Конструкции и декоративные элементы зданий

Все типы зданий состоят из двух основных групп конструкций: опорных (несущих) и перекрывающих (несомых). К опорным конструкциям относятся фундаменты сооружений, стены и отдельно стоящие опоры (колонны, столбы, стойки).

Фундаменты – подземные части здания, воспринимающие всю нагрузку от здания и внешних сил (ветер, снег и т. д. ), они передают давление надземной части на прочный слой грунта, называемый материком. Для придания зданию устойчивости нижняя часть фундамента (подошва, или башмак) делается шире верхней его части. Фундаменты, на которые опираются стены, имеют в плане форму ленты, поэтому называются ленточными. Фундаменты под отдельно стоящими опорами ставятся изолированно друг от друга, они называются островными. На фундаменты опираются капитальные стены и стойки (колонны, столбы).

Капитальными называются стены, входящие в состав основных, несущих конструкций зданий, они бывают наружными и внутренними. Наружные стены, располагаясь по периметру, ограждают здание. Чаще всего для наружных стен используют каменную кладку, которая выполняется из кирпича, легких бетонных блоков или естественных камней (известняк, песчаник, туф и т. д. ), уложенных горизонтальными рядами на растворе с перевязкой вертикальных швов. Правило перевязки швов заключается в том, чтобы вертикальные швы одного ряда не находились над вертикальными швами нижележащего ряда. Только в этом случае обеспечивается связанность, монолитность всей стены. Для скрепления кирпичей (или камней) швы заполняются раствором – известковым, цементным или смешанным. Промежуточным, переходным элементом от стен к фундаменту является цоколь. Он является наземной частью здания, несколько массивнее стен, способствует упрочению постройки и защищает ее от проникновения грунтовой сырости.

Фасад здания обычно завершается карнизом. Он предохраняет стены от стекающей с крыши воды и является эстетическим завершением фасада. Выше карниза по длине фасада или по периметру всего здания устанавливается парапет – невысокая каменная стенка или сквозная ажурная решетка. Для придания фасаду пластичной выразительности применяют раскреповки и ризалиты. Раскреповки членят объем здания по вертикали с помощью небольших выступов – утолщений стены. Ризалиты представляют собой большие участки стены, выступающие за линию фасада (центральный, боковые или угловые ризалиты). Кроме этого, на фасадной стене здания могут располагаться балконы, лоджии, эркеры. Последние представляют собой часть внутреннего объема здания, вынесенного за пределы его наружных стен в виде закрытого балкона. Эркеры обычно не опускаются до земли, охватывая один или несколько этажей. Они могут располагаться на плоскости стены и на углу здания. В плане эркеры делают прямоугольными, треугольными, полукруглыми, трапециевидными. Стены эркера обычно имеют широкие окна или сплошное остекление.

К перекрытиям относятся междуэтажные и чердачные перекрытия. И те и другие могут быть балочными или сводчатыми. Горизонтальные балки опираются двумя концами на две опоры – стены или стойки. Балки, имеющие один заделанный конец, а второй свободно висящий, называются кронштейнами, или консолями. Они используются для поддержания выступающих частей сооружений – балконов, эркеров, навесов. Балки бывают деревянными, каменными, металлическими или железобетонными. В балочной конструкции давление от балки передается на опоры (стены и столбы) вертикально, небольшой изгиб балки под влиянием собственного веса и внешней нагрузки не оказывает бокового давления на опоры.

Размеры перекрываемых балками пролетов ограничены и зависят от материала самих балок (от 2-4 метров – каменные балки, 5-6 метров – деревянные). При необходимости перекрытия большего пространства внутри него устанавливают ряды стоек-пилонов или колонн. На стойки каждого ряда укладывается многопролетная балка, которая называется главной, или прогоном. Сверху на нее в перпендикулярном направлении накладываются второстепенные балки, которые и перекрывают помещение. Между рядами опор образуются проходы – нефы. Многонефная балочная конструкция с промежуточными опорами впервые появилась в храмовой архитектуре древнего Египта.

В сводчатых конструкциях используют разнообразные типы сводов, самые распространенные – это коробовые, крестовые, сомкнутые, парусные, зеркальные. Своды выкладываются из соприкасающихся друг с другом клиновидных камней. Нагрузка свода передается на опорные части свода – пяты. В этих точках возникает помимо вертикального горизонтальное давление – распор. Для погашения силы распора опорные стены укрепляют приставленными к ним с наружной стороны массивными пилонами – контрфорсами. Кроме этого, иногда применяют специальные металлические струны – затяжки, стягивающие опорные части сводов.

Впервые сводчатые конструкции стали применять этруски и древние римляне. С помощью сводов они перекрывали огромные пролеты. Как известно, самое большое сводчатое сооружение – купол храма Пантеон (его диаметр почти 43 метра). В Средние века своды применяли, но их размеры сильно сократились. В эпоху Возрождения активно возводились купольные постройки, наряду с обычными сводами. В настоящее время для возведения купольно-сводчатых перекрытий используют железобетон.

Крышей называется покрытие, завершающее здание и служащее для защиты от атмосферных осадков. Она состоит из водонепроницаемой оболочки – кровли и поддерживающих ее конструкций – стропил. Внутренний объем, образуемый стропилами, называется чердак. Крыши бывают односкатными, двухскатными, четырехскатными и др. Верхняя, горизонтальная линия пересечения скатов называется коньком крыши. Кровельный материал (черепица, железо, шифер и др. ) укладывается на обрешетку – сквозной настил из планок, набиваемых на наклонные брусья стропил.

Лестницы – конструктивные элементы зданий для сообщения между этажами. Внутренние лестницы ограждают несгораемыми стенами, в результате чего образуется особое помещение – лестничная клетка. Лестница состоит из площадок и соединяющих их маршей (каждый марш включает не более 12-15 ступеней). В зданиях, помимо капитальных стен, ставятся перегородки. Они служат для разделения внутренних помещений и не несут нагрузки вышележащих конструкций и поэтому бывают более тонкими, чем капитальные стены. Окна обычно размещаются по одной вертикальной оси. Они заполняются оконными блоками, в современных зданиях оконный переплет становится предельно простым. Двери заполняются дверным блоком.

Основные несущие конструкции здания, в том числе фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия, воспринимающие и передающие все нагрузки, составляют единую пространственную конструктивную систему – несущий остов здания.

Деревянные здания.

Дерево широко применялось в отечественной архитектуре на протяжении многих веков. Деревянные конструкции отличаются от каменных и кирпичных. Несущий остов деревянных зданий может быть бревенчатым, брусчатым, каркасным, щитовым, панельным. Издавна на Руси наиболее распространенным типом жилого дома был бревенчатый сруб. Его конструктивная основа – стены из горизонтально уложенных бревен, связанных по углам врубками. Каждый ряд называется венцом. Врубки делаются с остатком («в обло») и без остатка («в лапу»). Сруб является своеобразным модулем всего деревянного сооружения. Соединяя ряд срубов, расставляя их различно по отношению друг к другу, получают самые разнообразные объемно-пространственные композиции зданий. Их возводят обычно на каменном фундаменте. Окна и двери прорубаются в любом месте, но с таким расчетом, чтобы не ослаблять конструкцию в целом.

В странах Западной Европы, начиная со средневековья, возводились каркасные деревянные дома. Их стены состояли из не обшитого снаружи деревянного брусчатого каркаса, который заполнялся камнем, кирпичом, глиной и т. д. Такая система называлась фахверк. При этом фахверк играл не только конструктивную, но и декоративную роль, расчленяя фасад на панели различной формы и придавая зданию своеобразный вид.

Современные строительные конструкции.

В конце 80-х годов ХХ века в массовом жилищном строительстве использовались четыре системы крупноэлементных конструкций: крупноблочная, крупнопанельная, каркасно-панельная и система объемных блоков. В крупноблочной системе наружные и внутренние капитальные стены выкладываются из крупных блоков – больших бетонных камней. На каждый этаж приходится 5-4-3- и даже 2 ряда камней Крупнопанельная система представляет однорядную крупноблочную конструкцию. Панель имеет высоту в один этаж и шириной в одну комнату, иногда с оконным проемом. В каркасно-панельном сооружении пространственный каркас состоит из стоек и балок, а панели прикрепляются к этому каркасу, изолируя помещения друг от друга. Система объемных блоков предполагает применение монолитного железобетона, при этом по сравнению со сборными конструкциями экономится до 25 % металла и до 15 % цемента. Строительство жилых зданий из объемных блоков сводится к монтажу изготовленных на заводе блоков, представляющих собой блок-комнату, блок на ширину здания и блок-квартиру, которые устанавливаются на такие же объемные ячейки. Понятно, что такие строительные методы вызывают изменения и самих методов проектирования. Широкое распространение получило типовое проектирование.

В последние годы все больше применяется монолитная либо монолитно-кирпичная технология. Стены в монолитных новостройках практически не имеют швов, и, соответственно, не возникает проблем со стыками и их герметизацией. Кроме того, монолитная технология обеспечивает еще и высокие темпы строительства. Большое внимание сегодня уделяется экологическим характеристикам используемых строительных и отделочных материалов - различные модификации сухих строительных смесей на основе полимерных материалов, а также с применением фибротехнологий, керамические изделия с использованием отходов горно-обогатительных комбинатов, неавтоклавный поробетон и пенобетон, OSP-плиты для ограждающих конструкций, новые кровельные материалы на основе полимеров, а также самовыравнивающиеся быстротвердеющие стяжки для полов.

Декоративные элементы зданий.

Развитие архитектурного декора привело к созданию основных приемов использования художественных средств в строительном искусстве. Применение декора, его характер раскрывают особенности каждого исторического стиля. Декоративные элементы на фасадах здания и в интерьере должны способствовать лучшему раскрытию идейного содержания архитектуры, органично сочетаться с конструкцией и материалом, формировать более глубокое и полное эмоциональное впечатление от постройки.

В деревянном зодчестве декоративные элементы традиционно украшали наименее нагруженные конструктивные элементы: наличники и ставни окон, причелины – доски, прикрывающие боковую кромку крыши у торцов здания, крыльца, верх дымовых труб и т. д. Дерево применяют как в натуральном виде, так и в виде полуфабрикатов: из тонких листов древесины, шпона, химически обработанных и спрессованных, получают древесный слоистый пластик, используемый для изготовления облицовочных панелей стен, дверей и т. п.

В каменном строительстве используют оштукатуренные и неоштукатуренные отделочные материалы. С помощью штукатурки получают поверхности с различными фактурами и цветом, создают рельефные профили. Штукатурка может иметь и функциональное назначение: предохранять от пожара и влаги. В зависимости от состава раствора декоративные штукатурки делятся на известково-песчанные, терразитовые (на белом цементе с добавлением красителей и мраморной крошки) и каменные (на цементном растворе с наполнителем из крошки дробленных горных пород или крупнозернистого песка).

Одним из популярных отделочных материалов является облицовочный кирпич. Декоративность создают за счет рисунка швов кладки, применения цветного и глазурованного кирпича, использования рельефных выступов кирпича. Для выкладывания сложных рельефов (наличников, углов, столбов) применяют лекальный кирпич. Кирпичную кладку могут облицовывать естественными и искусственными каменными материалами, керамическими плитками различной поверхности, облицовочными материалами на основе стекла (стемалит, марблит, смальта, стекломрамор и др. ) и различными полимерными материалами. Интерьеры отделывают полистирольными облицовочными изделиями (плитами, панелями, листами), материалами на основе синтетических каучуков и термореактивных полимеров (ДСП, ДВП, бумажно-слоистые пластики) и другими синтетическими материалами, при необходимости используют пленки со звукопоглощающей эластичной подосновой и т. д.

Кроме этого в формировании художественного образа здания традиционно участвует декоративный металл в виде литых, кованых, сварных и клепанных элементов. Металлические изделия широко используют в различных ограждениях (к крыльцам, парапетам, террасам, балконам, лестничным маршам и т. д. ), в виде лицевой и крепежной фурнитуры.

Контрольные вопросы.

Из каких основных групп конструкций состоят все типы зданий, как они делятся по назначению?

Какие существуют типы перегородок в жилых зданиях по назначению и материалу?

Из каких частей состоит крыша и какие вы знаете типы крыш?

Какие облицовочные материалы используют на фасаде зданий, их классификация, особенности?

Краткие сведения из истории архитектурных стилей