Основные конструктивные схемы городских зданий

Архитектурное проектирование решает комплексные задачи, в которых функция, конструкция и художественная форма выступают как единое целое. Конструктивной схемой здания называют систему вертикальных (стены, столбы) и горизонтальных (перекрытия, покрытия) элементов, которые обеспечивают зданию пространственную жесткость. Конструктивные схемы зависят от типа и расположения вертикальных и горизонтальных элементов несущего остова здания.

Исторически сложились три конструктивных системы, известные с древних времен:

- стоечно-балочная (или каркасная), в которой горизонтальный элемент (балка) работает на изгиб;

- сводчатая и арочная, в которых материал работает на сжатие, передавая с верхних элементов на нижние нагрузку и собственный вес;

- подвесная, в которой горизонтальные элементы работают на растяжение.

Каждой системе соответствовал материал, наиболее всего к ней подходивший.

В стоечно-балочной системе применяли деревянные конструкции: хорошо работающие на изгиб деревянные балки перекрывали большие пролеты до 10 м. На основе этой системы в Древней Греции возникли ордеры).

В сводчатых и арочных конструкциях, возникших позже, основным материалом стал камень, который хорошо работал на сжатие, но плохо на изгиб, обеспечивая перекрытие пролетов лишь до 3,5 м. Арочная система, развившаяся из каркасной схемы, может работать отдельно от стены. Сопряжение арки с кладкой стены имеет полуциркульное очертание (архивольт) или перевязывается с кладкой. Пяты арок опираются на столбы через антаблемент) (импост)) или на колонны, образуя арочные колоннады (аркады)). Угловые опоры арочных систем усилены столбами-подпорками (контрфорсами)). Материалом для арочной системы сначала был камень, а затем кирпич. В древности из камня были возведены выдающиеся арочные и купольные здания больших пролетов. Например, диаметр купола Пантеона в Риме равен 43,5 м. Применение железобетона облегчает возведение сводов и куполов. Разработаны конструкция тонкостенных железобетонных оболочек и их разновидности - складчатых поверхностей (складок).

После внедрения в архитектуру металлических конструкций стали применять третью систему - подвесную. Байтовые покрытия, растягиваемые или поддерживаемые системой тросов, могут быть разнообразными по форме.

В современном массовом строительстве не требуется перекрывать большие пролеты, поэтому в основном используют три схемы стоечно-балочной системы.

1. Бескаркасная с несущими наружными и внутренними стенами (с продольными или с поперечными). Причем несущими могут быть продольные стены, поперечные или и продольные и поперечные.

2. С неполным каркасом: внутренний каркас и несущие наружные стены.

3. Каркасная (с полным каркасом), т. е. с несущими отдельными опорами. Состоит она из вертикально поставленных стоек (колонн) и опирающихся на них балок (прогонов).

Соединение вертикальных и горизонтальных элементов конструкции может допускать вращение одного элемента относительно другого; такое соединение, допускающее изменять геометрическую форму сопряжения, называется шарнирным.

Если соединение горизонтальных и вертикальных элементов заделано намертво с целью увеличения жесткости конструкции, такое сопряжение называется жестким. В этом случае из стоечно-балочной система превращается в рамную с жесткими узлами рамы, а балка - в ригель - горизонтальный элемент рамы.

Жесткость конструкции может достигаться введением жестких плоскостей - диафрагм жесткости. Постановка вместо внутренних несущих стен отдельных опор (колонн), соединенных ригелями (балками перекрытий), с опиранием на ригели плит перекрытий дает возможность перекрыть большие пространства, внутри которых можно изменить размеры помещений, передвинув перегородки - ограждающие конструкции. Так возникает понятие гибкой планировки - возможности в процессе эксплуатации здания менять расположение и размеры помещений.
Каркасные здания наиболее полно отвечают требованиям современного строительства, а бескаркасные применяют обычно для жилых домов и небольших общественных и промышленных зданий. Последние надежны и просты, но имеют недостатки: из-за ограниченной длины плит перекрытий, не превышающей 6 м, необходимо возводить стены для опирания плит, поэтому спроектировать свободное помещение большого размера по этой схеме невозможно.

Каркасные типы зданий различают по следующим признакам:

1) по материалу - железобетонный каркас (монолитный, сборный, сборно-монолитный), металлический каркас;

2) по характеру устройства ригелей - с продольным, поперечным, перекрестным расположением ригелей и непосредственным опиранием перекрытий на колонны (безригельное решение);

3) по особенностям сопряжения элементов в узлах - монолитные и сварные.