Будівельна конструкція є одним із основних елементів будь-якої будівлі чи споруди. Це сукупність взаємозалежних, взаємодіючих та узгоджених елементів, які забезпечують міцність, стійкість та функціональність споруди.
Основна мета будівельних конструкцій – підтримувати все навантаження, що виникає на будівлю чи споруду, та передавати її на основу без будь-яких деформацій чи пошкоджень. Більш того, конструкції також повинні бути здатні чинити опір іншим факторам, таким як зовнішні навантаження, вібрація, пожежа, вплив природних явищ і т.д.
Будівельні конструкції можуть бути виконані з різних матеріалів, таких як бетон, сталь, дерево, цегла, залізобетон та інші. Вибір матеріалу залежить від вимог проекту, функціональності споруди, її розташування та інших факторів.
Конструкції можуть бути розділені на несучі та огороджувальні. Несучі конструкції виконують функцію підтримки навантаження від інших частин будівлі та передачі її на фундамент. Це можуть бути стіни, колони, балки, фундаменти і т. д. Несучі конструкції зазвичай мають високу надійність та міцність.
Конструкційне проектування включає розробку оптимальних форм, розмірів і розташування елементів, а також вибір матеріалів. Це вимагає не тільки знань про механіку та матеріалознавство, а й про будівельні стандарти, архітектурні вимоги та економічну ефективність.
Види будівельних конструкцій
Можна виділити такі види будівельних конструкцій.
- Каркасні конструкції: Каркасна конструкція є системою стрижнів, балок і колон, які утворюють внутрішню опорну структуру будівлі.Каркасні конструкції відрізняються високою міцністю та стійкістю до зовнішніх навантажень, таким як сила вітру, власна вага будівлі та інші фактори. Вони широко використовуються при зведенні багатоповерхових будівель та споруд.
- Монолітні конструкції: Монолітні конструкції є найпоширенішим типом будівельних конструкцій. Вони створюються шляхом заливання бетону у спеціальні опалубки, формуючи єдину нерозривну структуру. Монолітні конструкції мають високу міцність і стійкість, а також дозволяють створювати вільні форми будівель, що не мають обмежень по геометрії.
- Кам'яні конструкції: Кам'яні конструкції є одним із найдавніших типів будівельних конструкцій. Вони створюються із природного каменю, такого як граніт, вапняк, мармур та інші. Кам'яні конструкції мають високу міцність, довговічність і стійкість до пожеж. Незважаючи на те, що використання кам'яних конструкцій скоротилося з часом, вони все ще знаходять застосування у реставрації та будівництві історично значимих будівель.
- Каркасно-обшивні конструкції: Каркасно-обшивні конструкції поєднують у собі переваги каркасних та монолітних конструкцій. Вони складаються з рамного каркаса, який потім покривається обшивкою, як цегляна кладка, сендвіч-панелі або інші матеріали. Каркасно-обшивні конструкції мають високу міцність, стійкість і теплоізоляцію, а також дозволяють створювати різні зовнішні архітектурні рішення.
- Збірні конструкції: Збірні конструкції є елементами, виготовленими на заводах і монтуються на будмайданчику. Вони можуть бути виготовлені з різних матеріалів, таких як сталь, дерево або бетон.Збірні конструкції мають високу міцність, стійкість і дозволяють економити час і ресурси при будівництві.
За матеріалами будівельні конструкції поділяються на:
Будівельні конструкції розрізняються за матеріалами, з яких вони виготовлені. Залежно від матеріалу, що застосовується для будівництва, конструкції мають різні властивості, міцність та вартість. Розглянемо основні види будівельних конструкцій за матеріалами:
- Кам'яні конструкції: камінь є одним із найбільш довговічних матеріалів для будівництва. Кам'яні конструкції можуть бути виконані з кам'яного блоку, фанерованого каменем або з природного каменю. Кам'яні конструкції мають високу міцність і стійкість до негативних зовнішніх впливів, але вимагають великих витрат часу та ресурсів на будівництво.
- Дерев'яні конструкції: дерево є одним з матеріалів, що найбільш широко використовуються для будівництва. Дерев'яні конструкції можуть бути виконані з бруса, колоди, дерев'яного каркасу та інших деревних матеріалів. Дерев'яні конструкції мають хорошу теплоізоляцію і низьку теплопровідність, але вимагають більш частого обслуговування і мають нижчу вогнестійкість у порівнянні з іншими матеріалами.
- Металеві конструкції: метали, такі як сталь та алюміній, широко використовуються для будівництва різних конструкцій, таких як каркаси будівель, мостів, ферм тощо. Металеві конструкції мають високу міцність, стійкість до навантажень і довговічність, але також можуть іржавіти і вимагати відповідного обслуговування.
- Бетонні конструкції: бетон – один з матеріалів, що найбільш широко використовуються для будівництва. Бетонні конструкції можуть бути виконані із залізобетону або силікатного бетону.Бетонні конструкції мають високу міцність, вогнестійкість і стійкість до негативних зовнішніх впливів, проте вони мають велику масу і відносно невисоку теплоізоляцію.
- Комбіновані конструкції: деякі конструкції створюються шляхом поєднання різних матеріалів. Наприклад, будівлі можуть мати металевий каркас, основу з бетону та облицювання з каменю чи дерева. Комбіновані конструкції дозволяють комбінувати переваги різних матеріалів, проте можуть бути складнішими у будівництві та вимагати додаткових витрат.
У кожного матеріалу є свої переваги та недоліки, і вибір конкретного типу конструкції залежить від потреб проекту, бюджету та переваг замовника. Визначення найбільш відповідного матеріалу для будівництва є важливим завданням, яке потребує комплексного підходу та аналізу.
Несучі конструкції
Несучі конструкції – це елементи або системи, які призначені для підтримки та передачі впливів, вагових навантажень та структурних навантажень від різних елементів чи систем будівлі чи споруди на основу чи фундамент. Вони становлять одну з основних складових будівельних об'єктів і є конструктивними елементами або системами, створеними для забезпечення міцності та стійкості будівлі або споруди.
Основна функція несучих конструкцій полягає в наступному: підтримувати всі навантаження, що діють на будівлю або споруду, та передавати їх на основу чи фундамент. Наприклад, у випадку будівлі, несучі конструкції можуть включати колони, балки, стіни, фундаменти та інші елементи, які забезпечують міцність і стійкість будівлі.
Несучі конструкції можуть бути виконані з різних матеріалів, таких як бетон, сталь, дерево або цегла. Вибір матеріалу залежить від вимог до конструкції, її навантажень, а також вартості та доступності матеріалу.
При проектуванні та будівництві несучих конструкцій враховується безліч факторів, таких як тип та навантаження на будівлю, кліматичні умови, цільове призначення будівлі та вимоги до безпеки. Будівельні норми та стандарти визначають мінімальні вимоги до міцності та стійкості несучих конструкцій.
Помилки в проектуванні або виконанні несучих конструкцій можуть призвести до серйозних наслідків, включаючи обвал будівлі або споруди. Тому проектування та будівництво несучих конструкцій потребують високої кваліфікації інженерів та будівельників, а також ретельного контролю та випробувань.
Загалом несучі конструкції – це важливий елемент будь-якої будівлі чи споруди, що забезпечує міцність та стійкість усієї конструкції. Вони є основою для решти елементів будівлі і відіграють ключову роль у забезпеченні безпеки та довговічності будівельного об'єкта.
Огороджувальні конструкції
Огороджувальні конструкції – це елементи будівель або споруд, призначені для розподілу внутрішнього простору від зовнішнього середовища або для розподілу внутрішнього простору на окремі приміщення.
Огороджувальні конструкції виконують кілька функцій:
- Захист від погодних умов. Вони призначені для запобігання проникненню дощу, снігу, вітру та інших атмосферних явищ усередину будівлі. Це дозволяє створити комфортні умови проживання чи роботи всередині приміщень.
- Захист від вторгнення.Огороджувальні конструкції також служать для забезпечення безпеки будівель, оскільки вони запобігають несанкціонованому доступу та вторгненню сторонніх осіб.
- Поліпшення енергоефективності. Правильно спроектовані та встановлені огороджувальні конструкції можуть значно знизити споживання енергії на опалення та кондиціювання приміщень. Вони запобігають проникненню холодного повітря в будівлю взимку та теплому повітря влітку, що дозволяє підтримувати більш стійку температуру всередині приміщень.
Огороджувальні конструкції можуть бути виконані з різних матеріалів, включаючи цеглу, бетон, дерево, метал та скло, а також їх комбінації. Вони можуть мати різні форми та розміри залежно від функціональних та естетичних вимог.
Приклади конструкцій, що захищають, включають стіни, двері, вікна, покрівлі та фасади будівель. Вони можуть бути нерухомими або рухомими, такими, що відкриваються або закриваються. Добре спроектовані та встановлені огороджувальні конструкції можуть значно підвищити комфорт та безпеку всередині приміщень, а також суттєво знизити енергоспоживання та вплив на навколишнє середовище.
Вимоги до будівельних конструкцій
Вимоги до будівельних конструкцій передбачають дотримання певних умов для забезпечення безпеки, міцності, стійкості, довговічності та енергоефективності будівель та споруд. Ось деякі з основних вимог до будівельних конструкцій:
- Міцність: Конструкції повинні бути здатні витримувати всі передбачені навантаження, такі як статичні та динамічні навантаження, снігові та вітрові навантаження, вплив землетрусів тощо.Міцність будівельних конструкцій зазвичай визначається на основі розрахунків з використанням нормативних документів та стандартів, наприклад, будівельних норм та правил.
- Стійкість: Конструкції повинні бути стійкими у разі впливу зовнішніх навантажень та внутрішніх сил, а також здатні певний час зберігати свої функціональні та експлуатаційні характеристики.
- Вогнестійкість: Будівельні конструкції повинні мати певний рівень вогнестійкості для запобігання поширенню вогню та мінімізації можливої шкоди при пожежі. Вогнестійкість може досягатися за рахунок використання вогнестійких матеріалів, встановлення протипожежних систем та обладнання, а також правильного розміщення евакуаційних шляхів.
- Звукоізоляція та шумоізоляція: Будівельні конструкції повинні забезпечувати достатній рівень звукоізоляції для запобігання проникненню шуму в приміщення, а також шумоізоляції для запобігання поширенню шуму за межі будівлі. Це може бути досягнуто за допомогою використання звукоізоляційних матеріалів, правильного будівельного проектування та встановлення спеціальних систем та обладнання.
- Енергоефективність: Будівельні конструкції повинні бути енергоефективними, що означає, що вони повинні мати хорошу теплоізоляцію, мінімальні тепловтрати та енергоспоживання, а також здатність використовувати поновлювані та енергозберігаючі системи, такі як сонячні панелі та системи опалення та охолодження.
- Екологічна стійкість: Будівельні конструкції повинні бути виконані з урахуванням екологічних принципів та використовувати екологічно чисті матеріали, такі як природні та відновлювані ресурси, а також бути здатними до економії води та енергії.
- Безпека: Конструкції повинні бути безпечними для використання та обслуговування з урахуванням можливих ризиків, таких як можливість обвалення, пожежі або пошкодження.
Такі вимоги забезпечують високий рівень надійності та якості будівельних конструкцій, а також зниження ризику виникнення аварійних ситуацій та пошкодження.
Висновок
Таким чином, будівельна конструкція – це ключовий компонент будь-якої будівлі чи споруди, що забезпечує її міцність, стійкість та функціональність. Будівельні конструкції виконують важливі функції, а їх ефективне проектування та будівництво є основою сталого та безпечного будівництва.
Сучасне будівництво потребує використання нових технологій та інноваційних матеріалів для створення більш міцних, стійких, енергоефективних та екологічно чистих конструкцій. Інженери прагнуть постійного вдосконалення будівельних конструкцій, щоб забезпечити безпеку та комфорт для мешканців, а також збільшити довговічність та ефективність споруд.
Будівельні конструкції – це функціональні елементи, що входять до складу будівель та споруд. У комплексі вони утворюють єдину структуру. Як приклад будівельних конструкцій можна навести сталеві опори, перекриття, фундаменти, віконні блоки.
Конструкції поділяються за категоріями та залежать від призначення та матеріалів. За призначенням поділ такий: несучі і що огороджують. Але треба уточнити, що не у всіх сучасних будівельних системах такий поділ можливий.
Несучі конструкції
Так називаються будівельні елементи, що сприймають силові навантаження, а також будь-які інші дії не силового характеру, потім передають їх на ґрунт.До несучих відносяться: балки, ферми, фундаменти, більшість стін, сходові вузли та багато інших. Їхнє основне завдання — забезпечення просторової жорсткості та стійкості споруди, її міцність та збереження геометрії. Саме ці конструкції забезпечують безпеку експлуатації будівель.
Конструкції зв'язуються в систему жорсткими з'єднаннями, які не мають податливості, або шарнірними, в яких елементи можуть переміщатися, повертатися, не деформуючись при цьому. Як результат з'єднань утворюється цілісна система, в якій елементи працюють спільно, внаслідок чого відбувається розподіл навантажень: статичних і динамічних, що діють за різними напрямками.
Відповідно до конфігурації їх описують певними моделями, і враховують у розрахунках, поділяючи на певні категорії:
- Стрижневі моделі застосовуються при розрахунку конструкцій, що мають лінійну форму. Це балки, колони, розкоси ферм, зв'язкові елементи (зв'язку), та інші, мають таку конфігурацію. Для швидкобудуюємі ЛСТК-технології елементи металокаркасу описуються і розраховуються за допомогою стрижневих моделей.
- Площинні – використовуються для двовимірних елементів, що мають фізичну однорідність. Це плити, настили, стіни.
- Просторові – для оболонок, складок, висячих (вантових) систем та інших видів великопрогонових конструкцій, а також склепінь, стінок силосів та резервуарів. Їх розраховувати та моделювати найскладніше.
- Існують і гібридні моделі, наприклад, (просторово-стрижневі). Вони використовуються при перекриттях габаритних вільних прольотів.
Огороджувальні конструкції
Описувані елементи призначені обмеження зовнішнього контуру будівлі, поділу внутрішнього простору на приміщення, які є, власне, ізольованими обсягами. Такі конструкції можуть бути зовнішніми та внутрішніми.
- Зовнішні – захищають будівництво від будь-яких впливів ззовні: атмосферних (таких як опади, дія ультрафіолету), акустичних, температурних.
- Внутрішні – забезпечують звукоізоляцію кожного приміщення окремо, а також оптимізують та організують простір усередині.
До огороджувальних конструкцій відносяться стіни, що не належать до несучих (самонесучі та ненесучі), всі види перегородок, віконні блоки, інші елементи заповнення прорізів, різне скління.
Нерідко конструкції можуть служити несучими та захищаючими одночасно. У каркасних будовах поділ між ними найбільш яскраво виражений, але й у них він не стовідсотковий.
Для прикладу можна розглянути покрівлю: покрівельне покриття – це захист будівлі від попадання дощу та снігу. І водночас сприймає навантаження по горизонталі. При непрацюючій покрівлі — снігові, а при експлуатованій — ще й вага предметів, що розташовані на ній. Надалі такі навантаження передаються далі – на вертикальні несучі конструкції об'єкта.
Зовнішні стіни можуть працювати огороджувальними і несучими одночасно: вони сприймають вертикальні вітрові навантаження. Як правило, такі подвійні функції мають сендвіч-панелі і профнастил, ними обшивають будівлі з металокаркасом.
Будівельні конструкції в залежності від матеріалу виготовлення:
- бетонні/залізобетонні (розрізняються наявністю арматури у структурі);
- металоконструкції. Як правило, використовується сталь чи алюміній;
- дерев'яні – брус (клеєний або цільний), колоди, дошки;
- кам'яні – цегла та натуральний камінь (можуть бути як не армованими, так і армованими);
- полімерні – виготовлені з різних видів пластиків та термопластів (полікарбонат) або еластомерів. Вони зазвичай застосовуються як огороджувальні;
- комбіновані. Містять у структурі кілька матеріалів. Наприклад, утеплювачі з мінеральної вати зі смолами (фенол-формальдегідними, акриловими) як сполучна, ЦСП.
Порівняльні характеристики конструкційних матеріалів
Кожен будівельний матеріал має свій перелік експлуатаційних характеристик, отже кожен має і свою сферу застосування. Нижче вказані порівняльні характеристики матеріалів, що найчастіше використовуються.
Бетонні конструкції
• Їхні основні плюси: міцність і довговічність, стійкість до займання, прийнятні ціни;
• Але є й мінуси. У таких конструкцій велика вага. Як наслідок потрібні великі витрати на облаштування фундаменту, транспортні витрати, доставку. У процесі монтажу буде потрібна наявність важкої будівельної техніки, що не тільки дорого, а й найчастіше – складно реалізовано, особливо в сільській місцевості зі слабо розвиненою транспортною інфраструктурою. Крім того, у таких конструкцій низькі теплоізолюючі характеристики.
Цегла
• До плюсів цегляної кладки належить її довговічність, міцність, вогнестійкість, висока теплоізоляція.
• До мінусів слід віднести великі фінансові вкладення, як у будматеріали, так і в монтажні роботи, через трудомісткість і залучення високооплачуваних фахівців – мулярів. Будинки з цегли мають велику вагу, що збільшує витрати на фундамент та доставку матеріалів. У процесі монтажу залишається багато відходів.
Деревина
• Це екологічно безпечний матеріал, який має гарну теплоізоляцію. Ще одна відносна перевага – невисока вартість матеріалу. Але належить воно лише до необробленої деревини.
• З мінусів можна назвати схильність до біогенної корозії – гниття, пошкодження грибками та комахами, а також горючість. Щоб усунути ці проблеми, потрібна хімічна обробка матеріалу, через що значно знижується його екологічна безпека, тому що при обробці застосовуються з'єднання з високою токсичністю.
Металоконструкції (ЛМК, ЛСТК)
- Невелика вага. Це дозволяє у півтора рази скоротити витрати на фундамент, транспортні витрати, використання важкої кранової техніки.
- Швидкий монтаж, при якому не потрібна висока кваліфікація робітників. При збиранні застосовуються болтові з'єднання, використовуються виготовлені на заводі і готові до збирання будівельні елементи.
- Міцність, довговічність, екологічна безпека.
- Надійність теплоізоляції завдяки використанню ефективних утеплювачів.
Незахищені металоконструкції мають низьку межу вогнестійкості та невисоку стійкість до корозії при контакті з агресивними середовищами. Однак ці проблеми легко та економічно можна вирішити за допомогою системи «зовнішній каркас».
На собівартість будівництва суттєво впливає легкість конструкцій, вона вважається найважливішою техніко-економічною характеристикою. Чим нижча вага конструкції будівлі, тим нижчою буде сума витрат у наступних категоріях:
• вартість облаштування фундаменту: як матеріалів, що при цьому використовуються, так і роботи;
• витрати на логістику (навантаження, розвантаження, транспортування);
• витрати на використання вантажопідіймальних механізмів під час зведення об'єкта.
Легкість визначається як відношення розрахункового опору несучих будівельних конструкцій (R) до питомої ваги (Р) матеріалу. У таблиці представлено порівняння матеріалів з їхньої легкості.
З таблиці випливає, що верхні рядки рейтингу займають сталеві конструкції. Найкраще співвідношення несучої здатності до ваги у оцинкованих профілів ЛСТК.
Основні вимоги до конструкції
Надійність, що складається з трьох складових:
- міцність – здатність сприйняти будь-які види навантажень без руйнувань та погіршення основних параметрів;
- жорсткість – здатність деформуватися під навантаженням у заздалегідь певних межах, і не більше;
- стійкість – збереження стабільного становища у просторі при навантаженнях.
Зручність експлуатації – якість, що дозволяє використовувати споруду за призначенням. Проектування будівельних конструкцій має враховувати можливість їхнього легкого та зручного огляду, ремонту, посилення за потреби.
Економічність. У процесі проектування слід виключити перевитрату матеріалів, і мінімізувати трудові витрати на монтаж конструкції.
Проектування будівель онлайн
ПК ВЕСТА пропонує користувачам електронний сервіс WebSteel®, з ним можна проектувати будівлю з металоконструкцій самостійно в автоматичному режимі, навіть не володіючи навичками проектувальника, вводячи в систему характеристики об'єкта, що швидко зводиться. Параметри можна змінювати, підбираючи оптимальне компонування, вигідне економічно. Додатково можна створити 3Д-модель об'єкта, забезпечивши більшу наочність.
Ресурс від ПК Веста безкоштовний, скористатися ним можна на нашому сайті в режимі 24/7. Щоб дізнатися більше, заповніть форму на сайті або зв'яжіться із нашими представниками за телефоном.
© Промислова компанія «Веста» – швидкобудуюємі будівлі з легких металоконструкцій для Росії, СНД, Африки, Близького Сходу та Латинської Америки. Повне обслуговування клієнтів онлайн на міжнародних ринках у системі WebSteel .