Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий. Самонесущие стены Подготовка участка и разметка фундамента

Несущая стена (рис.1) – основная несуще-ограждающая вертикальная конструкция здания, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от перекрытий и собственного веса стены, разделяющая смежные помещения в здании и защищающая их от воздействия внешней среды.

Самонесущая стена (рис.2) – наружная ограждающая вертикальная конструкция, защищающая внутренние помещения здания от воздействия внешней среды, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от собственного веса.

Рис.2. Самонесущая стена (наружная стена опирается на фундамент, а перекрытие примыкает к стене)

Ненесущая стена (рис.3) – наружная стена, опирающаяся на перекрытие в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6м. (при большей высоте этажа эти стены относятся к самонесущим) и защищающая здание снаружи от воздействия внешней среды.

Перегородка – внутренняя вертикальная ограждающая ненесущая стена, опирающаяся на перекрытие, и разделяющая смежные помещения в здании.

В зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стенами нагрузки от покрытий, перекрытий и т.п. передаются на каркас или поперечные конструкции зданий.

В доме стены, которые стоят на фундаменте и на которые опираются перекрытия будут несущими.

А стены, стоящие на фундаменте без опирания на них перекрытия будут самонесущими .

Рис.3. Ненесущая стена (наружная стена опирается на перекрытие этажа)

Стены разного конструктивного назначения несут разную нагрузку. Для обеспечения необходимой несущей способности для разных стен выбирают определенную толщину стены и прочность используемых материалов.

Например, внутренние и наружные несущие стены зданий из газобетонных блоков высотой до 3-х этажей включительно рекомендуется изготавливать из блоков классов по прочности на сжатие не ниже В2,5, на клею или на растворе марки не ниже М75; при высоте до 2-х этажей включительно – не ниже В2 на клею или на растворе марки не ниже М50.

Для самонесущих стен зданий высотой до 3-х этажей класс блоков должен быть не ниже В2.

Стенами называют конструктивные элементы зданий, служащие для отделения помещения от внешнего пространства (наружные стены) или одного помещения от другого (внутренние стены).

По характеру работы стены делят на: несущие, самонесущие и навесные .

Несущие стены воспринимают нагрузку от собственного веса и других конструкций и передают ее на фундаменты.

Самонесущие стены несут нагрузку только от собственного веса по всей своей высоте и передают ее на фундаменты.

Навесные стены стены являются ограждениями, опирающимися на каждом этаже на другие элементы здания (каркаса) и воспринимают только собственную массу в пределах одного этажа.

К стенам предъявляются следующие требования: они должны иметь достаточную прочность и устойчивость, обладать неодходимыми тепло- и звукоизолирующими свойствами, быть огнестойкими, долговечными и экономичными. Требования по звукоизоляции предъявляются, главным образом, к стенам жилых зданий.

Оптимальная толщина стены должна быть не менее предела, определяемого статическим и теплотехническим расчетами.

С января 1997 года вступили в силу Изменения к СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника»: требуемое сопротивление теплопередаче для жилых помещений увеличено вдвое, а с 2000 года оно увеличено в 3,45 раза. Если следовать букве закона, то стены из кирпича должны возводиться толщиной в 1,5 метра, поэтому целесообразно использовать комбинированные конструкции наружных стен: несущая часть стены, минимальной толщины, плюс эффективный утеплитель и декоративная отделка.

По виду материала стены могут быть каменными, деревянными, а также комбинированными (типа «сэндвич»). Каменные стены по конструкции и способу возведения подразделяются на стены из кладки, монолитные и крупнопанельные. Комбинированные стены – различные панельно-каркасные дома.

Кладка – это конструкция, выполненная из отдельных стеновых камней, швы между которыми заполняются кладочными растворами. Для создания прочной монолитной системы ряды кладки делаются с несовпадением вертикальных швов, то есть с их перевязкой.

Монолитная стена. Конструкция стены состоит из арматурного каркаса и бетона. Чтобы залить бетон необходимо выставить опалубку. Опалубка может быть съемной и несъемной.

Панельно-каркасные дома. Панельные дома как правило изготавливают на заводах и собирают на участке заказчика. Материалы панели: сердцевина утеплитель (пенополистирол или минеральная вата), «одетый» с обеих сторон листами СМЛ или OSB.

Каркасные дома . Такие дома имеют множество вариантов (изготовленные на заводе или возводимые на участке).

Несущие стены возводят в зданиях бескаркасных и с неполным каркасом. Их выполняют из кирпича, мелких и крупных блоков. Выполняя одновременно несущую и ограждающую функции, такие стены воспринимают нагрузку от кровли, перекрытий, ветровые усилия и иногда нагрузки от подъемно-транспортного оборудования. Несущие стены опирают на фундаменты. Самонесущие стены несут собственную массу в пределах всей высоты здания и передают ее на фундаментные балки. Ветровые нагрузки, воздействующие на стены, воспринимает каркас здания или фахверк. Стеновое заполнение связывают с каркасом гибкими или скользящими анкерами, не препятствующими осадке стен. Высоту самонесуших стен ограничивают в зависимости от прочности материала и толщины стены, шага пристенных колонн, величины ветровой нагрузки и т.д. Самонесущие стены выполняют из кирпича, блоков или панелей.
Ненесущие (навесные) стены выполняют в основном ограждающие функции. Их масса полностью передается на колонны каркаса и фахверка за исключением нижнего подоконного яруса, опирающегося на фундаментные балки. Колонны воспринимают массу ненесущих стен через обвязочные балки, ригели фахверка или опорные стальные столики.

Легкие навесные стены , не являясь несущей конструкцией, имеют одно назначение - ограждать помещения от атмосферных воздействий. Применение эффективных утеплителей и тонких листовых облицовок позволяет при малой массе навесных стен обеспечивать их высокие теплозащитные свойства, а изготовление их без мокрых процессов обусловливает удовлетворительный влажностный режим помещений с первых дней эксплуатации зданий.

Навесные стены из каркасных панелей высотой в два этажа использованы в здании Института научно-технической информации в Киеве. Каркас панелей, имеющих размеры 2,8X7,2 м, выполнен из алюминиевых прессованных профилей, остекление изстеклопакетов. Глухие участки панелей облицованы с внешней стороны стемалитом, с внутренней - древесностружечной плитой. В качестве утеплителя применены полужесткие минераловатные плиты. Стыки между панелями заполнены минеральной ватой и закрыты алюминиевыми защитно-декоративными элементами.

Толщина стен с утеплителем из пеностекла, полужестких минераловатных плит, фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 составляет примерно 100-120 мм, что позволяет уменьшить кубатуру здания (без изменения площади помещений) и соответственно расход материалов. При прочих равных условиях это способствует снижению стоимости 1 м 2 зданий.

В зданиях, возведенных на Крайнем Севере, в основном применяются легкие панели, состоящие из двух наружных алюминиевых листов толщиной 0,8-1,5 мм, между которыми находится утеплитель (полистирольные пенопласты ПСБ, ПСБ-С фенольные ФРП-1, виларес-5 или полиуретановые ППУ-ЭС, ППУ-308, плотностью 35- 80 кг/м 3); такие панели в большинстве случаев имеют обрамляющие ребра. В условиях Крайнего Севера применение легких панелей резко сокращает их толщину-до 150 мм, а значит, и массу (для сравнения: толщина легкобетонных стен достигает 600 мм, кирпичных - 770 мм)

Стеновые панели размерами 1,3x3,5 м и 1,3x4,5 м с облицовками из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм, с обрамляющими ребрами, воспринимающими поперечные нагрузки, из бакелизированной фанеры толщиной 10 мм и утеплителем из пенополиуретана использованы в одноэтажных жилых домах на Севере.

При строительстве домов, как многоэтажных, так и частных загородных, могут возводиться стены несущие либо самонесущие. Первый тип ограждающих конструкций испытывает серьезные нагрузки от перекрытий и кровли. Самонесущие стены - это вертикальные элементы здания, на которые ничего не опирается. В процессе эксплуатации дома нагрузки в таких конструкциях возникают только от их собственного веса.

Что собой представляют?

Основной отличительной особенностью самонесущих стен, в сравнении с нагруженными, является то, что они имеют небольшую толщину. Материала при их возведении, соответственно, уходит меньше. Толщина стен этой разновидности, в зависимости от того, из чего они были построены, может колебаться в пределах 50-380 мм.

Вам будет интересно:

При возведении задний, помимо всего прочего, могут собираться и не несущие ограждающие конструкции. Такие стены также не воспринимают нагрузку от находящихся выше элементов дома. По-другому конструкции этого типа называются навесными. Возводятся они всегда в пределах одного этажа. Однако если их высота превышает 6 м, они уже могут считаться самонесущими. Проектирование и расчет их при этом производятся соответствующим образом.

Самонесущие стены - это в основном только наружные ограждающие конструкции. Такие элементы здания просто защищают его внутренние помещения от ветра и осадков, примыкая к основному каркасу. Перекрытия к таким стенам крепятся сбоку на всех этажах по высоте. При строительстве домов могут возводиться как однослойные, так и многослойные самонесущие ограждающие конструкции. Если стены этого типа находятся внутри здания, они выполняют лишь роль перегородок.

Особенности эксплуатации

Согласно нормативам СНиП, в таких конструкциях при выполнении перепланировки в многоэтажных и загородных домах допускается делать проемы или же расширять их до необходимых параметров. Также стены этой разновидности в некоторых случаях могут даже демонтироваться и возводиться по новой без риска обрушения других конструкций здания.

Расчет

Перед началом возведения любого дома, конечно же, составляется в том числе и его подробный проект. При этом выполняется и такая операция, как расчет стен самонесущих, не несущих и нагруженных на предмет устойчивости. Для кирпичных конструкций, к примеру, такие вычисления производятся с учетом данных нескольких таблиц из п.п 6.16-6.20 СНиП II-22-81. В любом случае при расчете устойчивости самонесущей стены определяется соответствие отношения ее толщины к высоте при заданной геометрии нормативным величинам.

Особенности возведения

Строить такие ограждающие конструкции допускается практически из любых материалов. Самонесущие стены - это элементы здания, возводиться которые могут из дерева, кирпича, блоков. В любом случае собираются такие конструкции исключительно на прочных опорах. Заливают их основания одновременно с фундаментом самого здания.

Сопрягают самонесущие стены кирпичные, блочные и т. д. с другими видами ограждающих конструкций исключительно с использованием гибких связей. При применении жестких из-за неодинаковой степени нагруженности элементы здания в последующем могут потрескаться и деформироваться. Соответственно, и проживать в доме станет небезопасно.

Самонесущие стены - это конструкции, которые при кладке из кирпича или блоков по нормативам полагается армировать. Однако укрепляют такие ограждающие части зданий обычно не настолько тщательно, как нагруженные. Пруты при возведении стен этого типа вставляются через большее количество рядов кладки. Арматуру же для таких конструкций по нормативам допускается использовать диаметром 1-2 мм.

Материалы для многоэтажных зданий

При строительстве высотных домов самонесущие наружные стены могут возводиться из:

• керамического кирпича пустотного, пористого, полнотелого;
• силикатного кирпича.

При возведении зданий не слишком большой этажности иногда применяются также блоки:

• арболитовые;
• керамические;
• из пено- или газобетона;
• керамзитобетонные и любые другие крупноформатные.

Особенностью таких материалов в сравнении, к примеру, с тем же кирпичом, является относительно невысокая степень прочности. Поэтому использовать их нормативы допускают в зависимости от разновидности при возведении домов высотой не более 3-5 этажей.

Эту статью я написала в апреле. И отложила в надежде что подберу иллюстрации, и, возможно разобью на маленькие блоки - более подходящие к формату этого жж.
Но уже январь следующего года - и когда я этим займусь - я не знаю.
Поэтому вывешиваю целиком, без иллюстраций и если кто-то осилит до конца - скажите мне об этом - я запишу вас в герои:)

Стены:
Стены зданий бывают несущие, самонесущие и несомые.
В чем отличии, как это работает и как проявляется внешне и в архитектурной эстетике.

Стена несущая – это стена, которая держит конструкцию крыши (или балконы, или любую другую нагрузку) – эта стена, которая является конструктивным элементом. Частью работающей конструкции. Как стойка или балка в стоечно-балочной системе.
Стена самонесущая – это стена, которая нечего дополнительного не несет – но имеет свой вес. То есть несет собственный вес, как минимум. Чем она становится выше – тем больше вес, тем больше она по свойствам похожа на несущую.
Стена несомая – это стена которая держиться не на том, что снизу, а на том, что сбоку или сверху. То есть, если совсем просто то или подвешенная на что-то вещь, или прибитая к некой конструкции как облицовка. У такой стены в основном ограждающая функция – почти не имеющая отношение к конструкции.

И вот представте себе самонесущую стену из кирпича или камня.
В идеале в ней камни и кирпичи лежат ровно, нагрузка давит сверху вниз. Чем ниже – тем больше нагрузка – нормально, если стена начнет к низу расширяться и укрепляться. Возможно у стены появится наклон – как у стен крепостей – сверху – уже.

Если стену нагрузить и она будет несущей (или очень большой самонесущей) – вся эта идеальная картина работать не будет. Потому что в стене появятся множетсво дополнительных нагрузок – которые хотя по конструкции и должны действовать строго вертикально – на деле – из-за неидеальной плотности, из-за нагрузок которые имеют некие боковые сдвиги и т.п. – внутри стены будет происходить множетсво напряжений. Из явных и понятных – к краю стены, к углу здания будут накапливаться всякие боковые моменты и на угол придется наибольшая нагрузка. Поэтому углы вроде в даже простых зданиях укрепляются и утолщаются. Часто нужно убрать лишнюю нагрузку с оконных и дверных проемов – чтобы перемычке было полегче. Иногда в процессе строительства накапливается некое напряжение, которое надо убрать.
В стене возникают распределяющие нагрузку арки и т.п. вещи.

Такая картина у всех несущих и самонесущих стен. Углы укреплены, кладка сложная чтобы были перевязки, к низу нагрузка накапливается и стена утолщается.
Это годится для традиционных материалов – камня и кирпича. Та же картина у современных всяких блоков (по сути – это теже камни – просто искусственые). Так же картинка у железобетонных (монолитных) стен. Только там внутренние напряжения сразу идут на арматуру и прочность сильно выше, чем у натурального камня. Но принцип тот же.
Немного по-другому у дерева – потому что в нем распределяющую арку не поставишь. Но из дерева и сильно высоких или сильнонагруженных стен и не строят. Но большее усилие на угол идет, конструкции облегчающие перемычки возникают – то есть общие принципы сохраняются.

Существует архитектурное – эстетическое - выражение для несущих и самонесущих стен. Как ордер – это идеальное выражение стоечно-балочной конструкции в камне и дереве – так для стены существует архитектурный элемент – руст. Руст – это изображение блоков большой кладки в стене. Иногда выложенное из камня, иногда чисто декоративное – из штукатурки. Делая руст – архитектор нам сообщает что стена является несущей. Ну или хотя бы самонесущей. Чем мощнее руст – тем более вероятно, что это именно несущая стена. Делать ярковыраженный руст у стены, которая явно самонесущая – довольно странно. Можно. Но менее оправдано. А руст (даже утрированно-декоративный) на несомых панелях – просто не понимание его сущности и конструкции вообще.

Помните, мы говорили о том, декоративный ли ордер на Колизее или нет. (ссылка)
Так вот – в эпоху Возрождения возникает почти такое же соединнеие двух конструктивных систем на фасаде. С одной стороны – стена рустированная – то есть говорящая зрителю что она несущая. С другой – возниают пилястры, которые как бы показывают что внутри некий стоечнобалочный каркас.
И исследователи говорят о противоречии этих систем. Или – о том что ордер на таких фасадах чисто декоративный.
Во-первый – почему то никто не говорит о том, что это может быть реальный карнас – а заполнение стеной между – самонесущее (ну не говорят – потому что это действительно не так – по крайней мере в эпоху Возрождения, хотя думаю, если покопаться – в 19 веке уже существовали такие смешанные конструкции – когда соединяли каркас со стеной)
Во вторых – как с Колизеем – эти системы друг-друга дополняют и переплетаются.

Как происходит в настоящей конструкции: в самом примитивном виде - На несущую стену кладется выравнивающая балка которая распределяет всю дальнейшую нагрузку равномерно. На нее – с неким шагом кладутся поперечные балки, на которых держится перекрытие. Если бы балки не было – балки бы давили точечно и внутренние нагрузки в стене были бы более разнообразные.
Но тем не менее – балки давят не на каждый см стены равномерно.
Второе – то что мы говорили – на углы приходится большая нагрузка.
И третье – если в здании есть поперечные стены – а на фасаде больше чем в 2-3 окна они есть – то в местах их соединения с основной стеной – тоже приходится большая горизонтальная нагрузка (и кстати меньшая вертикальная – если поперечная стена тоже несущая, но она обычно самонесущая)
Так что появление на фасаде неких вертикальных элементов – полуколонн, пилястр – вроде бы от стоечно-балочной системы вполне может быть оправдано. Конечно – если они выражают внутреннюю планировку здания и повторяют внутренние стены – это оправдано вдвойне. Но часто приходиться где-то мухлевать и добавлять лишние – для ровного шага или красоты фасада.
Тем не менее назвать это чисто декоративными элементами – нельзя. Они тектоничны.

Работая в монолитном железобетоне мы можем погасить все эти нагрузки арматурой. И сделать идеально гладкую ровную стену. Тем не менее – это ровная стена будет лишь декорацией – не отражающей внутренную работу.
Возможно, для того чтобы железобетонная стена была действительно выраженной конструкцией ее арматура должна как бы «просвечивать» - как вены на руках человека или читаться как скелет. Видя живое существо – мы не сможем нарисовать его скелет. Но представить основную несущую конструкцию внутри – можем вполне. Тем не менее – принцип работы железобетонной стены не сильно отличается от камня (да, прочнее, да – можно сделать более сложные вещи, большие выступы и перемычки – но принципы те же – нагрузка действует сверху вниз)

Так вот - в начале 20 века появляются конструкции, позволяющие на них стену просто повесить. А стену сделать любой. Стеклянной. Из легкого пенопласта и т.д. Появляются несомые стены.

Надо сказать что в архитектуре несущая, самонесущая или несомая конструкция это очень важный критерий. Они часто резко отличаются, красятся радикально разными цветами – как черно-белый фахверк или бело – цветной классицизм.

Поэтому, если стена несомая – очень важно показать и подчеркнуть (ну потому что мы помним, что тектоника – это основной принцип архитектуры – и исключения только подтверждают правила)

То есть вариантов два – выявлять, эстетизировать современную навесную конструкцию. Или заведомо отказываться от принципа тектоники – и создавать нечто совершенно иное. Что делают деконструктивисты. Но это должно быть сделано а)мастерски б)явно. Как яркий фокус, театральное представление. Или чистая декоративность – с ярким цветом. В идеале – элегантная шутка. Пока в массовой архитектуре я не вижу этому применения и пути. Это отдельный разговор, конечно…

Так вот – если стена несомая – то хорошо бы это выявить и подчеркнуть. Как это можно сделать?
1. выявлять и показывать несущий каркас делая стену практически незаметной. Например стеклянной. Так у Фостера – в огурце. Каркас – выявлен. Стекло – несомое. Кстати и у Колхаса (несмотря на то что он деконстурктивист и в целом в китайском небоскребе идет не от конструкции). Любые здания «просто стекляшки» - этому критерию не соответствуют, потому что каркас не выявляется.
2. развивать декоративное выражение того, что стена держиться не на том что снизу, а на том, что сбоку (или подвешена). Это могут быть заклепки. (или любые другие крепления по принципу – гвоздей, винтов, и т.п.) Это могут быть некие защепки по периметру – по принципу стекол в рамах. Такие варианты делал Отто Вагнер для облицовки (кстати, это всё может касаться и просто декоративной облицовки стен) – это не руст – это панели «прибитые гвоздиками» к стене или каркасу. В современной архитектуре этот вариант совсем не разработан.
3. Поискать для несомых стен эстетику в старинных несомых стенах. Например в шкурах, которые натягивались на каркас юрт и т.п. жилищ… Пойти путем демонстрации того, что стена – гибкая и без внутреннего поддерживающего каркаса держаться не сможет – значит он там есть. Возможно для этого еще не пришло время – и пока нет современной технологии гибкой ткани для стен. Особенно как то предусматривающей окна. Хотя я думаю что это вполне возможно. Но это вопрос к технологам… частично это выражено у Захи Хадид - в её гибких стенах.