метал працює на розтягування. Знання цих властивостей дозволяє раціонально поєднувати перелічені матеріали для великих прогонів та значних навантажень. Для будівель підвищеної поверховості та хмарочосів можна застосовувати як металеві, так і залізобетонні або, що значно краще, сталево-залізобетонні каркасні системи.

На іл. 7 показано оптимальне використання металу при формуванні конструкцій купола.

архітектурний будинок споруда матеріал

Зауважимо, що численні теоретично-експериментальні дослідження доводять, що для споруд заввишки понад 30 поверхів економічно обґрунтованими є металеві каркаси з відповідним підсиленням залізобетонними конструкціями та протипожежним захистом. Але останні трагедії та аварії на будівництві схиляють проектувальників все ж до застосування у багатоповерхівках міцних залізобетонних каркасів, що мають високий ступінь вогнестійкості [1, 7].

Під час розробок конструктивної схеми доцільно, по можливості, підтвердити пропоновані системи несучих конструкцій розрахунковими схемами за окремими функціональними блоками об'єкту проектування, моделюючи граничні умови в місцях поєднання систем. Це дозволить уникнути помилок при конструюванні та спорудженні об'єктів.

Висновок. Подальше застосування пропонованих автором результатів досліджень дає можливість методично обґрунтувати обрання конструктивних систем, згідно з архітектурним рішенням споруд. При цьому можливо врахувати більшість зовнішніх впливів та обрати найкращий матеріал для несучих конструкцій відповідно до типології будівель і споруд.

Література

1. Байков Виталий Николаевич. Железобетонные конструкции: общий курс: учеб. для студ. вузов / В. Н Байков, Э. Е. Сигалов. -- изд. 3-е испр. -- М.: Стройиздат, 1978. -- с. 787.

2. Проектирование металлических конструкций большепролетных покрытий: учеб. пособие / В. В. Бирюлев, А. В. Сильвестров, В. С. Бессонов, И. И. Крылов. -- Новосибирск: НИСИ им. В. В. Куйбышева, 1979. -- с. 82.

3. Гринь И. М. Строительные конструкции из дерева и синтетических материалов. Проектирование и расчет: учеб. пособие для вузов, изд. 2-е переработ. и дополнен. -- К.: Вища школа, 1979. -- с. 272.

4. Жербин М. М. Применение металлических конструкций в гражданских, общественных и производственных зданиях: конспект лекций для студ. вузов. -- К.: КИСИ, -- с. 68.

5. Клименко В. З. Проектування дерев'яних конструкцій: навч. посіб. для студ. ВНЗ. -- К.: ІСДО, 2000. -- с. 120.

6. Легкие металлические строительные конструкции: труды семинара 17--18 окт. 1978 г., Свердловск /отв. ред. Б. А.Сперанский. -- Свердловск: НТО стройиндустрии, Полиграфист, 1975. -- с. 220.

7. Монолитные перекрытия зданий и сооружений: для специалистов проектных и строительных организаций / [И. В. Санников., В. А. Величко, В. А. Сломонов, Г. Е. Бимбад, М. Г. Томильцев] ; под. ред. И. В. Санникова. -- К.: Будівельник, 1991. -- с. 152.

8. Трофимович Виктор Владимирович. Оптимизация металлических конструкций: учеб. пособие [для студ вузов] / Трофимович В. В., Пермяков В. А. -- К.: Вища школа, -- с. 200.

9. Трофимович Н. В. Сучасні цивільні будинки та проблеми енергозбереження / Н. Трофимович // БудМайстер. -- 2008. -- № 21. -- С. 26-27.

Размещено на Allbest.ru