Строительные конструкции. Классификация и основные требования к ним

Строительными конструкциями называют отдельные функциональные элементы в составе зданий или сооружений, в совокупности образующие целостную структуру, например - фундаменты, стены, перекрытия, лестницы, кровля, окна, ворота. Классифицируются строительные конструкции по назначениям и видам материалов, из которых они изготовлены.

По назначению их принято подразделять на две большие группы: несущие и ограждающие конструкции, хотя не во всех строительных системах эти функции полностью разделены.

Содержание

Что такое несущие конструкции?
Что такое ограждающие конструкции?
Классификация строительных конструкций по видам материалов
Основные требования к строительным конструкциям
Видео по теме: Производство стальных строительных конструкций

Что такое несущие конструкции?

Несущие конструкции – это элементы, которые воспринимают все силовые нагрузки и несиловые воздействия и передают их на грунт.

Они обеспечивают прочность, пространственную устойчивость и геометрическую неизменяемость зданий и сооружений и отвечают за безопасную эксплуатацию строений.

К несущим относят такие конструкции, как: фундаменты, стены, перекрытия, покрытия, колонны, фермы, балки, ригели, лестнично-лифтовые узлы и ряд других. Будучи связанными между собой жесткими или шарнирными соединениями, отдельные элементы несущих конструкций образуют единую конструктивную систему и работают совместно, распределяя вертикальные и горизонтальные статические и динамические нагрузки. При проектировании несущих конструкций учет разных видов нагрузок осуществляется согласно правилам, установленным в СП 20 «Нагрузки и воздействия».

При расчетах несущих конструкций их описывают различными геометрическими моделями в зависимости от их формы. С этой точки их подразделяют на стержневые, плоскостные и пространственные.

Стержневые модели применяют для расчета несущих конструкций линейной формы: колонны, балки, ригели, прогоны, связевые элементы, пояса и раскосы ферм. В частности, при проектировании зданий на ЛСТК каркасах их элементы описысают моделью тонкостенных стержней.

Плоскостные несущие конструкции – это двумерные физически однородные элементы, такие как: сплошные плиты перекрытий, несущие стены, настилы.

К пространственным относят такие виды несущих конструкций, как большепролетные покрытия (оболочки, складки), своды, стенки резервуаров и силосов, вантовые конструкции мостов и большепролетных перекрытий. Эти конструкции - самые сложные с точки зрения моделирования и расчетов. Наряду с перечисленными, существуют также гибридные системы, используемые, как правило, для перекрытия больших свободных пролетов – пространственно-стержневые конструкции.

Что такое ограждающие конструкции?

Ограждающие конструкции – это элементы, которые ограничивают внешний контур здания или сооружения и разделяют его внутреннее пространство на изолированные объемы - помещения. Ограждающие конструкции, в свою очередь, подразделяют на наружные и внутренние. Основная функция наружных ограждающих конструкций – защищать строение от различных внешних воздействий: температурных, атмосферных (осадки, излучения), химических, акустических и др. Внутренние ограждающие конструкции предназначены для организации пространства внутри здания или сооружения и обеспечения звукоизоляции отдельных помещений. К ограждающим конструкциям относят: перегородки, не несущие и самонесущие стены, элементы заполнения проемов (окна, ворота, двери), витражное остекление, зенитные фонари и другие.

Как уже отмечалось выше, в большинстве конструктивных схем зданий и сооружений одни и те же конструкции могут одновременно работать и как несущие, и как ограждающие.

Наиболее четко эти две задачи разделены в каркасных зданиях, но и там функции несущих и ограждающих конструкций могут совмещаться. Например, кровельное покрытие, выполняя функцию защиты от атмосферных осадков, одновременно воспринимает горизонтальные нагрузки (снеговые, а в случае эксплуатируемой кровли – также от веса людей и технологические) и передает их на вертикальные несущие конструкции здания. Конструкции наружных стен также, наряду с ограждающей функцией, могут выполнять и несущую, участвуя в восприятии ветровых нагрузок (например, сэндвич панели и профлист, используемые для обшивки зданий из металлоконструкций).

Классификация строительных конструкций по видам материалов

По материалу строительные конструкции подразделяют на следующие основные виды:

бетонные (неармированные) и железобетонные (армированные);
металлоконструкции (в массовом строительстве в основном применяют стальные и алюминиевые конструкции);
деревянные: цельный и клееный брус, доска, бревна, сайдинг;
каменные и армокаменные: кирпич, природный камень;
полимерные: пластики, поликарбонат, каучуки (используются в основном как ограждающие конструкции);
комбинированные (изготовлены из нескольких видов материалов, например – цементно-стружечная плита, утеплители на основе каменной ваты с полимерным связующим).

Каждый из конструкционных материалов имеет свои достоинства и недостатки и, соответственно, оптимальную область применения. В таблице представлены сравнительные характеристики материалов несущих конструкций.

Конструкционный материал	Преимущества	Недостатки
Бетонные конструкции	Прочность Долговечость Огнестойкость Относительно небольшая стоимость	Большой вес, и как следствие, затраты на фундаменты, доставку, тяжелую строительную технику при монтаже (особенно проблематично в удаленных районах с неразвитой транспортной инфраструктурой) Низкая теплоизолирующая способность Низкая вариативность архитектурных решений
Кирпичная кладка	Прочность Долговечость Огнестойкость Хорошая теплоизоляция	Высокая стоимость материала Высокая стоимость монтажа из-за трудоемкости и необходимости привлекать высокооплачиваемых каменщиков Большой вес: растут затраты на фундаменты и доставку Большое количество отходов
Деревянные конструкции	Экологичность материала Хорошая теплоизоляция Небольшая стоимость материала (необработанного)	Пожароопасность (горючесть) Биологическая нестойкость (гниение, насекомые) Для устранения этих проблем требуются затраты на химическую обработку древесины, которая, к тому же, нивелирует экологичность (используются высокотоксичные вещества)
Металлоконструкции	Легкость Прочность Вариативность архитектурных решений Простой и быстрый монтаж, не требующий высокой квалификации (болтовая сборка, высокая заводская готовность конструкций) Долговечность Экологичность Энергоэффективность	Низкий предел огнестойкости (нуждаются в огнезащите) Нуждаются в коррозионной защите

Один из важных технико-экономических показателей строительных материалов, влияющий на себестоимость строительства зданий и сооружений – их легкость. Чем меньше собственный вес конструкций жилого дома или промышленного сооружения, тем ниже сумма затрат по целому ряду статей: стоимость фундамента (материалы и работа), логистические затраты (грузоперевозки и погрузочные работы), расходы на подъемную технику в процессе возведения объекта.

Легкость несущих строительных конструкций – это отношение их расчетного сопротивления R к удельному весу Р материала. В таблице приведено сравнение основных материалов несущих конструкций по этому критерию.

Материал	Расчетное сопротивление на сжатие R, МПа	Удельный вес Р, Н/м³	Показатель легкости R/P, м
Сталь обычной прочности С245	230,0	78,5	2,930
Сталь повышенной прочности С375	325,0	78,5	4,140
Бетон (класс прочности ВЗ0)	17,0	24,0	0,710
Дерево (сосна 2-го сорта)	13,0	6,0	2,160
Кирпичная кладка (М100 на растворе М25)	1,3	18,0	0,072

Как видно из таблицы, абсолютным лидером среди массово применяемых конструкционных материалов по показателю легкости являются стальные несущие конструкции. А среди них, в свою очередь, наилучшее соотношени несущей способности и веса у такого материала, как оцинкованные ЛСТК профили.

Основные требования к строительным конструкциям

1. Надежность. Это понятие включает в себя три составляющие: прочность, жесткость и устойчивость:

прочность – это способность конструкции воспринимать все нагрузки без разрушений;
жесткость – свойство, которое позволяет строительной конструкции под действием нагрузок деформироваться в допустимых пределах;
устойчивость – способность конструкции сохранять неизменное положение в пространстве под действием нагрузок.
2. Удобство эксплуатации – это возможность использовать здания и сооружения по своему назначению. Нужно, чтобы конструкции были запроектированы таким образом, чтобы имелась возможность легко их осматривать, ремонтировать, реконструировать и усиливать.
3. Экономичность. При проектировании необходимо сделать так, чтобы не было перерасхода строительных материалов и стараться обеспечить минимальные трудовые затраты при монтаже конструкции.