Архитектура зданий и сооружений: основы и классификация

Архитектура – раздел искусства, направленный на проектирование и построение зданий и сооружений. Сооружение – это все, что искусственно создано для выполнения различных потребностей человечества. Здание – надземное строение, которое имеет внутреннее пространство и предназначено для какой-либо деятельности или проживания человека. Иные подземные, наземные и подводные сооружения называются инженерными. Они нужны для выполнения технических задач: создания мостов, тоннелей, дорог.

Данная статья отчасти основана на учебнике Вильчик по архитектуре зданий и сооружений.

Итак, архитектура содержит несколько свойств:

1. Материальная среда. В этом значении применяется для удовлетворения нужд общества, то есть: построение домов, предприятий, офисов, образовательных и развлекательных заведений.

2. Искусство. В первую очередь, это исторические и современные сооружения, которые оказывают эмоциональное действие на человека.

Основы архитектуры зданий и сооружений

При проектировании и создании строений необходимо соблюдать несколько требований:

• функциональная целесообразность;
• соответствие объема социальным нуждам;
• комфортное заполнение помещения людьми;
• беспрепятственная эвакуация;
• обеспечение хорошей видимости и слышимости;
• формирование эстетических представлений людей;
• гармония с окружающей средой;
• техническая целесообразность и экономичность.

Все эти аспекты важны, но есть и главное требование к архитектуре зданий и сооружений: быть полезными и удобными.

Разновидности строений

Классификация архитектуры зданий и сооружений подразумевает 3 вида:

1. Гражданские. К ним относятся постройки жилого и общественного назначения, целью которых является обслуживание потребностей людей.

2. Промышленные. Это сооружения, в которых хранится промышленное оборудование и происходит трудовая деятельность.

3. Сельскохозяйственные. Строения для содержания животных, выращивания культур, а также хранения продукции.

Жилые и общественные постройки

1. Жилые здания. При их проектировании особое внимание уделяется проветриванию и инсоляции (то есть облучению солнечными лучами). Исходя из этого, располагают окна, форточки, вытяжную вентиляцию с естественной тягой.

Жилые здания классифицируются в зависимости от длительности проживания на:

• длительное (квартирные дома);
• многоквартирные секционные здания (набор из торцовых и рядовых секций);
• многоэтажки городского типа (многосекционные, коридорные, галерейные);
• дома усадебного типа.
• временное (общежития).

Общежития строят для:

• студентов;
• молодых специалистов;
• молодых семей.

В общежитии есть помещения для культурного, медицинского обслуживания и проживания. Более подробная планировка зависит от конкретного типа строения.

2. Краткосрочные (гостиницы и отели).

3. Общественные постройки.

Архитектура общественных зданий и сооружений подразумевает социальное обслуживание населения. Кроме того, в них размещают различные административные единицы.

Архитектура гражданских зданий и сооружений подразделяется на несколько видов в зависимости от назначения:

• торговые (магазины, торговые комплексы);
• учебные (школы и детские сады);
• административные;
• транспорта и связи (вокзалы, телевизионные центры);
• лечебно-профилактические (поликлиники, санатории, больницы);
• культурно-просветительные (театры и музеи).

Планировка населенных пунктов

Территория делится на зоны:

• жилая (центр, районы и микрорайоны);
• производственная;
• ландшафтно-рекреационная (леса и парки).

Санитарные и противопожарные нормы (СНиП – 1.07.01-89 “Планировка и застройка городских и сельских поселений") требуют соблюдения разрывов – расстояний между торцами зданий и окнами. Также есть и другие виды гражданских построек:

• Крупнопанельные здания монтируются из заготовок больших плоскостных частей стен, перекрытий и других конструкций.
• Бескаркасные (с поперечными и продольными несущими стенами) более просты в строительстве и чаще применяются в массовом жилищном строительстве.
• Каркасные (состоят из стоек и ригелей) в основном используют для сооружений общественного назначения.
• Крупноблочные (стены состоят из больших камней, блоков из керамзитобетона или ячеистого бетона весом до 3 тонн) постройки.

Промышленные строения

Для успешной реализации архитектуры промышленных предприятий, зданий и сооружений необходимы конкретные данные об особенностях объекта. А именно:

• географические (климат, топографическая съемка территории, гидрогеологические и инженерно-геологические данные);
• технологические (это основной фактор для принятия архитектурных, санитарных и инженерных решений):
• габаритная высота стационарного оборудования;
• количество работников;
• информация о внутрицеховом транспорте;
• план расстановки технологического оборудования;
• возможности строительной организации.

Такие здания проектируются на основе унифицированных габаритных схем (производственные сооружения для различных отраслей промышленности) и типовых пролетов (размещение технологически родственных производств). Объемно-планировочные параметры:

• высота;
• шаг;
• пролет.

Сетка колонн – сумма расстояний между колоннами в продольном и поперечном направлении.

Архитектура промышленных зданий и сооружений включает в себя:

1. Одноэтажные строения. Такой вид в промышленности встречается чаще всего. Он предназначен для рабочих процессов с горизонтальными схемами производства, которое подразумевает эксплуатацию крупногабаритного оборудования. Делятся на:

a) каркасные (это система колонн, которая связана с покрытием) - наиболее распространены;

b) с неполным каркасом (есть опоры: колонны, кирпичные столбы);

c) бескаркасные с наружными несущими стенами и утолщениями (пилястры);

d) шатровые строения не имеют наружных стен и вертикальных опор. Опорой служит непосредственно фундамент.

2. Многоэтажные. Строят для промышленных сооружений с вертикальной технологической схемой или тех предприятий, которые используют легкое оборудование (пищевая, легкая промышленность). Бывают с полным и неполным каркасом, с несущими стенами.

Типы многоэтажных построек:

• производственные;
• лабораторные;
• административно-бытовые.

Ограждающие части покрытия промышленных сооружений могут состоять из:

• пароизоляции;
• листовой и рулонной кровли;
• несущего настила;
• защитного слоя из мелкозернистого гравия или песка с битумной мастикой;
• теплоизоляции;
• цементной или асфальтовой выравнивающей стяжки.

Покрытия изготавливают из железобетонных ребристых плит. Они могут быть утепленными или холодными. Это зависит от температурного режима самого помещения.

Сельскохозяйственные здания и сооружения

Такие строения призваны обслуживать различные отрасли данной сферы. Классификация их по назначению следующая:

1. Животноводческие (коровники, конюшни, свинарники, овчарни).

Это широкогабаритные здания (более 35 м). Они проектируются прямоугольными, без перепада высот и с унифицированными пролетами конкретного направления. Если ширина здания не больше 27 метров, кровлю укладывают из волнистых асбестоцементных листов. Для больших зданий используют мастичные или рулонные материалы.

2. Птицеводческие (инкубаторы и птичники).

3. Культивационные (теплицы и парники, оранжереи). Это застекленные постройки с искусственно созданными климатическими условиями. Они позволяют выращивать овощи, цветы и рассаду.

4. Складские (хранилища зерна и овощей, склад минеральных удобрений). Хранилища различаются в зависимости от способа хранения:

• бункерные;
• закромные;
• напольные.

Это неотапливаемые помещения прямоугольной формы без естественного освещения и чердаков. Имеют каркасные или несущие стены.

5. Для ремонта техники и переработки продукции сельского хозяйства (мельница, сушилки для зерна). Требования к сельскохозяйственным зданиям:

• архитектурные (соответствие внешнего вида конструктивной основе постройки);
• функциональные (полное удовлетворение назначения сооружения при полном соблюдении санитарно-гигиенических и других норм эксплуатации);
• технические (создать здание устойчивым, долговечным и прочным, с огнестойкими конструктивными элементами);
• экономические (сокращение расходов на строительство при помощи уменьшения затрат труда и сроков).

Основные типы сооружений кратко представлены ниже.

1. В зависимости от объемно-планировочных решений:

• одноэтажные (павильонные, сблокированные с крупной сеткой колонн);
• многоэтажные (для содержания птицы и скота). Планировка зависит от условий содержания животных. Постройки имеют естественное освещение с воздушной системой отопления.

2. По особенностям пространственного расположения несущих конструкций:

• каркасные (рамные и стоечно-балочные);
• с неполным каркасом;
• бескаркасные (с наружными стенами из камня или кирпича).

Наиболее распространены сельскохозяйственные постройки:

• рамные из клееной древесины;
• железобетонные с безраскосными фермами;
• со стенами из легкобетонных панелей и плитами покрытия;
• из металлодеревянных ферм и арок, а также из железобетонных колонн;
• со стенами и покрытиями из металлических листов и утепленных асбестоцементных панелей.

Большепролетные здания и сооружения

Об архитектуре зданий и сооружений дается определение большепролетных зданий и сооружений. Учебник Н. П. Вильчик информирует: это вид сооружений, в которых перекрытие происходит только большепролетными несущими конструкциями (более 35 метров). Архитектура большепролетных зданий и сооружений классифицирует строения в зависимости от материала на:

• металлические;
• железобетонные;
• сталежелезобетонные.

Одноэтажные сооружения чаще всего применяют для обустройства предприятий тяжелой промышленности.

Преимущества:

• равномерность освещения;
• меньшая стоимость;
• выгодное строительство при использовании слабых грунтов.

Недостатки:

• немалые расходы в процессе самой эксплуатации;
• теплопотери из-за пространства;
• большая площадь застройки участка земли.

Наиболее экономичными считаются размеры пролетов от 10 до 30 метров. При необходимости возможно их увеличение до 50 метров.

Выбирая расположение станков и сетку колонн, нужно учесть разворот производственных транспортных средств. В среднем это радиус 1,6 – 2,92 метра внутри помещения и 2,5 – 5,44 – снаружи.

Высота внутри здания больше всего зависит от габаритов подъемного крана (1,6 -3,4 метра).

Учебник по архитектуре большепролетных зданий и сооружений также описывает, что для проектирования одноэтажной постройки очень важно обеспечить достаточный воздухообмен. Этого можно достичь с помощью хорошо подобранных калориферов и вентиляционных приборов (дефлекторов и окон).

Многоэтажные большепролетные постройки имеют свои особенности.

Они следующие:

• верхнее покрытие и перекрытия выполняют из бетона или пустотелых камней;
• каркас изготавливают из стальных элементов с внутренней огнеустойчивой облицовкой, а также железобетонных конструкций;
• лестничные клетки, торцовые стены и рамные конструкции принимают на себя ветровые нагрузки;
• облицовка кирпичом, покрытая цементным раствором с армированной проволочной сеткой, обеспечит защиту от огня стальным прокатным профилям. Также для этой цели можно использовать устройство защитного слоя из торкрет-бетона.

Основная функция несущих элементов – восприятие нагрузок.

Разделяют 5 видов несущих активных систем:

1. По форме (арки и ванты). Это криволинейные структуры из напряженных жестких или гибких элементов.
2. По вектору. Внешние нагрузки уравновешиваются внутренними усилиями сжатия и растяжения, которые появляются в жестких частях пространственных и плоских решеток.
3. По сечению (балки, панели, рамы). Конструкции работают преимущественно на изгиб. Внешние нагрузки компенсируются напряжениями, которые возникают в поперечных сечениях.
4. По поверхности (складки и оболочки). Восприятие внешних нагрузок происходит за счет растяжения, сжатия и среза.
5. По высоте (высотные здания каркасного и ствольного типа).

Эта классификация была составлена Хайно Энгелем, автором учебных материалов по строительству для студентов образовательных учреждений.

Грунт

Говоря об архитектуре зданий и сооружений, нельзя обойти вопрос проектирования оснований. Для этого используется почва или горная порода – грунт. Он представляет собой систему со многими компонентами, которая имеет свойство со временем изменяться. В зависимости от своего природного состояния грунт бывает двух типов:

1. Естественный. Он способен выдержать нагрузку в своем натуральном виде.

2. Искусственный. Это материал, который дополнительно уплотняют, так как в своем природном состоянии он не обладает нужной несущей способностью. Осадка грунта – равномерное изменение, деформация основания здания. Просадка - неравномерное изменение грунта вследствие его уплотнения, деформации структуры почвы от различных внешних нагрузок.

Допускать такие явления, как просадки, категорически нельзя, ведь они влекут за собой повороты фундамента, вызывают его разрушение. Поэтому установлены определенные нормы величины осадок. Они колеблются в диапазоне от 80 до 150 мм. Требования для оснований строений следующие:

• хорошая несущая способность;
• малая равномерная сжимаемость;
• отсутствие увеличения объема при замерзании влаги (такой процесс называется пучением);
• исключение растворения и размывания грунтовыми водами;
• недопущение просадок и оползней;
• отсутствие ползучести.

Грунты бывают:

• песчаные;
• крупнообломочные;
• глинистые;
• насыпные;
• лессовые;
• скальные.

Учебная литература

Существует множество учебников по архитектуре гражданских и промышленных предприятий, зданий и сооружений. Вот некоторые из них:

1. Учебник Н. П. Вильчик "Архитектура зданий и сооружений" содержит общие сведения обо всех видах строений. Рассматривает проектирование конструкций гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий, а также их реконструкцию. Издан в 2005 году в соответствии с государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования по специальности «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений».

2. Учебник Е. Н. Белоконева «Основы архитектуры зданий и сооружений»

Содержит краткие сведения об истории, проектировании зданий и конструкций.

Архитектура большепролетных зданий и сооружений подробно рассмотрена в учебнике А. Н. Зверева "Большепролетные конструкции покрытий общественных и промышленных зданий". Используются и другие пособия:

1. А. В. Демина, “Здания с большепролетными покрытиями".
2. Ю. И. Кудишин, Е.И. Беленя, “Металлические конструкции".
3. И. А. Шерешевский, “Конструирование гражданских зданий".

Эти учебники по архитектуре зданий и сооружений предназначаются для студентов колледжей и вузов по природоохранным и строительным направлениям, а также для строительных компаний и индивидуальных застройщиков.

Формы построек

Геометрия в архитектуре зданий и сооружений играет очень важную роль, ведь от нее напрямую зависит надежность и долговечность всего строения.

До сих пор самыми прочными по форме считаются египетские пирамиды.

Именно форма правильной четырехугольной пирамиды обеспечивает наибольшую устойчивость.

Стоечно-балочная система является самой древней в геометрии архитектуры зданий и сооружений. Она состоит из стержневых несущих частей, которые могут быть расположены вертикально (колонны и столбы) и горизонтально (специальный брус, который работает на поперечный изгиб под силой вертикальных нагрузок).

Каркас состоит из колонн и ригелей, которые объединены жесткими горизонтальными дисками и вертикальными связями.

Изменение архитектуры зданий и сооружений происходит в согласовании проекта о реконструктивных работах. При их проведении возможна трансформация материалов и пластики внешних элементов, а также создание и уничтожение оконных и дверных проемов, установка наружных технических средств, остекление лоджий и балконов.

Реконструктивные работы выполняют в целях улучшения эксплуатационных качеств помещений.

Архитектура гражданских и промышленных зданий и сооружений связана с огромными финансовыми тратами. Их можно уменьшить несколькими способами:

• облегчение конструкции;
• оптимальный метод строительства;
• соответствующий выбор материалов.

Расположение жилых и производственных зон

Требования к местоположению жилой территории:

• неветреная сторона;
• расположение выше по течению рек и рельефу местности;
• нахождение отдельно от промышленной зоны через озелененную полосу не менее чем на 50 метров.
• производственная зона должна находиться с подветренной стороны (по отношению к жилой), ниже по течению рек и рельефу.

Деятельность в сфере архитектуры осуществляется в соответствии с рекомендациями Государственного комитета РФ по жилищной и строительной политике. Они касаются состава архитектурно-планировочного задания на проектирование и строительство зданий, сооружений и их комплексов.

Это задание относится к документам, которые являются основанием для получения разрешения на постройку. Помогает регулировать и контролировать инвестиционную строительную сферу и землепользование.

Основания для выдачи архитектурно-планировочного задания:

• заявка заказчика;
• обоснование инвестиций;
• решение органа исполнительной власти;
• комплект документации, удостоверяющий право собственности на земельный участок.

Главной задачей архитектуры гражданских и промышленных зданий и сооружений является компактность застройки, удобная связь с дорогами и другими производственными комплексами.