Temat: Wielkość i kształt budynku oraz jego elementy konstrukcyjne

-1Temat: 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,
Stropy przede wszystkim dzielą
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
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-
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-
Współczesne konstrukcje budowli
W zależności od geometrycznego charakteru rozróżnia się sześć układów konstrukcyjnych budowli
Układy masywne utworzone z
materiałów ciężkich i masywnych
Układy cięgnowe utworzone z wiotkich
cięgien swobodnie zwisających lub napiętych
Układy płytowe utworzone z
poziomych i pionowych płyt
Układy prętowe utworzone z elementów
cienkich i długich
Układy szkieletowe utworzone ze
słupów i belek odpowiednio ze sobą
połączonych
Układy powierzchniowe utworzone z
cienkich płyt o powierzchni płaskiej lub
krzywej
-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.
2.
3.
4.
Jakie właściwości musi mieć materiał, aby można było z niego wykonać dany element?
Z jakich materiałów można wykonać wskazane elementy?
Z jakich materiałów najkorzystniej można wykonać te elementy w naszych warunkach
Z jakich materiałów wykonywano w przeszłości zaznaczone elementy, a z jakich wykonywać się będzie
w przyszłości?
-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-
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. 8000 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-
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.
1.
2.
3.
4.
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.
Wyjaśnij znaczenie poszczególnych właściwości stali.
Jakie inne metale stosuje się w budownictwie? Jakie elementy są z nich wykonane?
W jaki sposób łączy się konstrukcje metalowe?
Jakie są skutki korozji metali?
-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-
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-
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-
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.