Так коротко можно выразить чаяния будущего владельца дома. Обличая эти мысли в более строгий, нормативный язык, определим ряд требований к современным домам, выполнение которых будет гарантировать желанный комфорт жилища, его санитарно-гигиенические качества, безопасность - экологическую, пожарную и прочую, - энергоэкономичность и т. д. По сути дела, описываемые требования применимы не только к малоэтажным домам, но и к любому жилому зданию.
Функциональная целесообразность
Функциональная целесообразность проектного решения дома заключается в соответствии его помещений своему назначению. Действительно, дом, предназначенный для проживания одинокого человека с небольшим набором интересов, должен значительно отличаться от дома, в котором будет жить многодетная семья с домочадцами разного поколения, которые, к тому же, любят принимать гостей.
Количество проживающих в доме, их образ жизни, род занятий, интересы - всё влияет на проект дома и выливается в соответствующие:
- архитектуру дома;
- планировочные решения помещений;
- конструктивные решения;
- инженерное оборудование;
- внутреннюю и внешнюю отделку дома и т.д.
Инженерные требования
Инженерные требования заключаются в том, что строительные объекты должны быть надёжными.
Надёжность — очень ёмкое инженерное понятие, которое включает в себя несколько конкретных конструктивных характеристик, опишем их.
Прочность
Прочность — способность здания воспринимать нагрузки и воздействия силового характера (механические) без разрушений в течение заданного периода эксплуатации.
Отличительной особенностью понятия прочности является то, что это расчётная величина. Конструкции и их элементы рассчитываются по прочности на сжатие, растяжение, смятие, скол и т.д.
Прочность здания обеспечивается прежде всего прочностью его несущих конструкций. Но ни одна конструкция здания или любого другого сооружения не работает сама по себе - все конструкции соединены между собой в единую пространственную систему. То, что здание является единой системой, доказывает возможный парадокс: все конструкции прочны, а здание развалилось. Следовательно, чтобы выполнить требование прочности здания в целом, недостаточно прочности его отдельных конструкций - оно должно быть устойчивым и жёстким.
Задача зданий — устоять.
Есть районы строительства, для которых выполнение требования устойчивости является жизненеобходимым, например сейсмоопасные районы.
На тему устойчивости приведём пример. Выложенная из кирпича длинная стена толщиной 120 мм и высотой 1,5 м под силой ветра, который развивается в средней полосе России в ненастную погоду, опрокидывается. При толщине 250 мм стена устоит при высоте до 3 м. Стена толщиной 380 мм и высотой до 5 м также выдержит ветровую нагрузку. Если же говорить о стене дома, то устойчивость наружной стены помогают обеспечить поперечные стены, которые служат опорами для наружной стены при ветровом напоре. Поэтому высота дома может быть значительно больше.
Жёсткость — это способность здания или его отдельных конструкций сохранять неизменяемость формы, т.е. сопротивляться деформациям. Конечно, деформаций совсем избежать не удастся, но величины деформаций должны быть в пределах разрешённых соответствующими нормативами.
Обеспечить жёсткость системе можно двумя способами.
Первый способ делает узел сопряжения жёстким, при котором исключается возможность перемещения одного элемента относительно другого; такой узел способен воспринимать узловые моменты. Это произойдёт, если в зону узла ввести элемент, образующий треугольник — геометрически неизменяемую фигуру. Так стоечно-балочная система становится рамной. Такой же эффект мы будем наблюдать, если плиты или балки перекрытия «жёстко» заделать в стены. Например, в монолитных зданиях узлы соединения стен и перекрытия жёсткие.
Другой способ обеспечения жёсткости системы применяют, если не представляется возможным сделать узел жёстким или этого недостаточно. Тогда системе придают жёсткость, вводя диагональный элемент - раскос. Такой элемент называется связью, а система — связевой. В практике малоэтажного строительства это можно посмотреть на примере ныне популярных каркасных (фахверковых) домов. Такие же раскосы вводят для обеспечения жёсткости скатных крыш, только здесь раскосы заделаны между стойками.
Жёсткость и устойчивость взаимосвязаны. Потеря жёсткости, т.е. превышение допустимых величин деформаций неизменно как приводит к потере устойчивости и, следствие, к разрушению.
Взаимосвязь жёсткости и устойчивости особенно показательна на отдельно стоящих опорах — колоннах. Сначала недостаточная жёсткость колонны приведёт к образованию трещин в растянутой зоне конструкции, потом в сжатой зоне начнётся дробление бетона, и вот результат — потеря устойчивости и разрушение колонны.
Аналогичную ситуацию можно наблюдать и в стенах.
Предотвратить такой исход можно увеличением толщины стены, или запроектировав пилястры или контрфорсы и другими приёмами.
Некоторые конструкции, например перекрытия, рассчитывают на деформации -прогибы. Если допустимые нормы прогибов превышены, перекрытие усиливают.
Долговечность
Чтобы было понятно, рассмотрим такой пример. Жилое здание стоит прочно, не разрушено и способно воспринимать расчётные нагрузки. Однако как жилище здание эксплуатироваться не может, так как не обеспечена его теплозащита (недостаточная для теплозащиты толщина стен, разрушился или вообще отсутствует утеплитель, в образовавшиеся щели дует ветер), из-за отсутствия должной вентиляции на стенах образуется влага (конденсат) и грибок, крыша течёт, пол промерзает и т.д. Поэтому в заданном режиме эксплуатации - как жилище со всеми его санитарно-гигиеническими требованиями — дом использоваться не может.
Долговечность и прочность здания — свойства взаимосвязанные: необеспеченная долговечность приведёт к ускоренной потере прочности здания и, в конечном итоге, к его разрушению.
Стабильность эксплуатационных качеств здания в целом и отдельных его конструкций обеспечивается прежде всего строительными материалами, которые должны обладать определёнными свойствами.
Морозостойкость - способность водонасыщенного материала сохранять прочность при многократных циклах замораживания/оттаивания. Если материал не обладает таким свойством, то расширяющаяся при замерзании в порах влага расшатывает межмолекулярные связи, разрушает их, появляются трещины, они увеличиваются в размерах, и происходит разрушение материала.
Влагостойкость — способность материала сопротивляться воздействию влаги, вызывающей разбухание, размягчение, коробление, расслоение и, как следствие, разрушение материала. Чтобы такие неприятности не произошли с недостаточно влагостойким материалом, применяемым во влажной среде, нужно принимать меры по его защите.
Несколько примеров. Возьмём дерево — гигроскопичный природный материал. Дом, фасадные плоскости которого отделаны натуральным деревом, бесспорно, смотрится красиво, но требует постоянного эксплуатационного ухода — покрытия специальными составами, лаками, красками и пр. Защиты требуют и некоторые виды утеплителя. Ведь напитанный влагой утеплитель не может выполнять заданные функции - держать тепло в доме. Для защиты утеплителя применяют специальные плёнки.
Коррозиестойкость. Коррозия как бы «съедает» материал, сокращая его срок службы - долговечность. Конечно, мы не рассматриваем здесь здания с химическими и прочими производствами. Для жилого здания агрессивной средой, воздействие которой воспринимают внешние поверхности дома - от фундамента до кровли, -является атмосферная влага и подземные воды.
Особо коррозируют открытые стальные конструкции. Например, стальная кровля без соответствующей защиты ржавеет. Дом с ржавой крышей не обрушится, но крыша будет течь, что приведёт к непригодности жилища.
Серьёзнее дело обстоит, если коррозируют несущие конструкции. Из прокатной стали, например, могут быть сделаны опоры под балкон, лоджию. Коррозия уменьшит расчётное сечение опоры, снизив, тем самым её несущую способность. Чтобы не произошло таким образом потери прочности опоры, её защищают специальными составами, красками и т.п. или обетонируют.
Биостойкость — способность материала противостоять разрушающему воздействию микроорганизмов, в частности плесени и грибов. Плесень - синдром «больного дома». Грибы и плесень развиваются там, где для них создаётся питательная среда: постоянная сырость в помещении, недостаточная вентиляция и пр. Грибок губителен для человека, вызывая различные заболевания, вплоть до астмы и онкологии. Развитие подобных организмов в доме приводит к непригодности жилья, т.е. не выполняются его заданные качества, характеризующие долговечность.
Грибы и плесень могут развиться не только на внутренних поверхностях дома, но и на внешних: например, на натуральной черепице за несколько лет образуется плотный слой грибов, от которых крышу нужно периодически чистить.
Мы перечислили основные свойства, влияющие на долговечность материалов. Их значение для разных районов строительства и условий эксплуатации различно; учёт этого производится на основе соответствующих проектных норм.
Долговечность конструкций и здания в целом зависит от срока службы отдельных элементов конструкций, в том числе закладных элементов и крепёжных деталей, связей, узлов сопряжений и т.п. Действительно, некачественные крепёжные детали, например скобы, которые соединяют плиты перекрытия между собой, разрушат целостность конструкции перекрытия, и оно обрушится.
На долговечность здания влияет также процесс малых непрерывных деформаций материала при длительном нагружении (ползучесть бетонов, релаксация стали).
Пожарная безопасность здания
Пожарная безопасность здания - это самое жесткое требование, ведь оно связано с жизнью людей. Поэтому вопросы проектных решений домов, выбора строительных и отделочных материалов особенно тщательно продумываются. Поговорим об этом достаточно подробно. Существуют понятия пожарной опасности и пожарной безопасности здания.
Обратите, пожалуйста, внимание. Пожарная безопасность занимается вопросами предотвращения пожара, а пожарная опасность — возможностью возникновения пожара.
Пожарная опасность здания рассматривается применительно к строительным и отделочным материалам. Свойства материалов и их способность к образованию опасных факторов пожара делят материалы на следующие группы:
- негорючие — маркируются как НГ;
- горючие: слабогорючие - Г1, умеренно-горючие — Г2, нормальногорючие - ГЗ и сильногорючие - Г4.
К негорючим материалам относятся натуральный камень, железобетон, сталь, газобетон, базальтовая минеральная вата (утеплитель) и другие.
Горючими материалами являются не обработанное с целью повышения огнестойкости дерево, пенополистирол (утеплитель), всевозможные отделочные материалы и т.д.
Степень горючести материалов влияет на проектные решения. Например, для выделения пожарных отсеков в многосекционных домах возводятся противопожарные стены из негорючих материалов (брандмауэры), которые препятствуют распространению огня по примыкающим отсекам. Если же материалы покрытия выполнены из группы НГ, то противопожарная стена может над кровлей не возвышаться. Конечно, в доме коттеджного типа брандмауэры не устраивают, а вот в блокированных домах они обязательны.
По совокупности этих характеристик строительным конструкциям присваивают классы по пожарной опасности:
- непожароопасные - К0;
- малопожароопасные — К1;
- умеренноопасные - К2;
- пожароопасные — КЗ.
Численные значения отнесения конструкций к тому или иному классу определяются соответствующими методами.
Самыми огнестойкими проектируются вертикальные несущие конструкции - колонны и стены: они должны устоять дольше всех. Действительно, при обрушении этих конструкций не устоит и все здание. Они рассчитываются только на несущую способность (показатель R). На все показатели рассчитывается перекрытие, и в здании той же степени огнестойкости перекрытие должно продержаться в условиях пожара только 1 час.
Санитарно-гигиенические требования
Санитарно-гигиенические требования. Наверное, если не задумываться о выше приведенных специальных требованиях, для человека санитарно-гигиенические условия проживания являются самыми важными: они связаны со здоровьем. Санитарно-гигиенические качества жилища, которые нормируются соответствующими стандартами, включают в себя:
- величину времени (длительность) инсоляции;
- естественную освещенность;
- состояние воздушной среды в помещении;
- шумовое воздействие.
Совокупность этих параметров определяет микроклимат помещения.
Инсоляция
Инсоляция оказывает световое, ультрафиолетовое и тепловое воздействие. Это необходимо человеку, так как световое и ультрафиолетовое облучение укрепляюще действует на него и его психофизиологическое состояние.
Естественная освещенность
Естественная освещенность должна быть обеспечена во всех жилых комнатах. В кухнях допускается искусственное освещение.
К инфильтрации мы относим также проникание воздуха через неплотности конструкции, например оконных переплетов.
Шумовая защита
Шумовая защита. Беда в том, что человек к шуму не адаптируется. Ему может только казаться, что он привык к грохоту за окном и не замечает его. На самом деле шум воспринимается мозгом и крайне коварно действует на человека.
Конечно, если дом находится в деревне или на берегу моря, и нарушить сон может только пение птиц или шум прибоя, этот вопрос не актуален. Вредное воздействие оказывает только антропогенный, не природный, шум. Решать вопросы шумозащиты необходимо, если тревожит транспортный шум, что часто наблюдается в случаях расположения таунхаусов вдоль крупных магистралей.
Современные нормы проектирования ограничивают величины проникающего шума дифференцированно для дневного и ночного времени. Уровень шума измеряется в децибелах.
Защита от шума достигается комплексом градостроительных, объемно-планировочных и конструктивных мер. Вот некоторые из них.
Градостроительные меры предусматривают установку шумозащитных стенок вдоль трасс, устройство экрана из малоэтажных нежилых зданий (например, складов, гаражей, объектов торговли, развлечений и т.п.), экранирование многоэтажными шумозашитными домами (в таких домах предусматриваются специальные объемно-планировочные решения зданий и квартир).
Конструктивной преградой шуму служит прежде всего массивность наружных стен (200...300 кг/м2). Пытаясь защититься от шума, не стоит уповать на стекло-пакеты, дабы не оказаться закупоренным без доступа воздуха. Стеклопакеты дают шумозащитный эффект только в закрытом состоянии. Для обеспечения естественной вентиляции помещений, выходящих на шумную магистраль, окна оборудуют специальными клапанами-глушителями либо, отказываясь от естественной вентиляции, прибегают к кондиционированию с притоком свежего воздуха.
Тепловая защита
Тепловая защита здания необходима для обеспечения комфортного температурно-влажностного режима в помещениях.
В деле создания комфортного жилья ориентировка на сохранение тепла в доме приняла решающее значение. В конкретной климатической зоне для каждой ограждающей конструкции, предназначенной «хранить» тепло (наружные стены, покрытия, перекрытия над холодным подвалом и пр.), проводится теплотехнический расчет. Для полноты картины приведем некоторые основы теплотехники.
Основным теплотехническим показателем материала является его термическое сопротивление R. Оно характеризует сопротивляемость материала прохождению через него тепла. Чем выше этот показатель, тем лучше теплозащитные свойства материала.
Как правило, ограждающая конструкция состоит из нескольких слоев: помимо несущего слоя в ее состав входят отделочные слои, звукоизолирующие, утепляющие и т.д.
Расчеты по теплозащите здания идут исходя из двух условий:
- из санитарно-гигиенических и комфортных условий; здесь решающим является средняя температура строительно-климатического района возведения здания и продолжительность отопительного сезона;
- из условий энергосбережения.
Это интересно. Заметьте, насколько холодная наша страна: нет ни одного района, где была бы положительная температура наиболее холодной пятидневки.
Предположим, мы запроектировали наружную стену с хорошими теплозащитными свойствами, но холод все равно поступает. Почему? Здесь возникает такое понятие как мостик холода - зона, через которое тепло покидает здание (а не холод проникает в здание). Мостик холода образуется, когда в хорошую по теплотехническим характеристикам ограждающую конструкцию включен материал или элемент с большей теплопроводностью. Например, если железобетонная плита перекрытия насквозь проходит через кирпичную стену, то это создает условия для интенсивной потери тепла в этой зоне. Как ликвидировать мостики холода, будет рассказано в соответствующих главах.
Для обеспечения комфортности жилища всегда принимают в расчет и такое понятие как теплоустойчивость конструкции (тепловая инерция). Теплоустойчивость характеризует способность материала ограждающей конструкции противостоять температурным колебаниям наружного воздуха. Чем больше теплоустойчивость, тем труднее изменить температуру внутри здания.
В деле теплозащиты дома еще одним важным фактором является паронепроницаемость материалов ограждающей конструкции.
Паропроницание — это проникание водяного пара в наружную стену со стороны помещения (диффузия водяного пара). Паропроницание — наиболее сложное явление. Его не всегда учитывают в проектировании, но это чревато потерей конструкциями одного из своих главных предназначений — создавать комфортное теплое жилье.
Расположение точки росы в толще ограждающей теплозащитной конструкции опасно с точки зрения снижения морозо- и влагостойкости материалов и, как следствие, приводит к ухудшению их теплозащитных свойств (для дерева это означает и потерю биостойкости). Чтобы этого не допустить, применяются пароизоляционные материалы.
Однако если точка росы доходит до открытой внешней поверхности стены или образуется в вентилируемой полости, то вреда конструкции не принесет. Конденсат опасен в замкнутом пространстве, откуда образовавшейся конденсатной влаге некуда деться. Она циклично замерзает/оттаивает в порах материала, неся таким образом разрушительную силу. Этим опасны керамические пустотелые камни, которые со временем начинают портить фасады зданий (такую картину можно наблюдать на здании МИДа, на домах на проспекте Мира в Москве).
Архитектурная выразительность дома связана с понятием красоты в архитектуре.
Конечно, жилище должно быть не только функциональным, но и вызывать приятные эмоции своим видом, вписываться в окружающую среду. Это особенно касается малоэтажного частного домостроения. На первый взгляд может показаться, что это только вопросы архитектуры. Но без конструкций архитектуру создать нельзя. Поэтому задача перед архитектором и состоит в том, чтобы спроектировать дом, который конструкции не уродовали бы, а, напротив, дополняли, обыгрывали, иногда даже служили основой архитектурного решения. Например, скучные опоры (стойки, колонны) можно обыграть цветом, отделочными материалами, придать им интересную, привлекающую внимание форму; их также можно сделать основой зонирования или даже центром композиции, «превратив», к примеру, в камин и т.д. Возможности архитектора здесь безграничны.
Экономическая сторона вопроса - одно из важнейших требований, предъявляемых к проектам зданий. Соотношение «цена - качество» рассматривается на всех этапах: от стоимости строительных материалов и возведения здания до эксплуатационных расходов на его содержание. Окончательное решение принимается, когда учтены все требования заказчика, которые могут привести к более дорогому варианту, но отвечать его интересам. Например, экологически чистый дом иногда обходится дороже, но это оправданные затраты.
