Внешние элементы играют значительную роль в достижении архитектурной выразительности быстровозводимых зданий и включают в себя различные навесные и выступающие конструкции, которые крепятся к основному несущему каркасу-колоннам, перекрытиям, балкам и т. д.
Балконы и навесы
Наиболее распространенными типами внешних элементов быстровозводимых зданий являются балконы и навесы. Балконы могут быть организованы в здании несколькими способами:
Несущие конструкции остекления
Современные фасадные системы остекления предоставляют много возможностей для достижения архитектурной выразительности. Наиболее часто их используют в демонстрационных стенах-витринах, высоких стенах входных групп, атриумах и других подобных случаях, где необходимо повышенное естественное освещение и визуальная просматриваемость внутреннего или внешнего пространства. Несущие конструкции остекления должны иметь достаточную несущую способность для восприятия нагрузки от ветра и собственного веса конструкций с последующей передачей на основной каркас, а также значительную жесткость. Несущие конструкции фасадных систем обычно делят на следующие типы:
-однопоясные вантовые фермы, в которых предварительно напряженный растянутый пояс находится с внутренней стороны фасада – до 15 метров;
-двухпоясные вантовые фермы, в которых предварительно напряженные растянутые пояса находятся с обеих сторон фасада – до 18 метров.
Легкие стальные конструкции заполнения внешних стен
Для крепления ограждающих конструкций стен, перегородок или фасадного остекления многоэтажных быстровозводимых зданий используются подсистемы каркасов с применением стальных холодногнутых профилей. Кроме собственного веса навесных конструкций фасадов в пределах одного этажа, каркасные стены предназначены для восприятия и передачи на основной каркас горизонтальных ветровых нагрузок. Типичное применение легких гнутых профилей для крепления ограждающих конструкций показано на рис.
Второстепенные несущие элементы
Второстепенные несущие элементы, такие как прогоны кровли, стен и связи, в каркасных зданиях могут выполняться из тонкостенных стальных гнутых профилей. При этом в качестве прогонов кровли, как правило, применяются Z-подобные профили ЛСТК, а в качестве прогонов крепления конструкций стенового ограждения С-профили. Пролет прогонов ограждения равен шагу между основными поперечными рамами каркаса и обычно составляет 4-7,5 м. Тонкостенные прогоны наиболее эффективны при укладке по двухпролетной схеме. Шаг прогонов обычно составляет 1,8-3 м и зависит от нагрузок и несущей способности ограждающих конструкций, которые на них монтируются. В табл. приведены приблизительные сечения прогонов вертикальных стен и плоской кровли одноэтажного здания при шаге прогонов 1,8 м. Данные рассчитаны для характеристической снеговой нагрузки 1 кН/м2 и ветровой нагрузки 0,7 кН/м 2 при сроке капитальности 20 лет. Второстепенные элементы, кроме непосредственного восприятия и перераспределения нагрузки, также косвенно участвуют в повышении жесткости всего здания и улучшении работы основных несущих конструкций. Кроме того, из легких гнутых профилей могут быть организованы системы вертикальных и горизонтальных связей каркаса.
Консоли
Консольные, далеко выступающие элементы являются одним из наиболее весомых архитектурных преимуществ, которые дает применение стальных конструкций. Длинные консоли создают сильный визуальный эффект и зачастую поражают восприятие, привыкшее к вертикально направленной организации быстровозводимых зданий. Для консольных конструкций критическими являются прогибы свободного края и изгибающий момент в защемлении. Как правило, из-за этого строительная высота несущих конструкций консолей принимается около 1/8 вылета, который они обеспечивают.
Для значительных вылетов применяются решетчатые консольные конструкции высотой в один или несколько этажей, что позволяет организовать функциональное пространство внутри самой консольной несущей конструкции, лишь несколько потеряв на визуально видимых раскосах в стенах. Следует помнить, что соединение консолей с основной несущей конструкцией является жестким и сообщает ей значительный изгибающий момент. Такие конструкции сильно чувствительны к вертикальным силовым воздействиям. Поэтому применение консолей, равно как сильно выступающих балконов, в зданиях очень сильно ограничено при возможном наличии сейсмических нагрузок. Тонкие, например, солнцезащитные консольные конструкции навесов и козырьков также подвержены риску разрушения вследствие резонанса при ветровых пульсациях.