Основные части зданий и сооружений
Здание представляет собой сложное инженерное сооружение, состоящее из ряда взаимосвязанных между собой конструкций. Гражданские, промышленные, транспортные и сельскохозяйственные здания в подавляющем большинстве представляют собой наземные сооружения, основными конструктивными элементами которых являются фундаменты, стены, перемычки, каркас, колонны, ригеля, междуэтажные перекрытия и покрытия, перегородки, двери, окна, лестницы и т.д.
По типу передачи несущей нагрузки здания могут быть каркасными, бескаркасными или смешанными (каркасно-каменные или каркасно-панельные).
Каркас является основной несущей конструкцией в каркасных зданиях. Он представляет собой плоскую или пространственную систему взаимосвязанных между собой колонн и ригелей. Каркас может быть
выполнен из железобетона и металла. Каркас называется полным, когда колонны располагаются по периметру и внутри здания и сооружения Каркас называется неполным, если часть нагрузки воспринимаются колоннами, заменяющими внутренние стены, а часть – несущими наружными стенами.
В регионах, подверженных сильным землетрясениям, для придания пространственной жесткости и устойчивости каменных и панельных зданий применяются комбинированные каркасно-каменные (кирпичные) и каркасно-панельные системы, где металлический, а большей частью железобетонный каркас располагается внутри каменной кладки или в вертикальных и горизонтальных швах между панелями.
Рассмотрим основные несущие конструкции гражданских зданий, которые делятся на подземные и наземные. Подземными конструкциями являются основания и фундаменты. Основание представляет собой слой грунта, на который опирается фундамент здания. Идеальным естественным основанием являются скальные грунты. Если грунты слабые, представляющие собой чередование насыщенных водой различных слоев песка, глины, илисто-торфяных слоев и т.д., то для их укрепления в грунт вбиваются сваи. Длина сваи подбирается такой, чтобы ее нижний конец опирался на скальные породы или плотные грунты. Раньше сваи изготовлялись из твердых пород дерева, а сейчас, в основном из железобетона. Деревянные сваи применяются при высоком уровне грунтовых вод с таким расчетом, чтобы свая была полностью погружена в водонасыщенный слой грунта и не подвергалась гниению.
Фундаменты предназначены для передачи и распределения нагрузки от здания на грунт. Фундаменты бывают ленточные, столбчатые и сплошные. Ленточные фундаменты укладываются под несущие стены каменных, блочных, панельных и деревянных домов. Ленточные фундаменты изготовляются из бутобетона, бетона, обоженного кирпича, прочных пород дерева, пропитанного антисептиком, а также из сборных бетонных и железобетонных блоков. Ленточные фундаменты представляют собой конструкцию переменного сечения. Нижняя широкая часть называется подошвой, а верхняя более узкая называется поверхностью. Габаритные размеры фундамента назначаются согласно расчету.
Столбчатые фундаменты изготовляются в виде отдельно стоящих столбов. Они применяются в каркасных зданиях из сборного и монолитного железобетона. При слабых грунтах и большой вертикальной нагрузки применяются сплошные фундаменты из армированной монолитной плиты расчетной толщины, на которую укладываются ленточные фундаменты.
Конструкции фундаментов показывают на планах фундаментов и в сечениях.
Фрагмент сборного ленточного фундамента. Фрагмент фундамента под колонну.
Цоколем называется нижняя часть стены, являющаяся как бы продолжением фундамента. Он возвышается над поверхностью земли до уровня чистого пола. Цоколь выполняется из материалов повышенной прочности и морозостойкости, предохраняя нижнюю часть стены от механических повреждений и атмосферных воздействий. Очень часто цоколь облицовывается прочным влагостойким материалом. Обычно цоколь превышает толщину стены не менее чем на 40мм.
При отсутствии тротуаров к цоколю примыкает отмостка, которая служит для отвода атмосферных вод от стен здания. Отмостка изготовляется из монолитного бетона или булыжника с 3% уклоном и покрывается сверху гидроизоляцией, состоящей из двух слоев рубероида на битумной мастике, поверх которой укладывается асфальт или цементно-песчаный раствор с плиточной облицовкой или без нее. Ширина отмостки примниматся не менее 500мм.
Стены бывают несущие, самонесущие и навесные.
Несущими или капитальными называются стены, на которые опираются междуэтажные перекрытия и покрытия.
Самонесущими называются стены, работающие только на нагрузку от собственного веса и ветровую нагрузку. Несущие и самонесущие стены опираются на собственный фундамент или фундаментные балки. Навесные стены подвешиваются на несущие элементы каркаса. Их основная роль заключается в ограждении помещения от влияния температурных и атмосферных воздействий.
Стены разделяются на наружные и внутренние. В зависимости от материала стен и вида конструкциивсе здания и сооружения делятся на следующие группы:
1. Здания со стенами из штучного кирпича, камня, мелких бетонных блоков и местных строительных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки, ракушечники, песчаники, окатанный или рваный камень на глинистом растворе и т.д.).
2. Крупноблочные здания изготавливаются из крупных горизонтальных и вертикальных блоков, выложенных с перевязкой швов.
3. Крупнопанельные здания, возводятся из панелей, размером по длине и высоте в одну или две комнаты. Наружные стеновые панели имеют оконные проемы, а внутренние – дверные. Обычно, на заводах панели выпускаются с остекленными оконными переплетами.
4. Объемно-блочные здания собираются из объемных блоков размером на одну-две комнаты с продольными и поперечными стенами и потолком. Такие здания обладают большой пространственной жесткостью.
5. Здания со стенами из монолитного бетона по методу возведения делятся на здания, возводимые в скользящей опалубке и на здания, возводимые в объемно-переставной опалубке. При возведении монолитных стен в объемно-переставной опалубке, рабочие швы бетонирования располагаются в уровне верха перекрытия, а при бетонировании стен в скользящей опалубке рабочие швы связаны с перерывами в процессе укладки бетона и могут располагаться в любом уровне стен, но большей часть горизонтально. Здания из монолитного железобетона коробчатой системы с несущими стенами обладают высокой пространственной жесткость при условии правильного проектирования и надлежащего качества строительства. Серьезные повреждения в таких зданиях происходят на участках некачественного выполнения рабочих швов вследствие недостаточного уплотнения бетона, а также значительного снижения проектной прочности за счет применения низкомарочных цементов и не предусмотренных проектом низкопрочных заполнителей. Монолитные железобетонные сооружения требуют систематического контроля за качеством производства работ. Недостатком монолитных конструкций является их высокая стоимость по сравнению с каменными зданиями и зданиями из сборного железобетона из-за высокой стоимости опалубки. Одним из возможных путей существенного снижения стоимости строительства является использование несъемной опалубки из кирпичной кладки, пустотелых блоков, туфовых камней правильной формы или чистотесаной туфовой кладки. При этом одновременно решаются проблемы теплоизоляции и облицовки фасада.
6. Деревянные здания могут быть возведены из брусьев и бревен, из сборных щитов, из деревянного каркаса с саманным или глиняным заполнением и т.д.
Перекрытия опираются на несущие стены каменных, блочных и панельных зданий и на ригели каркасных зданий. Различаются надподвальные, междуэтажные и чердачные перекрытия. Надподвальнымназывается перекрытие под первым этажом над подвалом. Междуэтажнымназывается перекрытие, отделяющее два смежных этажа, а чердачным – перекрытие, отделяющее верхний этаж от чердака.
Конструкции перекрытия весьма разнообразны. Они могут быть выполнены в деревянном варианте и из железобетона.
Деревянные перекрытия состоят из несущих деревянных балок – лаг, которые снизу подшиваются досками и тонкими рейками или металлической сеткой, удерживающими штукатурку. На деревянные доски сверху укладывается звукоизоляционный слой из различных материалов (пенопласта, минеральной ваты, деревянных стружек смешанных с песком, а также вулканические или доменные шлаки). Этот слой называется черным полом. В надподвальных и чердачных помещениях звукоизоляционный слой одновременно является и теплоизоляционным. Сверху деревянных балок набиваются 30-40 мм доски пола, которые окрашиваются или покрываются паркетом, ковролитом и т.д.
В настоящее время в каменных, кирпичных, блочных и панельных домах широко используются железобетонные перекрытия, выполненные в сборном и монолитном вариантах. Сборные монолитные перекрытия жилых и общественных зданий возводятся из многопустотных ненапряженных и предварительно напряженных плит длиной от 6000 до 12000 мм. Конструкция надподвальных перекрытий состоит из несущей многопустотной плиты, отштукатуренной снизу цементно-песчанным раствором или известковой, гажевой, алебастровой и др. штукатуркой. Сверху плиты укладывается пароизоляционный слой, слой утеплителя, цементная стяжка или шлакоизвестковая корка, а затем настилается пол.
Конструкция междуэтажного перекрытия состоит из железобетонной плиты, на которую укладывается 20-30 мм цементно-песчанная выравнивающая стяжка, а затем наносится слой, состоящий толя или рубероида на битумной мастике, на который настилается паркет.
Конструкция чердачных перекрытий состоит из железобетонной, отштукатуренной снизу плиты, на плиту наносится пароизоляционный слой, а затем укладываентся 120-150 мм слой шлака или плиточный утеплитель, а поверх нее 40-50 мм шлакоизвестковая корка или цементно-песчанная выравнивающая стяжка.
Конструкция перекрытий санузлов состоит из отштукатуренной снизу цементно-песчаным раствором железобетонной плиты. Поверх плиты укладывается шлакобетон толщиной 30-40 мм, а затем гидроизоляция из двух слоев рубероида на битумной мастике, поверх которой укладывается керамическая плитка на цементно-песчаном растворе и керамический плинтус.
Полы в зависимости от назначения укладываются по лагам (деревянным балкам) или по бетонному основанию. Верхний слой пола называется покрытием или чистым полом. В конструкцию пола входит прослойка, подстилающий слой и основание под полы.
Покрытие состоит из крыши и чердачного перекрытия. Крыша состоит из несущей конструкции и кровли (ограждающее покрытие), которое предохраняет здание от атмосферных воздействий (снега, дождя, града, солнечного перегрева) и ветра. Различаются чердачные покрытия и совмещенные бесчердачные. Чердачными называются покрытия с чердаком. Основными несущими элементами чердачного покрытия жилых зданий являются многопустотные железобетонные плиты длиной 6000 мм, а общественных зданий пролетом до 12000мм - многопустотные предварительно напряженные плиты, для зданий пролетом более 12000мм - железобетонные или металлические фермы. В чердачных крышах для освещения и проветривания чердака устраиваются слуховые окна. Для удаления атмосферных осадков крыши делаются с уклоном- скатом. Различаются односкатные и двускатные крыши.
Основными несущими элементами деревянных крыш являются: мауэрлат, стропильные ноги, коньковый прогон, стойки, подкосы, обрешетка и кобылка (рис. 2.3). мауэрлат состоит из толстых подстропильных брусьев, укладываемых по верхнему обрезу стены. Стропильные ноги представляют собой наклонные несущие элементы из бревен, брусьев или досок, опирающихся снизу на мауэрлат, а сверху на коньковый прогон. Коньковый прогон состоит из бревен или брусьев уложенных в коньковой части крыши на деревянные стойки. Стойки и стропильные ноги связываются между собой деревянными подкосами, которые являются к тому же дополнительными опорами для стропильных ног. Обрешетка состоит из деревянных брусьев сечением 50х50 мм или досок, толщиной до 30мм, прибиваемых к стропильным ногам. К обрешетке крепятся элементы кровли (листовое оцинкованное или окрашенное кровельное железо, волнистый из алюминия, нержавейки или асбоцемента шифер, черепица и т.д.). Кобылка представляет собой короткую доску толщиной 40мм, прибиваемую к стропильной ноге в карнизной части крыши.
Бесчердачные или совмещенные крыши одновременно выполняют функции перекрытия и крыши. Конструкция совмещенной крыши состоит из несущей железобетонной плиты, утеплителя, цементной стяжки, трехслойной гидроизоляции, покрытой асфальтом или плитками на цементно-песчаном растворе.
Иногда, вместо трехслойной гидроизоляции на битумной мастике, состоящей из двух взаимно перпендикулярных слоев толя или рубероида, и третьего слоя из плотной натуральной или искусственной ткани, на цементную стяжку укладывается деревянная обрешетка, покрытая кровельным оцинкованным листом или нержавеющим железом. Для удаления атмосферных осадков совмещенные крыши делаются с односкатным или двухскатным уклоном.
Карниз представляет собой горизонтальный профилированный венчающий выступ наружной стены, служащей для отвода от ее поверхности атмосферных осадков. Обычно он выполняется из материала каменных и кирпичных стен или из сборных блоков заводского изготовления. Величина выноса карниза за поверхность стены колеблется в зависимости от материала от 250 мм для каменных и кирпичных стен до 700 мм для бетонных стен.
На крышах многоэтажных зданий для безопасности необходимо установить ограждающий парапет, расположенный над карнизом. Для крыш с внешним водоотводом парапет выполняется в виде перил. Для крыш с внутренним водоотводом парапет выполняется из материала наружных стен, улучшая архитектурное решение фасада здания и скрывая выступы вентиляционных и дымовых блоков.
Лестницы представляют собой несущие элементы, обеспечивающие сообщение между этажами. Лестничной клеткой называется часть здания, в которой расположена лестница. Лестница состоит из маршей и лестничных площадок. Лестничные марши представляют собой наклонные элементы со ступеньками. Лестничными площадками называются горизонтальные элементы лестницы, на которые опираются марши. Марши соединяют две лестничные площадки, которые осуществляют переход от одного марша к другому и вход в помещение (квартиру, вестибюль, коридор и т.д). Лестничные марши и площадки в настоящее время выполняются в основном из железобетона.
Пандус представляет собой лестничный марш, не имеющий ступенек. Пропускная способность пандуса намного больше, чем лестницы, да и подниматься по нему намного легче, т.к. уклон пандуса небольшой от 5 до 12%. Применение пандуса ограничивается из-за большой потери полезной площади. В настоящее время пандус применяется в основном в многоэтажных гаражах.
Лифты устраиваются в жилых и общественных зданиях этажностью выше пяти этажей, а так же в промышленных и складских зданиях для перемещения промышленной продукции и материалов. Все здания и сооружения, снабженные лифтами, имеют также и лестницы. Шахты лифтов выполняются из несгораемых материалов и имеют выходы на каждом этаже. Тросы лифтов рассчитываются на десятикратную перегрузку.
Окна обеспечивают освещение и проветривание помещения. Оконный блок состоит из оконной коробки, остекленных переплетов, подоконной доски и наружного слива. Коробка оконного блока вставляется в оконный проем и закрепляется с помощью металлических костылей и деревянных пробок. К оконной коробке подвешиваются оконные переплеты с помощью петель. Вертикальные переплеты называются створками, а горизонтальные - фрамугами. Створки и фрамуги могут быть открывающимися и глухими. Окна бывают одностворчатыми, двустворчатыми, трехстворчатыми. В жилых домах оконные проемы часто совмещаются с балконным дверным проемом. Окна бывают с одинарным, двойным и даже тройным остеклением. Двойное остекление более распространено. Одинарное остекление применяется в зданиях, построенных в теплых регионах с положительной дневной и ночной температурой в холодное время года, а тройное остекление - в районах крайнего севера.
Двери обеспечивают вход в помещение (дом, квартиру, комнаты, залы и т.д.). Дверной блок состоит из дверной коробки и дверных полотен. Обычно применяются однопольные и двупольные двери, но иногда для увеличения пространства между двумя смежными помещениями устраивают остекленные многопольные двери. По способу открытия двери разделяются на: распашные, открывающиеся в одну или обе стороны, раздвижные, вращающиеся - турникеты, складные, откидные и подъемные.
Тип и габарит окон и дверей, а также размеры оконных и дверных проемов регулируются ГОСТами.
Чертежи фасадов, планов, фронтальных и профильных разрезов.
1. Чертежи планов.
План представляет собой разрез здания и сооружения воображаемый горизонтальной плоскостью. Для жилых и общественных зданий эта плоскость проходит в пределах дверных и оконных проемов примерно на 1/3 высоты каждого этажа, а для промышленных зданий на высоте 1 м от уровня пола.
План здания входит в основной комплект архитектурно-строительных чертежей, дающий представление о конфигурации и размерах сооружения, выявляет форму и расположение отдельных помещений, оконных и дверных проемов, капитальных стен, колонн, лестниц, перегородок, санитарно-технического оборудования, дымовых и вентиляционных каналов и т.д. на планах жилых и общественных зданий часто показывают размещение мебели и другого оборудования.
На планах промышленных зданий, как правило, указывается различное технологического оборудование, подкрановые пути, рельсовые пути и т.д. 
На планах бытовых помещений промышленных зданий указывается расположение шкафов, вешалок, скамеек и другого оборудования.
Конструкции на планах и разреза изображаются упрощенно без детализации. В крупнопанельных зданиях оконные проемы изображаются без четвертей. Если планы этажей отличаются друг от друга устройством отдельных участков наружных стен, то вычерчивается план одного этажа, а по его примеру располагаются планы-ленточки отличающихся участков стен. При двухъярусном расположении окон в здании на основном плане показывают проем нижнего яруса. План участков стен с проемами второго яруса располагается по периметру основного плана в виде отдельных ленточек. Сложный участок плана выполняется на отдельных фрагментах, выполненных в большем масштабе и с большей степенью детализации. Для жилых зданий большой протяженности вычерчивают в более крупном масштабе планы отдельных секции. Жилые секции представляют собой несколько одно, двух, трех, четырех и более комнатных квартир, расположенных около лестничной клетки (рис. 3.1). Различаются планы этажей, подвалов, технического подполья, чердака, перекрытия, кровли, монтажные планы и др.
На планах этажей наносятся: координационные оси здания и сооружения, размеры, определяющие расстояние между координационными осями и проемами, отметки участков, расположеных на разных уровнях, линии разрезов, проведенные с таким расчетом, чтобы в разрез попадали проемы окон, дверей, наружных ворот и т.д., позиции (марки) элементов здания, заполнение проемов ворот и дверей, перемычек, лестниц и т.д., обозначение узлов и фрагментов планов, наименование помещений, технологических участков, их площади, категории по взрывопожарной и пожарной опасности, границы зон передвижения технологических кранов.
Позиционные обозначения проемов ворот и дверей указываются в кружках диаметром 5 мм. Категории технологических участков проставляются под их наименованием в прямоугольнике размером 5´8 мм. Встроенные помещения и другие сооружения, на которых выполняются отдельные чертежи, изображаются схематично сплошной тонкой линией с показом несущих конструкций. Площадки, антресоли и другие конструкции, расположенные выше секущей плоскости, изображают схематично штрихпунктирной тонкой линией с двумя точками. К планам этажей, согласно ГОСТ 21.101 прилагаются: ведомость перемычек, спецификация заполнения элементов оконных, дверных и др. проемов, щитовых перегородок, перемычек, замаркированных на планах, разрезах и фасадах.
На планах полов наносят: крайние координационные оси, координационные оси у деформационных швов, по краям участков с различными конструктивными и другими особенностями с размерными привязками таких участков, обозначения уклонов полов, тип полов, отметки в местах перепада.
Стены здания и перегородки на планах полов изображают одной сплошной толстой основной линией. На планах полов указывают элементы здания и устройства, влияющие на конструкцию пола (проемы ворот и дверей, деформационные швы, каналы, трапы и т.д.), а так же границы участков с различной конструкцией пола.
Деформационные швы изображают двумя тонкими сплошными линиями, а границы участков пола - пунктирными линиями.
Допускается планы полов совмещать с планами этажей.
На планы кровли (крыши) наносят: крайние координационные оси, координационные оси у деформационных швов, а также по краям участков кровли с различными конструктивными и другими особенностями с размерными привязками таких участков, обозначения уклонов кровли, отметки или схематический поперечный профиль кровли, позиции (марки) элементов и устройств кровли, парапетные плиты и другие элементы ограждения кровли, воронки, дефлекторы, вентиляционные шахты, пожарные лестницы.
Координационные оси зданий и сооружений на планах наносят штрихпунктирными линиями с длинными штрихами толщиной 0,3-0,4мм. Разбивочные оси выводят за контур стен и маркируют. Маркировка осей на стороне здания с большим количеством несущих стен и колонн производится арабскими цифрами 1, 2, 3... , которые чаще всего проходят поперек здания. Маркировка осей на стороне здания с меньшим их числом производиться заглавными буквами русского алфавита А. Б. В... Такие оси, в большинстве случаев идут вдоль здания. Оси элементов расположенных между разбивочными осями основных несущих конструкций маркируются дробью Б/1, ... Г/3, ... 2/1, ... 5/1 и т.д.
Вычерчивание планов этажей начинается с нанесения координационных осей. Первая линия размеров проводится от координационной оси на расстоянии 20-30 мм, а остальные на расстоянии 8 мм друг от друга. Следовательно, вокруг здания необходимо иметь суммарное место для нанесения выносных и трех размерных линий, а также маркировочных кружков с суммарным размером примерно 50 мм.
После вычерчивания координационных осей вычерчивается толщина наружных стен. Например, если толщина наружной стены из кирпича равна 510 мм привязка оси внутрь стены будет равна 100 или 200 мм, а снаружи 410 или 310 мм соответственно. Капитальные внутренние стены вычерчиваются симметрично относительно координационной оси. После подбирают тип окна и его размеры с учетом норм освещенности и архитектуры фасада. Высота окон принимается постоянной для всего этажа, варьируется только их ширина. На чертежах технического проекта оконные проемы вычерчиваются без оконных коробок, переплетов и подоконной доски. После разбивки оконных проемов наносятся размеры окон в четвертях, затем вычерчиваются четверти так, чтобы окно расширялось внутрь, до размера, равного двум четвертям. На первой размерной линии указывается размер от торца стены до окна, а затем размеры окон в четвертях и размеры простеночных проемов. Ширина одностворчатых окон по ГОСТ принимается равной 720 и 870мм, двухстворчатых - 1170, 1320, 1470мм, трехстворчатых - 1770 и 2070мм. Затем вычерчиваются перегородки и дверные проемы. Дверной проем на плане вычерчивается с привязкой к одной из ближайших стен. При этом проставляется марка двери. Размеры дверей назначаются по ГОСТу: наружные двупольные входные двери принимаются по ширине равными 1390 и 1790мм, а по высоте – 2300мм, в комнатах ширина двупольных дверей принимается равной 1202мм, а однопольных 800 и 900мм высотой 2000мм. В кухнях, в санузлах и кладовых жилых домов устанавливаются однопольные двери высотой 2000м. Ширина дверей в кухню принимается равной 700мм, а в санузлах и кладовых – 600 мм. Одинарные двери из квартир на лестницу, в общий квартирный коридор или в поэтажный вестибюль должны открываться внутрь квартиры. Двойные двери могут открываться в разные стороны. В общественных зданиях двери на лестничную клетку, в общих коридорах, а также двери, предназначенные для эвакуации должны открываться в сторону выхода. Расположение дверных полотен наносятся на плане здания по ГОСТ 21.107-78. Печи и кухонные плиты на плане располагаются около капитальных стен, где предусмотрены дымовые каналы. Вентиляционные каналы в стенах кухонь, уборных и ванных комнат изображаются в виде прямоугольников размером 140´140мм или 140´270мм, а дымовые каналы - размером 140´270мм. На планах указывается толщина внутренних стен и перегородок, привязка граней внутренних стен и перегородок к координационным осям или к поверхности противоположных стен, чистое расстояние между капитальными стенами, а также между перегородками в комнатах, площади комнат и подсобных помещений (кухонь, коридоров, санузлов, ванных, кладовых и т.д.).
План кровли представляет собой вид на здание сверху. Все скаты кровли (крыши) имеют одинаковый уклон, следовательно ребра между гранями крыши на плане являются биссектрисами углов. План кровли, как правило, вычерчивается в масштабе 1:200. Для иллюстрации на рис. 3.5 представлен план четырехскатной кровли.