-1- Techniki budowlane oraz elementy konstrukcyjne budynków.

Transkrypt

1 -1- Techniki budowlane oraz elementy konstrukcyjne budynków. Każdy budynek składa się z zespołu elementów budowlanych o charakterystycznej formie architektonicznej i funkcji konstrukcyjnej, powiązanych ze sobą trwale w ściśle obmyślany układ przestrzenny. Kształt i wielkość składowych elementów budowlanych zależy od architektoniczno funkcjonalnej koncepcji budynku, ogólnego schematu konstrukcyjnego i jego przeznaczenia. W zależności od tego, jaką rolę wyznacza się elementom w ogólnym układzie budynku, rozróżnia się elementy konstrukcyjne główne oraz elementy pomocnicze. Elementy konstrukcyjne główne stanowią podstawowy układ budynku dzielą się one na nośne i odgradzające. Elementy nośne przejmują działające na budynek wszelkie obciążenia i przenoszą je bezpośrednio lub za pomocą innych elementów na grunt. Elementy odgradzające (dzielące) mają za zadanie bądź to osłonić pomieszczenia znajdujące się wewnątrz budynku od wpływów zewnętrznych, bądź podzielić wnętrza na poszczególne pomieszczenia użytkowe. Niektóre elementy budowlane spełniają jednocześnie funkcje konstrukcji nośnych i odgradzających. Konstrukcje nośne stanowią najistotniejszą grupę elementów składowych każdego budynku, gdyż zarówno w czasie jego wznoszenia, jak i podczas użytkowania pozostają stale pod działaniem różnych obciążeń. W związku z tym powinny one mieć dostateczną wytrzymałość, sztywność i trwałość oraz powinny być niezawodne, bez odkształceń pod działającymi na nie obciążeniami. W zależności od przeznaczenia użytkowego rozróżnia się następujące podstawowe części konstrukcji budynku: fundamenty, ściany i podpory, stropy i dachy. Dach jest częścią budynku, która chroni wnętrze od góry przed opadami atmosferycznymi, przed wpływami zmiennych temperatur i działaniem promieni słonecznych. Ładnie skomponowany dach z całą bryłą budynku jest również elementem dekoracyjnym Stropy przede wszystkim dzielą budynek na poszczególne kondygnacje i przenoszą obciążenia użytkowe łącznie z ciężarem własnym na ściany i podpory. Poza tym wiążą i usztywniają budynek w kierunku poziomym, mają też wpływ na wystrój przestrzenny wnętrza. Stropy stanowią także przegrodę ciepłochłonną. Ściany i podpory słupowe opierają się na fundamentach i służą z jednej strony do ogólnego podziału wnętrza na pomieszczenia użytkowe, a z drugiej do przekazywania obciążenia na fundamenty z konstrukcji na nich spoczywających. Ściany zewnętrzne dodatkowo izolują pomieszczenia od wpływów atmosferycznych Fundamenty stanowią podstawę każdej budowli i służą do przekazywania obciążeń z budowli na podłoże gruntowe.

2 -2- Jak w przeszłości konstruowano domy? Konstrukcja budowli drewnianych, wznoszonych na terenie Polski, w zdecydowanej większości była wyłącznie tzw. wieńcowa. Ściany składały się z belek poziomych łączonych na węgłach i skrzyżowaniach na obłap, lub rybi ogon lub często na wymyślne konstrukcyjne połączenia. Konstrukcja szkieletowa, zwana też niemiecką ryglową przyszła do nas z zachodu i była stosowana w Wielkopolsce, Na Pomorzu i na Śląsku, często obok wieńcowej rodzimej. ściana wieńcowa Ścina ryglowa Z drewna budowano nie tylko proste wiejskie chaty, ale także okazałe dwory szlacheckie i domy mieszczańskie. Ich wykończenie jest dowodem wielkiego talentu artystycznego ówczesnych cieśli. 1. W trakcie wycieczki do skansenu zwróć uwagę na konstrukcje znajdujących się tam budowli drewnianych i zanotuj, jakie sposoby łączenia belek dominowały na danym terenie kraju. 2. Opisz jak rozumiesz pojęcia: konstrukcja wieńcowa, konstrukcja ryglowa. Wykorzystaj rysunki.

3 -3- Współczesne konstrukcje budowli W zależności od geometrycznego charakteru rozróżnia się sześć układów konstrukcyjnych budowli Układy masywne utworzone z materiałów ciężkich i masywnych Układy prętowe utworzone z elementów cienkich i długich Układy cięgnowe utworzone z wiotkich cięgien swobodnie zwisających lub napiętych Układy szkieletowe utworzone ze słupów i belek odpowiednio ze sobą połączonych Układy płytowe utworzone z poziomych i pionowych płyt Układy powierzchniowe utworzone z cienkich płyt o powierzchni płaskiej lub krzywej

4 -4- Dobór materiału W budownictwie rozróżnia się zasadniczo dwie grupy materiałów: a. podstawowe służące do wznoszenia nośnych elementów budowlanych, jak np. fundamenty, ściany, stropy, konstrukcje dachowe. b. pomocnicze używane do wznoszenia elementów budowlanych służących np. do ochrony ogniowej (drzwi, ścianki działowe), akustycznej, atmosferycznej lub do celów dekoracyjnych. Materiały stosowane w budownictwie powinny być trwałe, odznaczać się dobrymi właściwościami i muszą być pozbawione szkodliwego wpływu na zdrowie człowieka. Do podstawowych materiałów służących kształtowaniu elementów nośnych należą: drewno, stal, i stopy metali, kamienie naturalne, wyroby ceramiczne, materiały wiążące i zaprawy, betony, szkło, tworzywa sztuczne i inne. Na przedstawionym powyżej rysunku budynku mieszkalnego zaznaczono elementy nośne i pomocnicze. Nazwij i opisz każdy z nich 1. Jakie właściwości musi mieć materiał, aby można było z niego wykonać dany element? 2. Z jakich materiałów można wykonać wskazane elementy? 3. Z jakich materiałów najkorzystniej można wykonać te elementy w naszych warunkach 4. Z jakich materiałów wykonywano w przeszłości zaznaczone elementy, a z jakich wykonywać się będzie w przyszłości?

5 -5- Drewno w budownictwie W Polsce, jak wykazują badania archeologiczne, tradycje budownictwa drewnianego sięgają czasów sprzed 2,5 tys. lat, czego przykładem jest osada w Biskupinie Do zalet drewna należą: mały ciężar objętościowy, duża wytrzymałość, łatwość i szybkość obróbki, dobre właściwości izolacji cieplnej i dźwiękowej, przy stworzeniu odpowiednich warunków prawie nieograniczona trwałość. Do wad drewna należą: niejednorodność struktury i różnego rodzaju usterki w jego budowie wewnętrznej, higroskopijność, podatność na procesy gnilne podatność na niszczące działanie owadów i bakterii, łatwopalność W budownictwie najbardziej rozpowszechnione są gatunki drewna, które odznaczają się wymaganą wytrzymałością, twardością i odpornością na gnicie. Z gatunków iglastych do takich należą; sosna, jodła. świerk, a z liściastych dąb.

6 -6- Ceramika w budownictwie Ceramika, jako materiał budowlany była stosowana od stuleci do wznoszenia ścian, podpór, sklepień i innych części budowli. W zależności od przeznaczenia wyrobom ceramicznym nadawano różne kształty i wymiary. Z biegiem czasu zmieniał się wygląd wyrobów ceramicznych, zmieniała się także technologia ich produkcji. Datę pierwszego zastosowania ceramiki w budownictwie trudno jest ustalić. Na przykład cegła nie wypalana jest stosowana od ok lat, a wypalana od 3000 lat. W Polsce pierwsze ślady stosowania ceramiki w budowlach występują na przełomie X i XI wieku. Najwspanialsze budowle wzniesione z wykorzystaniem wszystkich właściwości ceramiki pochodzą sprzed 1000 lat. W średniowieczu ceramika, a głównie cegła pełna i dachówka stanowiły podstawowy materiał konstrukcyjny, który wywarł ogromny wpływ na budowle gotyckie Obecnie ceramika stanowi nadal ważny materiał konstrukcyjny stosowany do wznoszenia budynków, poczynając od fundamentów i ścian, a kończąc na zdobieniu elewacji i pokryciu dachów. Jakie elementy ceramiczne potrafisz dziś wymienić? Jakie zalety wyrobów ceramicznych decydowały dawniej, a jakie decydują obecnie o jej zastosowaniu do budowy domów?

7 -7- Konstrukcje stalowe w budownictwie Początki stosowania stali jako materiału konstrukcyjnego sięgają XVII wieku, chociaż takie elementy, jak np. gwoździe, klamry, ściągi wytwarzane z żelaza kowalnego były stosowane znacznie wcześniej. Zastosowanie stali w budownictwie na szerszą skalę przypada dopiero na XVII wiek. W tym czasie podstawowym materiałem było żeliwo. Natomiast stal jako materiał konstrukcyjny, została wprowadzona dopiero w drugiej połowie XIX wieku, z chwilą upowszechnienia wyrobów walcowanych: prętów, rur i kształtowników. Zalety stali: duża pewność konstrukcji pod względem użytkowym stosunkowo mały ciężar własny konstrukcji w porównaniu z konstrukcjami z innych materiałów konstrukcje stalowe przygotowuje się w zakładzie przemysłowym, na budowie pozostaje tylko montaż, konstrukcje stalowe mogą być rozbieralne, stal jest niezastąpiona przy wznoszeniu budowli wysokich i przykryć o dużych powierzchniach konstrukcja z prętów stalowych (wys. ok. 60 m). Pawilon USA na światowej wystawie EXPO 67 (Montreal Kanada) Wady stali: mała odporność na zmiany temperatury, wrażliwość na działanie czynników korozyjnych. W Gąbinie (woj. płockie) znajdował się maszt radiowy o wys. 643 m. Była to najwyższa budowla na świecie. Runął 8 sierpnia 1991 r. w wyniku błędu ekipy remontowej. 1. Wyjaśnij znaczenie poszczególnych właściwości stali. 2. Jakie inne metale stosuje się w budownictwie? Jakie elementy są z nich wykonane? 3. W jaki sposób łączy się konstrukcje metalowe? 4. Jakie są skutki korozji metali?

8 -8- Podstawowe materiały wiążące Spoiwa, zaprawy i różne rodzaje betonów były stosowane w prymitywnej postaci równolegle z kamieniem naturalnym i drewnem jeszcze w okresie przedhistorycznym (np. za pomocą gliny zlepiano odłamki kamieni). Później, w czasach starożytnych stosowano już zaprawy i wyprawy murarskie oparte na spoiwie wapiennym i gipsowym oraz niektóre rodzaje betonów (oczywiście w mniejszym zakresie niż to ma miejsce obecnie). Do XVII stulecia nie produkowano innych zapraw niż wapienne i gipsowe. Zasadniczy zwrot w dziedzinie stosowania spoiw, zapraw i betonów datuje się od chwili wynalezienia cementu portlandzkiego (1824 r.), spoiwa tężejącego zarówno na powietrzu, jak i w wodzie. pod koniec XIX wieku zaczęły się rozwijać podstawy naukowe technologii spoiw i betonów. W Polsce odkrycia na Wawelu części murów i rotundy z X wieku, wykopaliska w katedrze poznańskiej oraz inne relikty budownictwa murowanego wskazują, że zaprawy wapienne i gipsowe znane już były w owym czasie Obecnie spoiwa, zaprawy i betony stosowane są masowo w różnych dziedzinach budownictwa, Polska jest krajem posiadającym bogate zasoby surowców mineralnych, z których wytwarza się spoiwa o najwyższej jakości.

9 -9- Żelbet Żelbet wprowadzono do praktyki budowlanej w drugiej połowie XIX wieku. Tworzywo to powstało z dwóch różnych pod względem właściwości mechanicznych materiałów: betonu i stali. Stal zostaje rozmieszczona w elemencie betonowym tak, aby przenosiła obciążenia rozciągające (np. w stropie dołem); beton przenosi obciążenia ściskające Żelbet powstał w połowie XIX w. wyniku prób wynalazców francuskich i angielskich, spośród których najważniejszym był: J.L. LAMBOT. Powszechnie za wynalazcę żelbetu uważa się ogrodnika francuskiego Moniera, który w 1849 roku uzbroił żelazną siatką betonowe donice do drzewek pomarańczowych. Zapobiegało to pękaniu donic pod naciskiem korzeni rozrastających się roślin. W Polsce pierwszy most żelbetowy zbudowano w Krakowie na rzece Rudawce w 1891 roku (rozpiętość 17,5 m). Most Salginatobel (Szwajcaria) rozpiętość 92 m (proj. R. MAILLART) 40 kondygnacyjny biurowiec z SAO Paulo (Brazylia) ścianami nośnymi są ściany wewnętrzne. Obecnie z żelbetu wykonuje się różne rodzaje budowli, od mostów o znacznych rozpiętościach po wysokie budynki (tzw. drapacze chmur.

10 -10- Dokumentacja konstrukcyjna budynku Dokumentacja konstrukcyjna budynku składa się z części rysunkowej (rzuty, przekroje, elewacje i szczegóły konstrukcyjne) oraz części opisowej i obliczeniowej Rzuty poziome, np. piwnic, parteru, czy piętra przedstawiają rozmieszczenie pomieszczeń na danej kondygnacji. 1. wiatrołap 2. wc 3. spiżarnia 4. hal ze schodami 5. kuchnia 6. pokój dzienny 7. hal główny 8. taras 9. ogród zimowy 10. sypialnia 11. garaż 12. osłona śmietnikowa

11 -11- Siedem cudów świata Ponad 2000 lat temu Grek ANTYPATER z Sydonu opisał najbardziej efektowne budowle świata starożytnego. Obecnie nazywane jako siedem cudów świata. Minęły wieki, niektóre z nich zniszczył czas, inne strawił ogień lub zburzyło trzęsienie ziemi. Tylko piramidy przetrwały do dnia dzisiejszego. 1. Wskaż na mapie historycznej miejsca, w których powstały te budowle. 2. Uzasadnij fakt umieszczenia ich na liście siedmiu cudów świata. Jakie pełniły funkcje? Dlaczego je zbudowano? 3. Jakie rozwiązania techniczne tu zastosowano?

12 . -12-