Строительный разрез, основанный на планах, не только обеспечивает визуальное представление всех конструкций в разрезе, но также является инструментом для иллюстрации распределения нагрузок. Рассмотрим схематичный разрез, произведенный с плана, где присутствует внутренняя несущая стена, разделяющая дом на две части. Обычный план с центральной несущей стеной создает два конструктивных пролета, перекрываемых конструкциями. Дополнительно, на втором этаже расположен еще один уровень перекрытий, включая чердак. Вершит разрез двускатная симметричная крыша. Все несущие стены поддерживаются ленточным фундаментом.
Для сравнения представим разрез того же дома, но без внутренней несущей стены. Применяется принцип статического расчета конструкций (СБКС). Это позволяет классифицировать конструкции на вертикальные (несущие) и горизонтальные (несомые). К первой группе относятся все несущие стены, ко второй — перекрытия и скаты крыши. Принцип работы заключается в передаче нагрузки от горизонтальных конструкций через вертикальные, включая фундамент, на грунт. Нагрузка от горизонтальных конструкций формируется из собственного веса (постоянная нагрузка) и веса мебели, людей, снега и прочего (временная нагрузка). Временные нагрузки определяются в наихудших условиях и увеличиваются с запасом прочности. Важно учесть, что снеговая нагрузка является значительной в данном климате, и ее распределение на крыше не всегда равномерно. Снег часто сдувается ветром к коньку крыши, создавая снеговой мешок и увеличивая нагрузку в этой области.
При этом распределенная нагрузка становится сосредоточенной, смещаясь к коньку. Это место, подверженное образованию снегового мешка, требует дополнительного расчета размеров стропил и укосины. Уклоны крыши добавляют сложности, так как направление нагрузки от снега становится нечётко вертикальным, влияя на боковое давление на стены. В случае каменного дома, который слабо сопротивляется растяжению, важно предусмотреть монолитный железобетонный пояс под низом крыши, стабилизирующий стены дома.
Продвинемся дальше по схеме. Чердачное перекрытие в одном конструктивном пролете имеет две точки опоры: на наружную стену и на внутреннюю. В отличие от ската крыши, перекрытие наклона не имеет, а значит, все нагрузки действуют на него строго вертикально. Кроме того, такого сильного перераспределения нагрузки, как со снегом, не будет. Это значит, что постоянную и временную нагрузку можно объединить в сосредоточенную, которая будет действовать строго посередине конструктивного пролета. В этом месте возникнет максимальный момент силы, и оно требует расчета размеров сечения чердачного перекрытия.
Теперь о несущих стенах. Если перекрытие имеет две точки опоры, то наружная стена получит полку опоры перекрытия только с одной стороны, а внутренняя — с двух. Нетрудно догадаться, что внутренняя стена из-за этого будет испытывать двойную нагрузку. Поэтому ее толщине и материалу всегда уделяется больше внимания. Фундамент под такой стеной тем более требует расчета.
Межэтажное перекрытие в нашем случае идентично чердачному, поэтому картина нагрузок здесь будет такой же. Что же изменится для конструкции пола первого этажа? Если под домом предусмотреть подвал или цокольный этаж, то ничего не изменится — максимальный момент силы окажется посередине пролета. Но если плиту пола устраивать по грунту, то она будет работать как балка на упругом основании и равномерно распределять нагрузку на грунт под собой.
Посмотрим на конструкции фундамента. Все вышележащие конструкции опираются на него, а он, в свою очередь, на грунт основания. Задача подземной конструкции — не воспринять вес надземных конструкций, а передать нагрузку от них на грунт основания таким образом, чтобы площадь опоры фундамента оказалась достаточной для сопротивления грунта этому весу.
Если представить это в виде уравнения: сопротивление грунта должно быть больше отношения нагрузки веса дома к площади подошвы фундамента. Если сопротивление грунта окажется меньше, то его просто продавит весом дома. Сопротивление грунта — это показатель, который высчитывается на основе отчета о геологических изысканиях. Нагрузка от дома — это сумма всех постоянных и временных нагрузок. Площадь подошвы фундамента — его геометрические размеры в плане.
Я специально дал разрез того же дома без внутренней несущей стены. Обратите внимание на изменение картины распределения нагрузок. При увеличении конструктивных пролетов в два раза увеличились все моменты силы. Крыша потеряла промежуточные опоры. И теперь воспринимает вес снега только своей конструкцией. Поэтому от древесины придется отказаться в конструкции крыши в пользу металла. Все нагрузки стали распределяться только по наружным стенам. В результате распор стен стал чудовищно большим. В этом случае сечения горизонтальных конструкций должны вырасти в среднем в два раза. Их вес также увеличивается. И увеличивается общая нагрузка на фундамент. Грунт с ней не справится, и потребуется увеличить площадь подошвы фундамента, а значит, и всю его конструкцию. Стоимость строительства этого варианта будет в разы больше первого. Примерно так мыслит инженер, анализируя эскизы архитектора. Многие архитекторы не учитывают особенностей работы конструкций. Безусловно, эта информация изучается ими в вузе, но практически сразу забывается, когда в приоритете творческий подход в проектах. Нереальные размеры конструкций, большие пролеты и вылеты конструкций, отсутствие опор и тонкие стены — все это часто сопровождает даже очень талантливые проекты частных жилых домов.
