про конструкции
Конструктивные схемы
и их применение
и их применение
Ток короткого замыкания: расчет и защита электрических сетей
Что такое конструктивная схема
Представьте, что вы строите «скелет» здания – надо решить, какие кости (колонны, стены, плиты) чем будут заниматься.
Выбор конструктивной схемы – всё равно что решение, будет ли ваш дом «чувствовать себя» как крепость с толстыми стенами или как ультралёгкий небоскрёб с гибким каркасом.
Это важное решение: от него зависит прочность здания, удобство внутри и даже его стоимость.
Выбор конструктивной схемы – всё равно что решение, будет ли ваш дом «чувствовать себя» как крепость с толстыми стенами или как ультралёгкий небоскрёб с гибким каркасом.
Это важное решение: от него зависит прочность здания, удобство внутри и даже его стоимость.
Конструктивная схема – это совокупность всех несущих элементов здания (стен, колонн, балок, плит) и их соединений, которая обеспечивает прочность, жёсткость и устойчивость конструкции. Проще говоря, это «скелет» здания: именно через него внешние нагрузки (ветер, снег, собственный вес) передаются в грунт. Конструктивная схема описывает, где стоят стены, где – колонны и балки, а где – свободное пространство между ними.
Ток короткого замыкания: расчет и защита электрических сетей
Основные виды конструктивных схем
1
Бескаркасная (стеновая) схема.
Здесь несущими элементами выступают стены – здание похоже на крепость, где целая система стен воспринимает все нагрузки. Внутри могут быть несущие (несут вес этажей и крыши) и ненесущие перегородки (заборчики без нагрузки). Такая схема проста и привычна – её сплошь и рядом видим в частных домах, школах или старых панельных домах. Однако с увеличением этажности и необходимостью крупных пролетов она становится невыгодной: чем больше высота, тем толще и массивнее должны быть стены.
Здесь несущими элементами выступают стены – здание похоже на крепость, где целая система стен воспринимает все нагрузки. Внутри могут быть несущие (несут вес этажей и крыши) и ненесущие перегородки (заборчики без нагрузки). Такая схема проста и привычна – её сплошь и рядом видим в частных домах, школах или старых панельных домах. Однако с увеличением этажности и необходимостью крупных пролетов она становится невыгодной: чем больше высота, тем толще и массивнее должны быть стены.
2
Каркасная схема.
Здесь вместо сплошных стен основными «позвонками» служат колонны и ригели (балки), формируя жёсткую раму (каркас). Плиты перекрытия «кладут» на этот скелет. Такая система гибче: она позволяет делать большие открытые пространства (зал, склад, офис), удобно вести коммуникации и вписывать здание в любые архитектурные формы.
Примеры – высотные жилые дома и офисные центры, промышленные ангары со свободным планом. Каркас можно делать из железобетона, металла или деревянных ферм. Минус – чуть выше стоимость, нужна более сложная сборка, зато здание легче (меньше материала на стены) и гибче по планировке.
Здесь вместо сплошных стен основными «позвонками» служат колонны и ригели (балки), формируя жёсткую раму (каркас). Плиты перекрытия «кладут» на этот скелет. Такая система гибче: она позволяет делать большие открытые пространства (зал, склад, офис), удобно вести коммуникации и вписывать здание в любые архитектурные формы.
Примеры – высотные жилые дома и офисные центры, промышленные ангары со свободным планом. Каркас можно делать из железобетона, металла или деревянных ферм. Минус – чуть выше стоимость, нужна более сложная сборка, зато здание легче (меньше материала на стены) и гибче по планировке.
3
С неполным каркасом (комбинированная).
Гибрид: часть нагрузки несут стены, а часть – внутренние колонны. Например, часть здания – каркас, а часть – стены. Такой подход применяют, когда есть требования и к прочности (рамы) и к скорости возведения (стены). Часто встречается в многоэтажках, где по периметру – панели, а внутри – ядро из лестничных клеток.
Гибрид: часть нагрузки несут стены, а часть – внутренние колонны. Например, часть здания – каркас, а часть – стены. Такой подход применяют, когда есть требования и к прочности (рамы) и к скорости возведения (стены). Часто встречается в многоэтажках, где по периметру – панели, а внутри – ядро из лестничных клеток.
4
Ствольная схема.
Стволом называют монолитные ядра жёсткости – чаще это лестнично-лифтовые шахты. В системе с одним или несколькими стволами вся нагрузка от перекрытий передаётся на эти «столбы». Ствольные системы обычно применяют для высоких зданий (от 16–20 этажей и выше) или при сложных условиях: когда нужно свободное пространство вокруг (например, над подземной автостоянкой), при сейсмичности или разнородных грунтах. Обычно ствол занимает не более 20–30% площади; остальное здание крепится к нему консолями или мостами. Если добавить к стволу рамный каркас – получится каркасно-ствольная система, распространённая в небоскрёбах.
Стволом называют монолитные ядра жёсткости – чаще это лестнично-лифтовые шахты. В системе с одним или несколькими стволами вся нагрузка от перекрытий передаётся на эти «столбы». Ствольные системы обычно применяют для высоких зданий (от 16–20 этажей и выше) или при сложных условиях: когда нужно свободное пространство вокруг (например, над подземной автостоянкой), при сейсмичности или разнородных грунтах. Обычно ствол занимает не более 20–30% площади; остальное здание крепится к нему консолями или мостами. Если добавить к стволу рамный каркас – получится каркасно-ствольная система, распространённая в небоскрёбах.
5
Оболочковая схема.
Представьте гигантское изогнутое «яйцо» или купол. В такой схеме несущей является сплошная тонкая оболочка – часто из монолитного бетона или металла. Форма может быть самой причудливой (арки, цилиндры, купола).
Примеры – стадионы, бассейны, соборы (купол) или арочные ангары. Главный плюс – красивая архитектура и экономия материалов: тонкая оболочка сама несёт нагрузку, и дополнительных колонн не надо. Минусы – сложный расчёт и монтаж (через 3D-моделирование), чувствительность к локальным повреждениям, и специфическая форма.
Из зарубежного: Сиднейская опера, купол Бакминстера Фуллера (Expo ’67, ⌀76 м) – яркие примеры оболочек.
Представьте гигантское изогнутое «яйцо» или купол. В такой схеме несущей является сплошная тонкая оболочка – часто из монолитного бетона или металла. Форма может быть самой причудливой (арки, цилиндры, купола).
Примеры – стадионы, бассейны, соборы (купол) или арочные ангары. Главный плюс – красивая архитектура и экономия материалов: тонкая оболочка сама несёт нагрузку, и дополнительных колонн не надо. Минусы – сложный расчёт и монтаж (через 3D-моделирование), чувствительность к локальным повреждениям, и специфическая форма.
Из зарубежного: Сиднейская опера, купол Бакминстера Фуллера (Expo ’67, ⌀76 м) – яркие примеры оболочек.
6
Объемно-блочная система.
Строятся из готовых крупногабаритных блоков или модулей. Каждый блок – часть здания с полом, стенами. Такой «конструктор» (к примеру, панельные дома или современные каркасно-панельные здания) быстро собирается на стройплощадке. Исторически в России крупноблочные дома – панельки – были массовыми. Сегодня объемно-блочная схема применяется в быстровозводимых зданиях, бытовках, модульных конструкциях (например, блок-модули для офисов или домов). Удобно тем, что производственные панели и блоки стандартные и заводского качества, монтаж – сборка как из ЛЕГО. Весят такие блоки много (нужна техника для подъёма), но сборка идёт быстрее, чем монолит.
Строятся из готовых крупногабаритных блоков или модулей. Каждый блок – часть здания с полом, стенами. Такой «конструктор» (к примеру, панельные дома или современные каркасно-панельные здания) быстро собирается на стройплощадке. Исторически в России крупноблочные дома – панельки – были массовыми. Сегодня объемно-блочная схема применяется в быстровозводимых зданиях, бытовках, модульных конструкциях (например, блок-модули для офисов или домов). Удобно тем, что производственные панели и блоки стандартные и заводского качества, монтаж – сборка как из ЛЕГО. Весят такие блоки много (нужна техника для подъёма), но сборка идёт быстрее, чем монолит.
Кроме этих пяти, есть и комбинированные схемы (рамно-ствольная, ствольно-оболочковая и др.), где черпают лучшее из нескольких подходов. Выбор всегда делают по назначению здания (жилой ли это дом, общественное здание или промышленный объект), по бюджету, по доступным материалам и по параметрам участка.
Ток короткого замыкания: расчет и защита электрических сетей
Интересные факты
- Прямо как в скелете человека: каркас – это кости, а панели/стены – плоть, защищающая внутренности (через стены тоже проходят коммуникации, выходят окна). Если «кости» качаются, значит строители мало добавили цемента!
- Первым в мире «скелетным небоскрёбом» считается Home Insurance Building в Чикаго (1885) – с металлическим каркасом. До этого все здания строили по сути безкаркасно из кирпича. Тогда это была революция: здание достигло небесных 42 метров.
- По статистике, жилые дома невысокой этажности (до 3–5 этажей) чаще строят по стеновой схеме – дешевле и достаточно по прочности. Высокие здания (10+ этажей) практически всегда с каркасом или каркасно-ствольные: так эффектнее выдержать нагрузки и устроить свободную планировку.
- Тонкая оболочка может быть кошачей лапкой: несмотря на крошечную толщину, купол Хейс Музея (США) выдерживает себя самостоятельно – пример идей математика/архитектора Феликса Кандела, который прославился «башнями-ракушками» из бетона очень малой толщины.
- Крупнопанельная конструкция СССР: иногда говорят, что такие дома просто «натянули» готовые панели на скелет. На самом деле они всё равно требуют соединений, швов, и сложный расчёт на разбег стен и перекрытий.
Нормативная документация
В российском проектировании выбор конструкции опирается на государственные стандарты.
СП 335.1325800.2017 «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» регулирует проектирование панельных домов (в том числе виды несущих стен: перекрёстно-, поперечно-, продольно-стеновые системы, то есть взаимное расположение панелей).
СП 54.13330.2011 посвящён многоэтажным жилым зданиям,
СП 118.13330.2022 – общественным (школы, больницы),
СП 56.13330.2011 – промышленным зданиям.
Есть отдельные СП по материалам:
СП 16.13330.2017 – по стальным конструкциям,
СП 63.13330.2012 – по железобетонным.
Каждый норматив описывает допустимые конструкции, сборные элементы и схемы опирания.
Пример: в СП335 (о панельных домах) даётся чёткий набор панельных систем и способов соединения, чтобы обеспечить достаточную жёсткость.
Аналогично, ГОСТ 27751-2014 («Надежность конструкций») и СП по бетонным/железобетонным детализируют требования к расчёту несущих схем по прочности и жёсткости.
В проекте обязательно нужно обосновать выбранную конструктивную схему ссылками на эти нормы – почему для данного здания лучше каркас, стены или комбинированное решение, – и показать, что всё соответствует требованиям строительных регламентов.
Таким образом, выбор схемы – это баланс между задачами проекта, стоимостью и требованиями стандартов. Зная разные виды конструктивных схем и особенности нормативки, даже начинающий инженер может скомпоновать несущие элементы так, чтобы здание стояло крепко, служило долго и не «плакало» трещинами.
СП 335.1325800.2017 «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» регулирует проектирование панельных домов (в том числе виды несущих стен: перекрёстно-, поперечно-, продольно-стеновые системы, то есть взаимное расположение панелей).
СП 54.13330.2011 посвящён многоэтажным жилым зданиям,
СП 118.13330.2022 – общественным (школы, больницы),
СП 56.13330.2011 – промышленным зданиям.
Есть отдельные СП по материалам:
СП 16.13330.2017 – по стальным конструкциям,
СП 63.13330.2012 – по железобетонным.
Каждый норматив описывает допустимые конструкции, сборные элементы и схемы опирания.
Пример: в СП335 (о панельных домах) даётся чёткий набор панельных систем и способов соединения, чтобы обеспечить достаточную жёсткость.
Аналогично, ГОСТ 27751-2014 («Надежность конструкций») и СП по бетонным/железобетонным детализируют требования к расчёту несущих схем по прочности и жёсткости.
В проекте обязательно нужно обосновать выбранную конструктивную схему ссылками на эти нормы – почему для данного здания лучше каркас, стены или комбинированное решение, – и показать, что всё соответствует требованиям строительных регламентов.
Таким образом, выбор схемы – это баланс между задачами проекта, стоимостью и требованиями стандартов. Зная разные виды конструктивных схем и особенности нормативки, даже начинающий инженер может скомпоновать несущие элементы так, чтобы здание стояло крепко, служило долго и не «плакало» трещинами.
Хочешь быть в курсе всех новинок и секретов проектирования?
Подпишись на наши рассылки и получай полезные советы, истории и актуальную информацию прямо на свою почту!