Наружные стены и их элементы.

Общие сведения об основаниях и фундаментах.

Конструктивные решения основных видов фундаментов.

Общие требования и классификация стеновых конструкций.

Важные моменты воздействий на наружные стены

Требования, предъявляемые к отделке фасадов

 

 

Первопричиной и целью всякой строительной деятельности человека, как правило, является полезное трех мерное пространство. Сегодня в нем протекает большая часть человеческой деятельности. В результате «обстройки» пространства или группы пространств возникает архитектурный объект. Он как бы обволакивает внутренние пространства, поэтому решение наружных поверхностей, и в частности стен, являются важнейшей задачей строительного проектирования, а комплексное оформление их внешних поверхностей – одна из основных задач архитектора.

Говоря, о наружных стенах в архитектуре мы, обычно подразумеваем, фасады зданий, красота и выразительность которых поражают нас в первую очередь. Стилистические особенности наружных стен – фасадов зданий, того или иного времени область изучения истории искусства и архитектуры и решения композиционных задач для проектировщика. Мы же будем рассматривать наружные ограждения зданий и сооружений как объект, строительного производства, строительную конструкцию.

Кто не знает, как приятно сидеть дома. когда на улице дождь, дует ветер метет метель. Нас окружают уютные стены. Они берегут наше тепло, укрывают от непогоды. Не менее приятно войти в прохладный сумрак жилища с раскаленной солнцем улицы, где-нибудь на юге. Здесь стены преграждают путь в комнаты жарким солнечным лучам.

Уберечь людей от неприятностей климата – вот первая задача стен.

А теперь вспомним сказку о трех поросятах, забавная и поучительная история. Огородить, защитить, сделать жилище безопасным – вторая задача стен. Стены должны быть прочными, но если враг заберется в дом, никакие стены не помогут.

Наружные стены – наиболее сложная конструкция здания. Она подвергается многочисленным и разнообразным силовым и не силовым воздействиям. Стены воспринимают собственную массу, постоянные и временные нагрузки от перекрытий и крыш, воздействия ветра, неравномерность деформаций основания, сейсмических сил и др. С внешней стороны наружные стены подвержены воздействию солнечной радиации, атмосферных осадков, переменных температур и влажности наружного воздуха, внешнего шума, а с внутренней стороны – воздействию теплового потока, водяного пара, шума. Выполняя функции наружного ограждения конструкции и композиционного элемента фасадов, а часто и несущей конструкции. Наружная стена должна отвечать требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий, обеспечить необходимый температурно-влажностный режим ограждаемых помещений, обладать декоративными качествами.

В наружных стенах обычно располагают оконные проемы для освещения помещений и дверные проемы – для выхода и входа в здания и выхода на балконы и лоджии. В комплекс конструкций стены включают заполнение проемов окон, входных и балконных дверей, конструкции открытых помещений. На стенах располагают все возможные карнизы, декоративные украшения и скульптуру, рекламу. Все эти элементы и их сопряжения со стеной должны отвечать перечисленным выше требованиям.

Несущие стены – это один из самых древних и традиционных конструктивных элементов сооружения. Работа несущей стены заключается в сопротивлении усилиям сжатия, возникающим в ней в результате воздействия вертикальной нагрузки от перекрытия. В то же время несущая стена, если она обладает достаточной теплоизоляционной способностью, может служить и ограждающей конструкцией. Чаще всего несущие стены выполняют из природного или искусственного камня или дерева. Основным материалом является кирпич, который используют для возведения кирпичных стен. В качестве материала для несущих стен могут использоваться легкие бетоны. В каркасном и многоэтажном строительстве используется железобетон в виде утепленных панелей и несущих элементов. Несущие стены в качестве конструктивной основы используются обычно для жилых домов небольшой этажности (1 – 5 этажей) с малыми нагрузками на перекрытие.

Расположение несущих стен в плане может быть различным. Так, в многоэтажных жилых домах поперечные несущие стены воспринимают нагрузку от перекрытия (железобетонный настил, уложенный вдоль здания) и одновременно служат перегородками. В том случае, наружные продольные стены несут лишь свой собственный вес и функционируют как ограждающие конструкции. При продольном расположении несущих стен в таком же здании железобетонный настил перекрытий укладывается поперек здания и опирается обычно на три продольные стены: две наружных и одну внутреннюю.

Схемы с поперечными несущими стенами применяется для сооружения коридорных и галерейных жилых домов, а также для других зданий с ячеистой структурой, например гостиниц и пансионатов. Схема с продольными несущими стенами характерна для секционных жилых домов.

В плане жилого дома или общественного здания высотой в один - два этажа расположение несущих стен может варьироваться и содержать черты, как первой, так и второй рассмотренных схем. Пластика здания подчеркивает выявление функций несущих стен как работающих напряженных элементов конструктивной системы. Этот момент особенно важен для экстерьера, так как способствует хорошему прочтению тектоники сооружения.

Кирпичные стены древних сооружений массивны. Окошки не велики, их проемы не ослабляют стен. Весь низ стен гладок, без украшений. Зато верх словно распустился узорами. На поверхности стен чередуются ряды по-разному уложенных каменных или кирпичных рядов: треугольные «городки», зубчатый «поребрик» и пр., маленькие углубления - нишки, в которые вставлены специально отлитые и обожженные в печи керамические или тесанные из камня декоративные украшения. В архитектуре часто встречается такое соседство резного и «противоположного»: массивного и легкого, гладкого и узорчатого или неровного.

Дома зачастую бывают многоэтажными. Чем выше дом, тем больше в нем этажей. Задача стен – служить не только ограждением и защитой, но они должны быть опорой для потолков, перекрытий крыши. Для стен тех этажей, которые находятся выше. Стены должны быть несущими. Стенам первого этажа приходится особенно трудно. Они должны быть самыми мощными, а их материал – особенно прочным. Так люди и строили, укладывая в нижние части здания особенно крупные камни, или особенно толстые бревна. Нередко дома строили не из одного а из двух разных материалов. Особенно часто из камня и дерева. Камень прочнее дерева: каменный или кирпичный столб того же поперечного сечения что и деревянный мог выдержать намного большую нагрузку. Поэтому так часто можно увидеть, особенно в старинных русских городах, дома, в которых нижний этаж из кирпича, а верхний из дерева.

Богатые купцы, банкиры, жители средневековой Флоренции XIII– XVIIвеков, хотели видеть свои дома не только прочными, но и величественными. У такого хозяина было много челяди нанятой специально для защиты (их называли «брави»). Такой дом был настоящий дворец – палаццо. В доме обычно было три этажа. Каждый этаж высотой в 6 – 8 м. фасад такого здания. Оставаясь плоским, фасад выражал силу и достоинство хозяина.

Архитектор показывал это через прочность стены. Стена кирпичная, она сделана толще в первом этаже, чем в верхних. Но это не видно, зато показана разница в «качестве» стены и ее кладки. В нижнем этаже стена облицована рядами грубо колотого, выпуклого камня. Швы в нем ровны и плотны. Такая кладка называется – руст. В руст сделаны и обрамления окон, завершенные полукружиями – арками.

Во втором этаже, где нагрузка меньше, где стена может быть не такой сильной (но не менее прочной), и руст выступает не так значительно, и стена выглядит не такой мощной. В третьем этаже стена просто оштукатурена., только вокруг оконных проемов неширокие обрамления.

Так и задумана архитектура этого дома: где все изменяется в нем от низа к верху, от сильного к более слабому, от выпуклого шершавого к плоскому гладкому, от грубого к изящному. Этот прием использовался долго и в более поздние века, но уже подчеркивая материальный достаток и классовую рознь, чем выше этаж, тем дешевле квартиры, тем менее презентабельное оформление стен.

Но есть дома, в архитектуре которых нет этой противоположности сильного и слабого, тяжелого и легкого. Дом жителя средневекового Бирмингема в Англии, обычный для XIV– XVIIвеков, выстроен не из кирпича и камня. Его фасады образует деревянный скелет, каркас. Между стойками и поперечинами находятся не толстые стенки из кирпича или другого более легкого материала – заполнителя. Такая система называется фахверком. Деревянный фахверк все держит. Его стойки и балки несут нагрузку. Сама стена здесь не является несущей, опорной, но служит только ограждением.

Здесь все устроено по-другому и архитектура дома другая. Стена, образующая фасад – легка. Живописен рисунок деревянной решетки – фахверка. Замысловат ее темный узор на фоне побеленных стенок заполнителя.

Для создания наиболее благоприятных условий работы стены необходимо установить / создать надежный фундамент. Что такое фундамент? Это часть здания расположенная ниже отметки дневной поверхности земли / грунта. Назначение фундамента – передавать все нагрузки от здания на грунт основания. В случаях, когда под зданием устраивают подвалы, фундаменты выполняют роль ограждающих конструкций подвальных помещений. Долговечность, надежность, устойчивость здания во многом зависят от качества фундаментов

Работа фундаментов протекает в сложных условиях. Они подвергаются влиянию разнообразных внешних воздействий, как силовых так и не силовых. Такие силовые воздействия, как нагрузки от массы здания и грунта, отпор грунта, силы пучения, сейсмические удары, вибрация, вызывают появление различного вида сжимающих, сдвигающих изгибающих напряжений, результатом которых могут быть недопустимые деформации и разрушения.

Не силовые воздействия: переменная температура и влажность, избыточное увлажнение, воздействие химических веществ, деятельность насекомых, грибков и бактерий - могут привести как появлению напряжений и разрушений в фундаментах, тем самым нарушению эксплуатационного режима помещений здания.

Чтобы противостоять различного рода воздействиям и обеспечить необходимые условия эксплуатации зданий, фундаменты должны отвечать ряду требований. Основные из этих требований: прочность, долговечность, устойчивость на опрокидывание и на скольжение. Обязательна стойкость к воздействию грунтовых вод, химической и биологической агрессии.

Разнообразие материалов и конструктивных решений зданий, климатических и грунтовых условий определило множество различных видов фундаментов, используемых в современном строительстве.

Материалом для фундаментов могут служить дерево, бутовый камень, бутобетон, бетон и железобетон. Деревянные фундаменты, как правило, используют лишь для временных деревянных зданий. В условиях переменной влажности древесина быстро загнивает и разрушается. Возведение бутовых и бутобетонных фундаментов трудоемко, ограниченно теплым сезоном и требует квалифицированных каменщиков. Однако бутобетонные фундаменты, изготавливаемые в опалубке с применением бетонов, проще в изготовлении и не требуют высокой квалификации строителей. Массовое распространение в современном строительстве получили бетонные и железобетонные фундаменты (монолитные и сборные). Бетон и железобетон в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для фундаментов: морозостойкость, механическая прочность, стойкость к агрессивным водам, биостойкость и т.д.

По конструктивной схеме фундаменты различают: ленточные, отдельно стоящие, сплошные и свайные.

Ленточные фундаменты устраивают под все капитальные стены, а в некоторых случаях под колоны. Они представляют собой заглубленные в грунт ленты бутовой кладки или железобетона. Наиболее часто используют в индивидуальном и котеджном строительстве.

Отдельно стоящие фундаменты представляют собой отдельные плиты с установленными на них подколонниками. Их устраивают для каркасных зданий.

Сплошные фундаменты могут быть плитные или коробчатые, в один или несколько этажей. Сплошные фундаменты применяют для зданий с большими нагрузками или при слабых и неоднородных основаниях.

Свайные фундаменты применяют в индустриальном способе производства в промышленном, общественном и многоквартирном жилом строительстве. Они требуют глубоких расчетов.

Только имея крепкий и надежный фундамент можно приступать к возведению стен проектируемого здания. Все конструкции наружных стен зданий принято классифицировать по признакам:

- статической функции стены, определяемой ее ролью в конструктивной системе здания;

- материала и технологии возведения, определяемой строительной системой здания;

- конструктивного решения – в виде однослойной или сложной, слоистой ограждающей конструкции.

По статической функции различают несущие, самонесущие или не несущие конструкции стен.

Несущие - это такие стены, которые помимо вертикальной нагрузки от собственной массы воспринимают и передают фундаментам нагрузки от смежных конструкций: перекрытий, перегородок, крыш и пр.

Самонесущие – это такие стены, которые воспринимают вертикальную нагрузку только от собственной массы (включая нагрузку от балконов, парапетов и других элементов стены). Такие стены передают нагрузку непосредственно на фундамент либо через цокольные панели, рандбалки, ростверк или другие конструкции.

Ненесущие стены поэтажно, (или через несколько этажей) опираются на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, каркас, внутренние стены).

По материалу различают четыре основных типа конструкций стен: бетонные, каменные, из не бетонных материалов и деревянные. В соответствии со строительной системой каждый тип стены содержит несколько видов конструкций: бетонные стены – из монолитного бетона, крупных блоков или панелей; каменные стены – ручной кладки, стены из каменных блоков и панелей; стены из не бетонных материалов – фахверковые и панельные каркасные и бескаркасные; деревянные стены – рубленные из бревен или брусьев каркасно-обшивные, каркасно-обшивные, каркасно-щитовые и панельные. Бетонные и каменные стены применяют в зданиях различной этажности и для различных статических функций в соответствии с их ролью в конструктивной системе здания. Стены из не бетонных материалов используют в зданиях различной этажности только в качестве ненесущей конструкции.

Наружные стены могут быть однослойной или слоистой конструкции. Однослойные стены возводят из панелей, бетонных или каменных блоков, монолитного бетона, камня, кирпича, деревянных брёвен и брусьев. В слоистых стенах выполнение разных функций возложено на различные материалы. Функции прочности обеспечивают бетон, камень, дерево; функции долговечности – бетон, камень, дерево или листовой материал (алюминиевые сплавы, эмалированная сталь, стекло и керамика); функции теплоизоляции – эффективные утеплители (минераловатные плиты, фибролит, пенополистерол и пр.); Функция пароизоляции – рулонные материалы (прокладочный рубероид, фольга и пр.); декоративную функцию выполняют различные декоративные материалы. В число слоев такой ограждающей конструкции может быть включен воздушный прослоек.

Согласно принятым нормам и правилам, несущие стены. Как правило, должны быть несгораемыми. Применение трудносгораемых несущих стен (например, деревянных, оштукатуренных) допускается только в одно-двухэтажных домах.

Во избежание образования в стенах трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур и усадки материалов, в монолите стен устраивают деформационные и температурно-усадочные швы. Температурно-усадочные швы рассекают конструкции только наземной части здания. Расстояния между температурно-усадочными швами назначают в соответствии с климатическими и физико-механическими свойствами стеновых материалов.

Здесь мы приводим только самые общие сведения о конструктивных особенностях наружных стен. Изучение данной темы и темы наружной декоративной отделки зданий может стать темой отдельного рассмотрения, поскольку эта тема всегда была и остается актуальной в работе дизайнера – архитектора. Появление новых строительных материалов и конструкций, новых технологических решений; изменяющийся подход архитектора к пластическому решению фасада заставляет четко ориентироваться в конструктивных особенностях строительства. Особенно важны эти знания в связи со стоимостью отделки фасадов, высокой трудоемкостью и значительными затратами труда в зависимости от материалов и технологии. Неотложной задачей проектировщика является комплексный подход и анализ вопросов эстетики, строительной физики, материаловедения, конструктивных и технологических решений, а также экономичности фасадов.

Наиболее важными становятся физико-химические воздействия на наружные стены, а следовательно на фасады зданий.

Физические воздействия на фасад.

Температурные воздействия (солнечная радиация, тепло, мороз). Под влиянием суточного изменения температуры в отдельных материалах, которыми облицовываются фасады (металлы, стекло), а также в строительных конструкциях возникают температурные напряжения, результатом которых являются опасные деформации. Здесь все имеет важное значение, даже цвет материалов наружной облицовки.

Воздействие атмосферных осадков, – данном случае, оценивается влияние дождя, ливня, града, снега.

Воздействие ветра различной силы. При урагане возможно сдувание некоторых видов облицовки или архитектурно-декоративных деталей с фасада.

Воздействие влаги. Вода может проникать в стену снаружи или диффундировать в виде паров изнутри, конденсируясь в толще конструкций.

Механические воздействия. Они возникают под действием различных ударов.

Световые воздействия солнечного облучения. Солнечный свет во многих случаях изменяет цвет облицовочных материалов (чаще всего цветной, окрашенной штукатурки).

Загрязняющие воздействия (пыль, сажа и др.) материалы, из которых состоят штукатурки и краски стен в притягивают и удерживают ее. Подобные явления наблюдаются и при применении многих полимерных материалов.

Химические воздействия на фасад.

При оценке химического воздействия на фасады зданий необходимо учитывать влияние воздуха, загрязненного выбросами промышленных предприятий. Вредные воздействия на фасады зданий оказывают отопительные установки и транспортные средства.

 

Требования, предъявляемые к фасадным поверхностям:

- Теплостойкость и морозостойкость;

- Стойкость против атмосферных осадков;

- Водонепроницаемость, влагостойкость4

- Сопротивление выдуванию сильным ветром некоторых видов покрытий;

- Стойкость против механических разрушающих воздействий;

- Цветостойкостьи светостойкость;

- Высокая стойкость против загрязняющих воздействий;

- Стойкость против загрязняющих воздействий;

- Стойкость против химических воздействий окружающей среды;

- Огнестойкость, создание препятствий распространению огня;

- Долговечность;

- Индустриальностьи технологичность;

- Простота в технологии строительства, изготовлении, монтаже;

- Удобство при проведении текущего ремонта и чистки;

- Экономичность;

 

Фасадные поверхности должны удовлетворять требованиям эстетики.

Большинство этих вопросов рассматривается на занятиях по строительной физике и материаловедению. Здесь мы просто хотим обратить ваше внимание на комплексность подхода к проблемам конструкции, технологии, экономики и эстетики при решении вопросов организации окружающего пространства.

 

 

Вопросы для проверки:

1. Основная задача строительной деятельности.

2. Назначение стены и фасада в архитектуре.

3. Нагрузки воспринимаемые стенами, требования предъявляемые к ним.

4. Фундаменты и их назначение.

5. Материалы и формы фундаментов.

6. Конструктивные решения стен.

7. Материалы стен. Назначение деформационных швов.

8. Физические, химические, механические воздействия на стены.

9. Требования к фасадным поверхностям.

 

Лекция – 14