ПРИНЦИПЫ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АРХИТЕКТУРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ЗДАНИЙ
Общественные здания должны удовлетворять культурно-бытовым нуждам общества. В истории архитектуры именно общественные здания оставили самый заметный след, так как они всегда были самыми грандиозными и долговечными. Классовая структура общества значительно влияет на типологию общественных зданий.
Удовлетворяя самым разнообразным нуждам общества, в общественных зданиях воплощают и самые разнообразные объемно-планировочные решения. Несмотря на это разнообразие, можно классифицировать общественные здания с конструктивной точки зрения на 2 основные группы: здания с набором мелких помещений, так называемого ячейкового типа, в которых можно использовать обычные конструктивные элементы, применяемые в жилом строительстве (плиты перекрытий, балки, колонны, каменные несущие стены); здания с большими помещениями, зального типа, где для их покрытия требуются конструкции большого пролета.
Часто в одном здании применяют оба планировочных приема одновременно. В зданиях первой группы возможны конструктивные схемы с несущими стенами, с неполным каркасом и каркасная система. Учитывая требования гибкой планировки, в общественных зданиях этой груп-пы используют в основном каркасную конструкцию с навесными или самонесущими стенами.
В зданиях второй группы применяют большепролетные конструкции. По условиям статической работы большепролетные конструкции делятся на плоскостные и пространственные. К плоскостным относят конструкции, работающие только в своей вертикальной плоскости. Например, балки и фермы работают автономно в своей вертикальной плоскости и передают на опоры (колонны или стены) всю нагрузку от перекрытия и собственного веса в виде вертикальных опорных реакций. Они относятся к плоскостным безраспорным конструкциям
Арки и рамы также работают только в своей вертикальной плоскости, но на опоры передают кроме вертикальных нагрузок и горизонтальные, от возникающих в конструкциях распорных усилий. Они относятся к распорным плоскостным конструкциям. Все плоскостные конструкции выполняют из жестких материалов (бетона, железобетона, металла, дерева, пластмасс, армо-цемеита).
В пространственных конструкциях используют совместную работу всех ее элементов. Сравните работу стоечно-балочной системы (с шарнирным опиранием балки на стойки) и рамной конструкции (см. §6). В первом случае балка лишь передает ветровую нагрузку от одной стойки к другой; в раме ригель активно включается в работу, воспринимая часть изгибающих моментов и облегчая работу стоек. Это совместная работа, но в одной плоскости. Свободное опирание плит перекрытий на ригель не создает условий для совместной работы. Жесткое крепление плит к ригелю включает плиты в совместную работу с рамой: при деформациях рамы плиты начинают сопротивляться перемещениям ригеля, воспринимают часть напряжений на себя, облегчая работу рамы. Это уже совместная работа в разных плоскостях: в плоскости рамы и в плоскости перекрытия. Стропильные конструкции скатных крыш с довольно жесткими врубками и соединениями также представляют собой пространственную конструкцию. Но расчет пространственных конструкций весьма сложен, поэтому все традиционные конструктивные схемы рассчитывают как плоскостные, пренебрегая жесткостью их соединений. Раздельная работа отдельных элементов конструкции происходит последовательно, как бы с разрывом во времени: кровля передает свой вес на плиты покрытия, плиты — на балки, а балки весь суммарный вес — на опоры. Такой конструктивный «слоеный пирог» не эффективен, так как элементы конструкции не помогают в работе друг другу. В пространственных конструкциях совместная работа происходит не последовательно, а одновременно.
Еще в 1897 г. выдающийся русский инженер Шухов сформулировал основные принципы строительных конструкции: 1) прочность материала используется наилучшим образом при работе на сжатие или на растяжение (при однозначных напряжениях) и наихудшим — при работе на изгиб, вызывающей двузначные напряжения; 2) число ступеней в передаче нагрузки пролетной конструкции на опоры должно быть минимальным; 3) форма конструкции должна отвечать свойствам применяемого материала. Так, при одинаковой нагрузке и одинаковом поперечном сечении напряжения в изгибаемом элементе в 12 раз больше, чем в растянутом или сжатом. Растянутый элемент предпочтительнее сжатого, так как он не подвержен влиянию продольного изгиба. Обычная конструкция междуэтажного перекрытия, показанная на рис. 56, не отвечает ни одному из этих требований: ступеней передачи нагрузки у нее 4 или 5, все элементы ее работают на изгиб, а форма железобетонной балки не соответствует этому материалу, так как повторяет форму деревянной балки с черепными брусками. Вот почему междуэтажные перекрытия такого типа — самые материалоемкие элементы здания.
Природа широко использует пространственные конструктивные системы. Природные конструкции не имеют прямых углов и прямых линий и тем не менее красивы. Признание совершенства природных конструкций привело к перевороту в инженерном мышлении. За последние 25...30 лет попытки использования закономерностей формообразования живой природы в технике привело к созданию новой науки — бионики и ее самостоятельной отрасли — архитектурной бионики, которая занимается изучением возможностей использования в строительстве биологических систем и конструкций.
В пространственных большепролетных конструкциях применяют жесткие (железобетон, сталь, армоцемент) и нежесткие гибкие и мягкие материалы и изделия (тросы, тонкие металлические листы, ткани, синтетические пленки). К конструкциям из жестких материалов относят перекрестные системы (так называемые «структуры»), складки, шатры, оболочки, своды и купола.
К конструкциям из нежестких материалов относят висячие и пневматические конструкции. На опорные элементы пространственные конструкции передают нагрузки, величина и направление которых определяются статической схемой работы и размерами конструкций. Внедрение в практику строительства высокопрочных материалов позволяет уменьшать поперечные сечения несущих элементов и соответственно собственный вес конструкции. Если бетоно-кирпичный купол Пантеона в Риме имеет толщину у основания в несколько метров, то современный железобетонный купол того же диаметра может быть выполнен с толщиной стенки в несколько сантиметров. Применение пространственных конструкций намного сокращает расход материалов и стоимость строительства по сравнению с плоскостными конструкциями.
Здания — это наземные сооружения, имеющие внутреннее пространство, предназначенное для проживания, труда, удовлетворения тех или иных нужд человека и общества (жилые дома, производственные корпуса, клубы, больницы и т. п.). Термин «здание», неприменим к наземным сооружениям, не имеющим внутреннего пространства (мостам, транспортным эстакадам, градирнями т. п.), а также ко многим подземными подводным сооружениям (тоннелям, плотинам и т. п.). Эти постройки носят название инженерных сооружений. К ним относятся также и формально похожие на здания многоярусные «этажерки» промышленных предприятий, предназначенные для периодического обслуживания технологического оборудования, водонапорные башни и другие подобные сооружения.
Внутреннее пространство зданий чаще всего расчленено на отдельные помещения — часть внутреннего объема здания, огражденная со всех сторон. Совокупность всех таких помещений, полы которых расположены на одном уровне, образуют этаж здания. Отдельные этажи имеют определенное название:
подвал — этаж, полностью или большей своей частью заглубленный в землю (называют также «подвальный этаж») полуподвальный, или цокольный,— этаж, уровень пола которого заглублен от уровня тротуара или отмостки не более чем на половину высоты помещения;
надземный — этаж (первый, второй, третий и т. п.), расположенный выше уровня земли;
чердачный (или чердак) — этаж, расположенный между крышей и перекрытием над последним этажом здания (так называемым «чердачным перекрытием»);
мансардный (или мансарда) —этаж, выгороженный внутри чердачного пространства, образованного скатной крышей, и предназначенный для размещения жилых или подсобных отапливаемых помещений; площадь горизонтальной части потолка таких помещений должна быть не менее 50 %площади пола, а высота стен до низа наклонной части потолка — не менее 1,6 м);
технический — этаж, предназначенный для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций. Может быть расположен в нижней (техническое подполье), верхней (технический чердак) или в средней части здания, а также над проездами, над первым общественным этажом жилого дома в производственных зданиях необходимость и места размещения технических этажей устанавливаются главным образом требованиями технологического процесса. Высота технических этажей зависит от вида оборудования и коммуникаций с учетом условий эксплуатации.
