Общие положения
В курсе архитектуры изучаются методы, а также технические и художественные приемы проектирования зданий и сооружений и их комплексов.
В строительной практике различают понятия «здание» и «сооружение». В зданиях, объединяющих различные помещения, люди живут, работают, учатся, отдыхают. Иначе говоря, здания с его помещениями служат для выполнения людьми определенных процессов труда и быта, называемых технологическими пли функциональными. Сооружения же предназначаются для выполнения каких-либо сугубо технических задач (например, мост, плотина, набережная, доменная печь). С другой стороны, понятие «сооружение» нередко применяют как обобщающий термин, т. е. здания тоже иногда относят к сооружениям. Учитывая это, мосты, плотины и т. п. обычно принято называть инженерными сооружениями.
В настоящей книге мы будем рассматривать только здания.
Приступая к изучению курса, прежде всего необходимо дать определение предмета архитектуры, включающего в себя весьма сложные и многообразные понятия.
Архитектурой, или зодчеством, в широком смысле называют систему материальных структур (здания и их комплексы), формирующую пространственную среду, искусственно создаваемую для осуществления различных процессов человеческой деятельности (быта, труда, культуры). С другой стороны, под архитектурой понимают также совокупность определенных художественно-композиционных качеств, присущих тому или иному зданию и оказывающих эмоциональное воздействие на сознание людей. Таким образом, архитектура является частью материальной культуры и одновременно искусством.
Неотъемлемым качеством архитектуры здания является соответствие его практическому утилитарному назначению, т. е. соответствие функциональному процессу или характеру той деятельности, которая будет происходить в здании.
Создание наиболее удобной и благоприятной среды для деятельности человека составляет первую и основную функциональную сторону архитектуры.
Как произведение искусства, архитектура здания выражает в художественной форме определенное идейное содержание, отражает характер общественных отношений людей, их идеологию и художественные вкусы. В этом состоит вторая сторона архитектуры — художественная.
Наряду с требованиями функциональной целесообразности и художественной выразительности архитектура зданий должна также удовлетворять требованиям прочности, долговечности и экономики.
Учитывая сказанное выше, архитектуру можно рассматривать с трех сторон: функциональной, художественной и инженерно-экономической. Об этих трех сторонах архитектуры еще две тысячи лет тому назад древнеримский зодчий Витрувий в своем трактате «Десять книг об архитектуре» писал, что архитектура должна заключать в себе три элемента: пользу, прочность и красоту. Это выражение называют триадой Витрувия.
Поскольку в понятие «польза» Витрувий включал и удобства, и экономичность, его формулировка достаточно полно охватывает основные стороны архитектуры и не потеряла своей актуальности и в наше время.
Все стороны архитектуры — удобство, прочность, экономичность и красота — должны быть тесно связаны между собой, находиться в органическом единстве, однако практическое назначение архитектуры (польза) должно быть главным.
Рассматривая три стороны архитектуры — функциональную, художественную и инженерно-экономическую, надо иметь в виду, что все они изменяются в процессе исторического развития. На всех этапах развития общества архитектура зависит от уровня производительных сил, от формы производственных отношений и классовой борьбы. Она отражает идеи господствующего класса и особенности культуры данного народа. В архитектуре зданий и населенных мест находят свое отражение также природно-климатические условия, национальные особенности народа и черты, свойственные общественному строю.
В процессе проектирования здания все многочисленные требования, предъявляемые к его архитектуре, необходимо тщательно учитывать, гармонически сочетать для создания единого организма. Достигается это путем использования различных средств архитектурной композиции.
Архитектурной композицией называется такое сочетание частей и форм здания (или комплекса зданий) и соотношение их между собой, которое служит целям создания реалистического архитектурного сооружения, удовлетворяющего как функциональным, так инженерно-техническим и художественным требованиям. В узком смысле под архитектурной композицией понимают весь творческий процесс проектирования архитектурного сооружения.
Проектирование всякого здания имеет конечной целью создание того или иного композиционного решения, т. е. сочетание всех требований и элементов здания в гармонически связанное и законченное единое целое.
В процессе проектирования здания можно различать несколько стадий композиции:
- 1) архитектурно-функциональную, т. е. такое сочетание объемно-планировочных элементов здания, которое в наилучшей степени удовлетворяло бы утилитарному назначению здания;
- 2) архитектурно-художественную, которая имеет целью придать нужную архитектурную выразительность внешнему виду здания и его внутренним помещениям;
- 3) архитектурно-конструктивную, целью которой является подбор строительных материалов и конструкций, конструктивных схем, несущих и ограждающих конструктивных элементов.
Структурные части зданий
Фундаменты являются нижними частями здания, предназначенными для передачи и распределения нагрузки от здания на грунт. Верхнюю поверхность фундамента, на которую опирается здание, называют обрезом. Кроме того, обрезами называют горизонтальные площадки уступов фундамента.
Плоскость, которой фундамент опирается на грунт, называют подошвой фундамента. Вертикальное расстояние от низшего уровня поверхности земли в период эксплуатации здания до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента. Если здание имеет подвал, то элементы фундамента, расположенные выше его пола, образуют стены подвала.
Стены ограждают помещения от внешнего пространства (наружные стены) или отделяют их от других помещений (внутренние стены). Стены могут быть несущими, когда они кроме собственного веса воспринимают нагрузку от других частей здания (перекрытий и крыши), самонесущими, если они несут нагрузку только от собственного веса степ всех этажей здания, и ненесущими, когда они воспринимают собственный вес только в пределах одного этажа и передают его поэтажно на другие элементы здания.
Все разновидности стен воспринимают ветровую нагрузку.
Внутренние огнестойкие стены из несгораемых материалов, являющиеся противопожарными преградами и запроектированные в соответствии с требованиями противопожарных норм, называют брандмауэрами. Брандмауэры должны возвышаться не менее чем на 0,3 м над несгораемыми кровлями и на 0,6 м — над сгораемыми.
К отдельным опорам здания относят столбы или колонны (кирпичные, железобетонные, стальные и деревянные), которые воспринимают нагрузку от перекрытий н крыши или поддерживают наружные стены. Под столбы и колонны обычно устраивают отдельные фундаменты.
Перекрытиями называют горизонтальные конструкции, делящие внутреннее пространство здания на этажи и предназначенные для восприятия кроме собственного веса полезной (временной) нагрузки, т. е. веса людей, предметов обстановки и оборудования помещений, и передачи его на стены или отдельные опоры. Перекрытия являются горизонтальными диафрагмами жесткости, которые выполняют важную роль в обеспечении пространственной неизменяемости здания.
В зависимости от их месторасположения в здании перекрытия подразделяют на междуэтажные, располагаемые между двумя смежными этажами, чердачные — между верхним этажом и чердаком, надподвальные — между первым этажом и подвалом и нижние — между первым этажом и подпольем.
Крыша завершает здание и защищает его от атмосферных осадков. Верхнюю водонепроницаемую оболочку крыши называют кровлей. Если здание строят без чердака, то его крыша выполняет одновременно функции крыши и чердачного перекрытия; в этом случае ее называют покрытием. Когда нижняя поверхность пологого покрытия образует потолок помещений верхнего этажа, такое покрытие принято называть совмещенной крышей.
Лестницы служат для сообщения между помещениями, расположенными в разных этажах. Лестницы в большинстве случаев по противопожарным соображениям размещают в отдельных помещениях, называемых лестничными клетками.
Перегородки представляют собой тонкие ненагруженные ограждении, устанавливаемые на перекрытиях и разделяющие внутреннее пространство здания на отдельные помещения.
Окна служат для освещения помещений естественным светом и для их проветривания, а двери — для сообщения между смежными помещениями или между помещениями и наружным пространством. Размеры дверей, их количество и расположение в здании определяют с учетом назначения здания и отдельных его помещений. Эти размеры должны удовлетворять требованиям быстрой эвакуации людей из помещений в случае возникновения пожара.
Фундаменты, стены, отдельные опоры, перекрытия и крыша, воспринимающие нагрузили от веса находящихся в здании людей, оборудования, от снега и ветра или от других частей здания, на них опирающихся, в совокупности образуют пространственную систему, которую называют несущим остовом здания.
Различают также ограждающие конструкции зданий, которые отделяют помещения от внешней среды или одни помещения от других. К ограждающим конструкциям относят наружные и внутренние стены, перекрытия и полы, перегородки, покрытия и кровли, окна и двери.
Ограждающие конструкции должны обладать стойкостью против атмосферных и других физико-химических воздействий, а также надежными теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами.
Некоторые части зданий выполняют одновременно несущие и ограждающие функции (например, стены, перекрытия и покрытия).
Классификация зданий
Здания в зависимости от их назначения принято подразделять на гражданские, промышленные и сельскохозяйственные.
К гражданским относят здания, предназначенные для обслуживания бытовых и общественных потребностей людей. Эти здания разделяют на жилые и общественные (административные, учебные, детские учреждения, культурно-просветительные, торговые, коммунальные и др.).
Промышленными называют здания, сооруженные для размещения орудий производства и выполнения трудовых процессов, в результате которых получается промышленная продукция (например, заводы, фабрики, электростанции, насосные станции и т. п.).
Сельскохозяйственные здания предназначены для нужд сельского хозяйства (например, здания для содержания скота и птицы, для хранения и ремонта сельскохозяйственных машин, теплицы и т. п.).
Гражданские здания, которые строит в населенном пункте в большом количестве и в основном по типовым проектам, относят к зданиям массового строительства (жилые дома, школы, больницы, ясли, детские сады).
Общественные здания государственного или большого культурного значения, которые возводит в крупных населенных пунктах (например, театры, музеи, здания правительственных учреждений, дворцы культуры и др.), называют уникальными и строят обычно по индивидуальным проектам.
В зависимости от материала, из которого выполнены стены, здания подразделяют на каменные, деревянные и др. По виду и размеру строительных изделий различают здания из мелких штучных элементов и здания из крупноразмерных элементов (крупноблочные и крупнопанельные).
К крупноблочным (рис. 2) относит здания, стены которых монтируют из искусственных камней большого размера, называемых крупными блоками и имеющих массу до 3 т, а иногда и более. В таких зданиях крупные размеры имеют не только элементы стен, но и другие части здания (например, перекрытия, перегородки, лестницы и др.). Монтируют элементы крупноблочных зданий с помощью монтажных механизмов (обычно башенных кранов).
Крупная стеновая панель представляет собой по сравнению с крупным стеновым блоком элемент гораздо большей площади и примерно в 2 раза меньшей толщины. В отличие от крупных стеновых блоков стеновые панели не обладают самостоятельной устойчивостью и поэтому во время монтажа их временно закрепляют специальными приспособлениями, а затем окончательно крепят к поперечным стенам, перекрытиям или элементам каркаса постоянными соединительными стальными креплениями (электросваркой или на болтах).
Особенностями элементов крупнопанельного дома являются их большие размеры и высокая степень заводской готовности. Стеновые панели изготовляют на заводах с полной отделкой наружной поверхности и подготовленной под окраску или оклейку обоями внутренней поверхностью, с установленными в цапель оконными переплетами и дверями. Готовые стеновые панели монтируют при помощи кранов.
Панели перекрытий должны поступать на стройку с отделанной поверхностью потолка и гладкой поверхностью для настилки пола из линолеума или другого материала, панели перегородок — подготовленными под окраску или оклейку обоями, лестничные марши и площадки — тоже полностью отделанными.
По этажности гражданские здания условно подразделяют на малоэтажные (высотой до трех этажей), многоэтажные (от четырех до восьми этажей), здания повышенной этажности (от 9 до 25 этажей) и высотные (более 25 этажей). При определении этажности здания учитывают только надземные этажи, уровень пола которых расположен не ниже отметки отмостки или тротуара.
Этаж, пол которого заглублен ниже отмостки или тротуара, но не более чем на половину высоты помещения, называют цокольным, или полуподвальным. Если заглубление пола превосходит указанный размер, то этаж называют подвальным. Этаж, расположенный в пределах чердака относительно высокой крыши (обычно двускатной), называют мансардой.
Этаж, предназначенный для размещения инженерных сетей и оборудования дома при необходимости зонирования санитарно-технических систем в жилых зданиях высотой 17 этажей и более, называют техническим. Высота его должна быть не менее 1,9 м до низа перекрытия без учета выступающих конструкций.
В зависимости от вида несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий — с несущими стенами и каркасную. В зданиях с несущими стенами (см. рис. 1) нагрузку от перекрытий и крыши воспринимают стены: продольные, поперечные или одновременно те и другие.
Помимо схем зданий с несущими стенами и каркасной применяется также схема с несущими наружными стенами и внутренним каркасом, колонны и столбы которого заменяют внутренние несущие стены. В этом случае каркас называют неполным (рис. 4, б).
Требования, предъявляемые к зданиям
Здания должны удовлетворять следующим требованиям: соответствовать своему назначению, т. е. создавать наилучшие условия для быта и труда людей; быть прочными, устойчивыми, долговечными; безопасными в пожарном отношении; удовлетворять санитарно-гигиеническим, экономическим и архитектурным требованиям.
Качество зданий определяется степенью их долговечности и огнестойкости, эксплуатационными качествами и характером предъявляемых к ним архитектурных требований.
Долговечность зданий зависит от долговечности конструкций, которая обеспечивается применением материалов, имеющих надлежащую стойкость (морозо-, влаго- и биостойкость, стойкость против коррозии, высокой температуры, циклических температурных колебаний и других разрушающих воздействий окружающей среды), а также специальными конструктивными решениями.
Долговечность ограждающих конструкций определяется сроком их службы без потери требуемых эксплуатационных качеств.
Строительными нормами установлено три степени долговечности ограждающих конструкций:
- I степень — со сроком службы не менее 100 лет:
- II степень — со сроком службы не менее 50 лет;
- III степень — со сроком службы не менее 20 лет.
Пределом огнестойкости конструкции называется время (в часах) от начала Огневого испытания до появлении одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140° в среднем, или на 180° в любой точке по сравнению с температурой до испытания, или более чем па 220° независимо от температуры до испытания.
Предел огнестойкости кирпичной стены толщиной в 1 кирпич равен 5,5 ч, тогда как незащищенных стальных колонн — всего 0,25 ч.
Здания по степени огнестойкости подразделяют на пять степеней. К зданиям I, II и III степеней огнестойкости относят каменные, к IV степени — деревянные оштукатуренные, к V — деревянные неоштукатуренные.
В зданиях I и II степеней огнестойкости стены, опоры, перекрытия и перегородки предусматривают несгораемые, причем предел огнестойкости этих элементов в зданиях I степени выше, чем во II. В зданиях III степени огнестойкости стены и опоры возводят несгораемые, перекрытия и перегородки трудносгораемые.
Деревянные здания IV и V степени огнестойкости по противопожарным требованиям строят высотой не более 2 этажей.
Эксплуатационные качества гражданских зданий характеризуются составом помещений, нормами их площадей и объемов, качеством наружной и внутренней отделки и уровнем инженерного оборудования. При этом ограждающие конструкции здания, как было указано в § 2, должны быть стойкими против атмосферных и других физико-химических воздействий, а также обладать надежными теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами.
По совокупности показателей долговечности и огнестойкости основных конструктивных элементов и эксплуатационных качеств здания подразделяют на четыре класса. К I классу относят здания, к которым предъявляют повышенные требования, а к IV классу — здании, которые удовлетворяют минимальным требованиям долговечности, огнестойкости и эксплуатации.
Для зданий различного назначения требования, определяющие их класс, устанавливают разные. Эти требования изложены в нормах проектирования соответствующих зданий.