Конструктивная схема кирпичного здания: Конструктивные схемы зданий - Строительство зданий - Стройматериалы в Иркутске

Конструктивные схемы зданий — Строительство зданий

Конструктивные схемы зданий

Основными несущими элементами зданий являются фундаменты, стены, отдельные опоры, элементы перекрытий и покрытий, составляющие несущий остов здания. Совокупность элементе несущего остова должна обеспечивать восприятие всех нагрузок, воздействующих на здание, и передачу их на основание, а также пространственную неизменяемость (жесткость) и устойчивость зданий.

По конструктивной схеме несущего остова здания подразделяются на бескаркасные, каркасные и с неполным каркасом. В бескаркасных зданиях основными вертикальными несущими элементами являются стены, в каркасных — отдельные опоры (колонны, столбы), в зданиях с неполным каркасом — и стены и отдельные опоры.

Бескаркасные здания получили широкое распространение в гражданском .одноэтажном, малоэтажном и многоэтажном строительстве. Имеются примеры возведения бескаркасных жилых зданий высотой в 25 этажей.

Бескаркасные здания встречаются также в одноэтажном и малоэтажном промышленном строительстве.

Несущий остов таких зданий, состоящий из несущих стен и перекрытий, представляет собой как бы коробку, пространственная жесткость которой создается совместной работой стен и дисков перекрытий.

Рис. 1. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольными несущими стенами, б — с поперечными несущими стенами, в — с поперечными и продольными несущими стенами

Бескаркасные здания могут возводиться с продольными несущими стенами. Поперечные стены в таких зданиях устраивают только в лестничных клетках, а также в промежутках между ними для придания большей устойчивости продольным стенам и, в тех местах, где должны; проходить дымовые и вентиляционные каналы. Ширина гражданских зданий обычно не превышает целесообразные величины пролетов констструкций перекрытий. В таких зданиях, помимо наружных несущих продольных стен, приходится возводить внутренние несущие продольные, стены.

Гражданские бескаркасные здания часто возводят и с поперечными несущими стенами. В таких зданиях продольные наружные стены являются самонесущими. При возведении таких зданий из сборных железобетонных конструкций (панельных) поперечные несущие стены выполняются из железобетонных панелей, а ограждающие наружные стены — из легких панелей.

Возводятся также бескаркасные здания, где несущими являются как поперечные, так и продольные стены. В таких зданиях панели перекрытий размером на комнату опираются всеми четырьмя сторонами на поперечные и продольные стены.

Здания с неполным каркасом вместо внутренних продольных и внутренних поперечных стен, на которые должны опираться конструкции перекрытий, имеют отдельные опоры в виде столбов или колонн. На колонны в продольном или поперечном направлении укладывают прогоны, служащие опорами для плит перекрытий.

Каркасными в большинстве случаев строят одноэтажные, малоэтажные и многоэтажные промышленные здания, а также многоэтажные гражданские здания.

Ряд малоэтажных гражданских зданий возводят также в каркасных конструкциях.

Рис. 2. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольными прогонами, б — с поперечными прогонами; 1 — прогон, 2 — колонна

Несущий остов таких зданий состоит из колонн и горизонтальных ригелей, выполняемых в виде балок или ферм. Колонны и жестко или шарнирно скрепленные с ними ригели образуют рамы. В многоэтажных зданиях ригели иногда располагают в продольном направлении. При применении в многоэтажных зданиях безбалочных перекрытий ригелем рамы является безбалочная плита, жестко связанная с капителями колонн.

Рис. 3. Конструктивные схемы каркасных здачий: а — с самонесущими стенами, б — с несущими навесными стенами

Наружные стены каркасных зданий, выполняющие ограждающие функции, являются самонесущими или ненесущими, навесными. Самонесущие стены в этом случае опираются на фундаменты или фундаментные балки, ненесущие стены в каждом этаже — на бортовые балки или ригели рам (при продольном расположении ригелей), а навесные стены навешиваются на наружные колонны каркаса.

—

Несущие элементы здания в совокупности образуют пространственную систему, называемую его несущим остовом. Несущий остов должен иметь достаточную прочность и обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, тогда как ограждающие конструкции должны обладать стойкостью против атмосферных и других физико-химических воздействий, а также достаточными тепло- и звукоизоляционными свойствами.

В зависимости от вида несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий — бескаркасную (с несущими стенами) икаркасную.

Остов бескаркасных одноэтажных и многоэтажных зданий с несущими наружными и внутренними (продольными или поперечными) стенами представляет собой коробку, пространственная жесткость которой обеспечивается перекрытиями и стенами, образующими жесткие горизонтальные и вертикальные диафрагмы. Устойчивость такого несущего остова зависит от надежности связи между стенами и перекрытиями, их жесткости и устойчивости.

В каркасных зданиях все нагрузки воспринимаются системой стоек (колонн), которые вместе с горизонтальными элементами (прогонами, ригелями) образуют каркас. Каркасные схемы зданий бывают с полным и неполным каркасами. Каркас называют полным, если его вертикальные элементы расположены как по периметру наружных стен, так и внутри здания.

Возможна схема с несущими наружными стенами и внутренним каркасом, колонны которого заменяют внутренние несущие стены. Такие каркасы называют неполными. Устойчивость наружных стен в зданиях с неполным каркасом обеспечивают в основном элементы каркаса и перекрытия. Такую конструктивную схему применяют в многоэтажных гражданских и промышленных зданиях при отсутствии значительных динамических нагрузок.

Расстояние между колоннами каркаса в продольном направлении (вдоль оси здания) называется шагом колонн, в поперечном — пролетом. Размеры пролетов и шага колонн принято называть сеткой колонн. Одноэтажные каркасные здания широко применяют в промышленном и сельскохозяйственном строительстве. Такие здания состоят из железобетонного (стального) каркаса, стен и покрытия. Каркас состоит из вертикальных элементов — колонн и горизонтальных — ригелей, балок й ферм. По балкам или фермам укладывают плиты покрытия, выполняют кровлю, а в необходимых случаях устраивают световые или аэрациониые фонари.

Рис. 4. Одноэтажные промышленные и сельскохозяйственные здания
а — промышленное здание с мостовыми кранами: б — сельскохозяйственное здание с несущими стенами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — покрытие; 4— подкрановая балка

Каркас воспринимает все внешние нагрузки от покрытия и массы конструкций каркаса, вертикальные и горизонтальные крановые нагрузки’, а также горизонтальные нагрузки от ветра, воздействующего на стены.

В зданиях сельскохозяйственного назначения используют в основном каркасы из железобетонных конструкций.

В промышленных зданиях при пролетах 30 м и более каркас делают смешанным: колонны железобетонные, а фермы стальные.

Многоэтажные промышленные здания каркасного типа широко распространены в легкой, пищевой, химической, приборостроительной, электротехнической промышленности и аналогичных производствах.

Каркас зданий состоит из колонн и ригелей, образующих многоярусные рамы с жесткими узлами. Рамы располагают поперек здания, а в продольном направлении устойчивость здания обеспечивают стальными связями, которые устанавливают по каждому продольному ряду колонн в середине температурных отсеков. Число пролетов в каркасах бывает различным — от одного до трех-четырех, а иногда и больше. Размеры пролетов 6, 9 и 12 м. Верхние этажи шириной 12 и 18 м перекрывают стропильными балками или фермами и плитами аналогично покрытиям одноэтажных зданий. Этажи могут иметь высоту 3,6—7,2 м с градацией размеров через 0,6 м.

Стены выполняют из панелей или кирпичной кладки.

Рис. 5. Схема многоэтажного промышленного здания каркасного типа
1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — ригель; 4 — связь; 5 — балка покрытия; 6 — плита покрытия; 7 — стеновая панель

Многоэтажные гражданские здания сооружают трех типов: кар-касно-панельными, бескаркасно-панельными и с несущими кирпичными стенами. Каркасно-панельные здания состоят из каркаса, плит перекрытий и покрытий, перегородок и панелей стен (рис. 22). Пролеты каркасов зданий приняты 5,6 и 6 м. Шаг колонн вдоль здания 3,2 и 3,6 м. Высота этажа в гражданских зданиях зависит от назначения зданий и принимают ее равной (м): 2,8 — для жилых домов и гостиниц; 3,3 — для административных зданий, учебных заведений, торговых предприятий; 3,6 и 4,2 — для зданий специального назначения (конструкторские бюро, лаборатории).

Широкое распространение, особенно в жилищном строительстве, получили бескаркасные крупнопанельные здания.

Пятиэтажные жилые дома и здания гостиничного типа строят с несущими наружными и внутренними поперечными и продольными перегородками, с самонесущими наружными стенами и несущими поперечными перегородками (рис. 23, б), а также с несущими наружными и внутренними стенами. Последнее решение допускает более свободную внутреннюю планировку зданий.

Панели несущих наружных стен изготовляют сплошными из бетонов на легких заполнителях, а при самонесущих стенах — также из двух- и трехслойных железобетонных панелей с утеплителем из минераловатных плит. Длина панелей наружных стен равна шагу поперечных панельных стен-перегородок и для различных зданий в зависимости от их типа бывает 2,5; 2,8; 3,2; 3,6 и 6 м, а длина панелей поперечных стен для различных типов зданий — 5,2; 5,6 и 6 м. Панели внутренних поперечных и продольных стен имеют толщину 14 и 16 см.

Междуэтажные перекрытия панельных зданий выполняют из панелей с различным опиранием в зависимости от расположения несущих стен (перегородок).

В настоящее время интенсивно развивается строительство панельных бескаркасных зданий высотой 12, 16 этажей и более. Конструктивное решение таких зданий имеет свою специфику и отличается от решения бескаркасных пятиэтажных зданий. Несущими элементами этих зданий являются поперечные стены, а наружные стены навесные. Толщина железобетонных панелей поперечных стен 16 см, внутренних продольных 14 см, наружных (сплошных керамзитобетонных) 30 см.

Рис. 6. Схемы многоэтажных гражданских зданий
а — с поперечными рамами каркаса; б — с пространственными рамами; в — с продольными рамами; г — с неполным каркасом (продольные рамы и несущие наружные панельные или кирпичные стены)

Рис. 7. Конируюивные схемы панельных бескаркасных зданий

Дальнейшим развитием крупнопанельного домостроения явились разработка и внедрение в практику жилищного строительства объемных железобетонных элементов, которые могут быть собраны из отдельных плоских панелей в порядке укрупнительной заводской сборки или изготовлены на заводе в виде цельного объемного элемента.

Читать далее:
Полы в здании
Каркасы многоэтажных зданий
Естественные и искусственные основания
Классификация зданий
Конструкции лестниц
Общие сведения о лестницах и лифтах
Ворота производственных и складских зданий
Двери гражданских и промышленных зданий
Окна гражданских и промышленных зданий
Заполнение оконных, дверных и воротных проемов

Конструктивные схемы зданий и сооружений

Эффективная эксплуатация зданий, т. е. постоянный квалифицированный уход за ними, периодическая оценка их технического состояния (диагностика повреждений) и предупреждение начала развития повреждений, своевременное проведение профилактического и восстановительного ремонтов возможны только при знании конструкций сооружения, особенностей его устройства и работы, эксплуатационных требований и степени их фактического удовлетворения, умении выявить уязвимые места, с которых возможно начало развития повреждений, и др. Именно поэтому работники эксплуатационной службы должны тщательно изучать проект здания; если же оно строится, то в ходе строительства они контролируют качество выполнения всех работ, изучают полученные от строителей исполнительные чертежи и инструкцию по эксплуатации здания, ведут на каждом сооружении паспорт, журнал учета технического состояния (ЖТС) и другие документы, необходимые в процессе эксплуатации зданий и сооружений.

Несмотря на большие отличия зданий различного назначения, обусловленные происходящими в них процессами, все они состоят из ограниченного числа конструктивных элементов, выполняющих в любых сооружениях одни и те же функции. Это основания, фундаменты, стены или каркас, крыша или покрытие, перекрытия, перегородки, лестницы, а также наружные элементы —- входные площадки, балконы, световые галереи или приямки у окон подвалов и др. Конструктивные схемы зданий различного назначения также являются общими: одно-, двух-, трех- и многопролетные. Однако их конкретное конструктивное осуществление может быть отличным в гражданских и производственных зданиях, что вызывается их размерами в плане и по высоте, нагрузками и др.

Сочетание основных несущих элементов фундаментов, стен, опор, ригелей, перекрытий и покрытий можно свести в четыре основных конструктивных схемы (рис. 1.2):

с продольными несущими стенами;

с поперечными несущими стенами или смешанная— с продольными и поперечными стенами; с полным каркасом— каркасная; с неполным каркасом.

Рис. 1.2. Конструктивные схемы зданий
а — с продольными несущими стенами; б — с поперечными несущими стенами; и — с общим каркасом; г — с внутренним несущим каркасом

В конструктивной схеме с продольным несущими стенами нагрузки от крыши и перекрытий на фундаменты и основания передают продольные стены. Они являются определяющими конструктивными элементами в обеспечении устойчивости здания, которая дополняется жесткостью и надежной связью с их перекрытиями, при заанкеривании перекрытий в стены, а также связью продольных стен с лестничными клетками, с внутренними связевыми стенами. Толщина и свободная длина стен определяются расчетом прочности, устойчивости и теплозащитных качеств. Число продольных стен может быть от двух до четырех и более в зависимости от назначения и планировки здания. Стены могут быть кирпичными, блочными, крупнопанельными, причем высота зданий с таким остовом не должна превышать девяти этажей.

При конструктивной схеме здания с поперечными несущими стенами пространственную жесткость и нагрузки от вышележащих частей на фундамент и основание передают поперечные внутренние стены, усиленные в случае необходимости увеличения жесткости и устойчивости перекрытиями, лестничными клетками, наружными продольными стенами. Главное преимущество такой схемы в том, что внутренние несущие стены, в отличие от наружных, не должны обладать теплозащитными качествами и поэтому могут быть возведены из высокопрочного материала, например железобетона, при малом его расходе. При этом продольные наружные стены как ненесущие могут быть выполнены только для обеспечения теплозащиты, т. е. из малопрочного теплоизоляционного материала, что также весьма целесообразно. При такой схеме лишь торцевые стены выполняют несущие и ограждающие функции. Схема с поперечными несущими стенами принимается при проектировании как малоэтажных, так и зданий повышенной этажности. Чем больше этажность, тем меньше должен быть шаг поперечных стен, придающих устойчивость всему зданию.

На практике часто осуществляется смешанная конструктивная схема, в которой несущими являются как продольные, так и поперечные стены.

Каркасная схема (рис. 1.2, в) представляет собой систему, состоящую из фундаментов, колонн, горизонтальных элементов — ригелей, балок, перекрытий и связей жесткости. Пространственная жесткость здания с такой схемой определяется либо жесткой связью вертикальных и горизонтальных элементов, либо установкой специальных элементов связи, воспринимающих горизонтальные нагрузки, действующие на здание.

Главное преимущество каркасной схемы состоит в том, что каркас воспринимает все виды нагрузок, а стены выполняют лишь функции ограждения, что позволяет рационально использовать для них наиболее эффективные строительные материалы: для каркаса — металл или железобетон, для стен — материалы с высокими теплозащитными качествами, например легкий бетон, слоистые конструкции.

Каркасная схема широко применяется в производственных зданиях с большими пролетами и значительными крановыми нагрузками. Здания повышенной этажности жилого и служебного назначения также возводятся каркасными; их конструктивные элементы могут быть полностью унифицированы, что обеспечивает высокую индустриальность их возведения.
В зданиях с каркасной схемой можно легко менять внутреннюю планировку путем перестановки перегородок, что намного продлевает моральную долговечность таких зданий.

Широко применяется также схема с неполным, или внутренним каркасом (рис. 1.2,г), который представляет собой систему, состоящую из фундаментов, продольных наружных стен, одного или нескольких продольных рядов внутренних колонн, связанных ригелями, перекрытиями и покрытием. Пространственная жесткость и устойчивость такой схемы обеспечивается жесткой связью колонн с фундаментами, поперечными стенами связи, лестничными клетками, перекрытиями и покрытием.
В зданиях с неполным или внутренним каркасом планировка в значительной мере может быть достигнута посредством легких перегородок, которые при необходимости могут быть переставлены соответственно новому назначению здания, т. е. здания с такой схемой модернизируются с меньшими затратами, чем здания с несущими продольными и поперечными стенами.
Конструктивные схемы и типы несущих конструкций заглубленных сооружений приведены на рис. 1.3.

Рис 1.3. Конструктивные схемы заглубленных сооружений (а) и их конструкции: сборные (6), сборно-монолитные (в) и монолитные (г) 1 — наружная гидроизоляция

При проектировании зданий, в частности при выборе их несущей конструктивной схемы, исследуют все факторы, характеризующие строительство объекта: назначение и размеры здания в плане и по высоте, возможности производственной базы, климатические, гидрогеологические и другие (в том числе и долговечность) факторы, а также возможности модернизации при изменении технологического процесса.

Общим требованием к упомянутым трем типам зданий и сооружений при использовании любой из указанных выше несущих конструктивных схем является максимальное внедрение заводских методов домостроения. Каждая из таких схем допускает высокую степень индустриальности и может быть полностью реализована при строительстве любого из трех типов сооружений. Строительство по индивидуальным проектам ведется только в порядке исключения.

	ПРОДОЛЖЕНИЕ >>>

14. Конструктивные схемы кирпичных и панельных зданий. Основные конструктивные элементы.

По материалу и технологии создания несущих конструкций все дома (особенно это касается современных построек) принято разделять на три группы:

— кирпичные,

— монолитные и монолитно-кирпичные,

— сборно-железобетонные (блочные и панельные).

Кирпичные домавстречаются как на вторичном рынке, так и среди новостроек. Этот материал считается наиболее экологически чистым и хорошо сохраняющим тепло. Дома из него традиционно более престижны, чем из ж/б панелей. К тому же возведение стен из таких небольших элементов, как кирпичи, открывает широкие возможности для создания индивидуальных архитектурных решений дома.

Конструктивные элементы монолитно-каркасногодома рождаются прямо на строительной площадке. В специальные формы (опалубки) с каркасом из металлической арматуры заливается бетон. Когда он застывает, опалубку либо снимают, либо, если по проекту она является частью конструкции дома, оставляют. Монолитным способом может возводиться как дом целиком, так и только его несущие конструкции. В последнем случае внешние стены или перегородки выполняются из кирпича (монолитно-кирпичные дома) или пеноблоков. Внешние стены трехслойные (бетон — утеплитель — бетон), а в монолитно-кирпичных они выполняются из кирпича или пенобетонных блоков с дополнительным наружным утеплением и навесным вентилируемым фасадом. Внутренние стены и перегородки могут быть бетонными, но чаще их возводят из кирпича или пенобетонных блоков. Основное преимущество монолитных домов — возможность создавать помещения любой планировки, в том числе обширные жилые пространства без перегородок. К тому же монолитные конструкции практически не имеют швов в стыках, а значит, и щелей на месте неплотно прилегающих плит. В таких домах зимой теплее, а летом прохладнее, чем в панельных. Еще одна важная «мелочь»: по мере естественного оседания грунта в первые годы существования монолитного дома его стены не перекашиваются и не трескаются, как это бывает с панельными зданиями. Есть у монолита и минусы: для возведения стен на месте нужно очень тщательно соблюдать температурные и влажностные требования — от этого зависит время затвердевания бетона и прочность будущей конструкции. Подводные камни в виде пустот в стенах и крошащейся поверхности особенно часто встречаются в монолитных домах, которые возводились зимой, при низких температурах. К тому же монолитные внутренние стены и перегородки делают практически невозможной дальнейшую перепланировку. Именно поэтому наибольшее распространение получили монолитно-кирпичные дома.

Конструктивные элементы панельных домов— отдельные панели — производятся из железобетона или облегченного бетона на стальной арматуре. Несущие стены состоят из панелей высотой в этаж, перекрытия — из железобетонных панелей, габариты которых определяют размеры комнат. Для обеспечения устойчивости конструкции панели соединяют друг с другом при помощи металлических креплений; стержни жесткости здания проходят через сантехнические помещения или лифтовые шахты. Стеновые панели в основном несущие — на них опираются плиты перекрытий. Возможен также вариант несущего каркаса и навесных внешних панелей.

Панели для наружных стен трехслойные — железобетон (или керамзитобетон), утеплитель, бетон. В качестве утеплителя используются минеральная вата, пенополистирол и др. Толщина трехслойных панелей составляет 140-350 мм (в домах серии «Бекерон» — 400-500 мм). Для некоторых серий домов (например, П-44Т) в качестве дополнительной тепло- и звукоизоляции используется металлизированная пленка. Более современный вариант — сэндвич-панели (ж/б, трехслойные, обшитые сверху антикоррозийным покрытием). Для заделки стыков применяются современные силиконовые герметики, а наружные поверхности облицовываются декоративным кирпичом, плиткой или минеральной крошкой. Несущие стены также железобетонные (толщина 140-180 мм), в один слой, а перегородки (их толщина составляет 80 мм) могут быть гипсобетонными, кирпичными, из пеноблоков и других материалов. Выпускаются железобетонные панели для стен самого разного размера. Стандартные панели можно монтировать по-разному, и планировочные решения квартир даже в рамках одной и той же серии могут не совпадать с теми, что заложены в проектном плане, Панельное домостроение позволяет возводить многоэтажные дома (до 24 этажей), с одно-, двух-, трех- и четырехкомнатными квартирами довольно разнообразной планировки. Панельные дома одни из наиболее быстровозводимых (современные серии строятся со скоростью один этаж за три дня). Использование стандартных конструкций и высокая скорость сооружения значительно удешевляют строительство таких домов в целом, а значит, снижается стоимость конкретных квартир. Недостатки квартир в панельных домах — следствие скоростного строительства: неточно пригнанные стыки между панелями (проще говоря, дыры в углах комнат и внешних стенах), кривизна стен, плохая звукоизоляция. Кроме того, в панельных домах сложно осуществлять перепланировку квартир (это связано с привязкой жесткости конструкции таких домов к несущим стенам и размерами плит перекрытий).

Конструктивные схемы здании

Категория: Материалы для строительства

Конструктивные схемы здании

Несущие элементы здания в совокупности образуют пространственную систему, называемую его несущим остовом. Несущий остов должен иметь достаточную прочность и обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость здания, тогда кйк ограждающие конструкции должны обладать стойкостью против атмосферных и других физико-химических воздействий, а также достаточными тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Одноэтажные каркасные здания. Каркас одноэтажного промышленного здания состоит из железобетонных или стальных колонн, образующих вместе с несущими конструкциями покрытия поперечные рамы, и разного рода продольных элементов — фундаментных, обвязочных и подкрановых балок, подстропильных ферм, а также различного рода связей, которые придают каркасу в целом и отдельным элементам пространственную жесткость и устойчивость. Расстояние между колоннами каркаса в продольном направлении (вдоль оси здания) называется шагом колонн,в поперечном — пролетом. Размеры пролетов и шага колонн принято называть сеткой колонн. Одноэтажные каркасные здания широко применяют в промышленном (рис. 1, а) и сельскохозяйственном строительстве (рис. 1, б). Такие здания состоят из железобетонного (стального) каркаса, стен и покрытия. Каркас состоит из вертикальных элементов — колонн и горизонтальных — ригелей, балок и ферм. По балкам или фермам укладывают плиты покрытия, выполняют кровлю, а в необходимых случаях устраивают световые или аэрационные фонари.

Рис. 1. Одноэтажные промышленные и сельскохозяйственные здания а — промышленное здание с мостовыми кранами; б —сельскохозяйственное здание с несущими стенами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — покрытие; 4 — подкрановая балка

Каркас воспринимает все внешние нагрузки от покрытия и массы конструкций каркаса, вертикальные и горизонтальные крановые нагрузки, а также горизонтальные нагрузки от ветра, воздействующего на стены.

В зданиях сельскохозяйственного назначения используют в основном каркасы из железобетонных конструкций.

Многоэтажные промышленные здания каркасного типа (рис. 21) широко распространены в легкой, пищевой, химической, приборостроительной, электротехнической промышленности и аналогичных производствах.

Рис. 2. Схема многоэтажного промышленного здания каркасного типа 1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — ригель; 4 — связь; 5 — балка покрытия; 6 — плита покрытия; 7 — стеновая панель

Каркас зданий состоит из колонн и ригелей, образующих многоярусные рамы с жесткими узлами. Рамы располагают поперек здания, а в продольном направлении устойчивость здания обеспечивают стальными связями, которые устанавливают по каждому продольному ряду колонн в середине температурных отсеков. Число пролетов в каркасах бывает различным — от одного до грехче тырех, а иногда и больше. Размеры пролетов 6, 9 и 12 м. Верхние этажи шириной 12 и 18 м перекрывают стропильными балками или фермами и плитами аналогично покрытиям одноэтажных зданий. Этажи могут иметь высоту 3,6—7,2 м с градацией размеров через 0,6 м. Стены выполняют из панелей или кирпичной кладки.

Многоэтажные гражданские здания сооружают трех типов: каркасно-панельными, бескаркасно-панельными и с несущими кирпичными стенами. Каркасно-панельные здания состоят из каркаса, плит перекрытий и покрытий, перегородок и панелей стен (рис. 3). Пролеты каркасов зданий приняты 5,6 и 6 м. Шаг колонн вдоль здания 3,2 и 3,6 м. Высота этажа в гражданских зданиях зависит от назначения зданий и принимают ее равной (м): 2,8 — для жилых домов и гостиниц; 3,3 — для административных зданий, учебных заведений, торговых предприятий; 3,6 и 4,2 — для зданий специального назначения (конструкторские бюро, лаборатории).

Широкое распространение, особенно в жилищном строительстве, получили бескаркасные крупнопанельные здания.

Пятиэтажные жилые дома и здания гостиничного типа строят с несущими наружными и внутренними поперечными и продольными перегородками (рис. 4, а), с самонесущими наружными стенами и несущими поперечными перегородками (рис. 4, б), а также с несущими наружными и внутренними стенами (рис. 4, в). Последнее решение допускает более свободную внутреннюю планировку зданий.

Панели несущих наружных стен изготовляют сплошными из бетонов на легких заполнителях, а при самонесущих стенах — также из дву

Материалы для строительства — Конструктивные схемы здании

С продольными и поперечными несущими. Определение несущей стены в доме, ее толщина, отличие от перегородки

Приступать к разработке планировки квартиры нужно с точного определения несущих стен. Они, как известно, не подлежат демонтажу: если убрать главные стены, тогда здание может разрушиться. Также учтите, что при перепланировке основных стен вам понадобится заказывать новый проект в соответствующей инстанции и согласовывать его с проектировщиком данного строения. Однако в последнее время на просторах интернета появляются множество вариантов перепланированных помещений, где авторы проекта достаточно легко демонтируют несущие стены, не обращая внимания на противозаконность таких решений и обрушение здания. Мы предлагаем вам ознакомиться с описанием, которое поможет правильно определить несущие стены в доме или квартире.

Проще всего определение несущей стены – это измерение ее толщины.

1. Главные стены в доме из панелей

Вначале через интернет или сайт строительной компании следует найти характеристику серии вашего дома, из которой вы узнаете толщину, как несущих стен, так и внутренних перегородок.

Как правило, в домах из панелей толщина перегородок составляет 80-100 мм, основных стен – 140-200 мм. Во многих панельных зданиях перегородки выполнены из гипсобетона, толщина которых 80 мм. Несущие стены из железобетона имеют толщину 140 мм или 180, а то и 200 мм. В отдельных старых панельных домах несущие стены бывают по 120 мм. Итак, измерьте толщину стены: если она менее 120 мм, то это внутренняя перегородка, если больше – тогда несущая стена, с которой исключены. Имейте в виду, что отделка стены обоями или штукатуркой может изменить ее толщину, но в зданиях из панелей, как правило, отделка составляет не больше 50 мм. Но, если вы хотите сделать точный замер стены, тогда слой штукатурки потребуется убрать.

2. Несущие стены в зданиях из кирпича

Толщина стены в кирпичном здании определяется исходя из толщины кирпича, то есть 120 мм и плюс 10 мм на раствор. Поэтому стены из кирпича бывают толщиной в 120 и 250 мм, 380 мм, 510 и 640 мм с прибавкой отделочного слоя. В зданиях из кирпича главные стены соответствуют толщине 380 мм. В большинстве жилых кирпичных домов перегородки между комнатами сделаны из кирпича толщиной 120 мм либо панелей из гипсокартона, толщина которых 80 мм. Между квартирами стены из кирпича должны быть толщиной 250 мм, двойные панели с зазором – 200 мм, а несущие стены выполняются из кирпича толщиной 380 или 510 мм, а также 640 мм. Итак, если толщина вашей стены менее 380 мм, то это перегородка.

Зданий из кирпича, которые сооружаются серийно, гораздо меньше, чем домов из панелей, по этой причине нелегко отыскать их описание. Но многие кирпичные дома в больших городах – это, так называемые «хрущевки», а также «сталинки», у них похожие планировки.

Основные стены в «хрущевках» и «сталинках»

Конструкция типичных «хрущевок» состоит из трех продольных несущих и поперечных стен с особыми диафрагмами жесткости, они создают прочность продольных несущих стен (не позволяют им переворачиваться). Поперечные стены на лестничных площадках предназначены для обеспечения надежности продольных несущих стен, а также создают опору для лестничных маршей, по сути, тоже оказываются несущими.

Опорой для перекрытий из плит между этажами служат продольные несущие стены, также это могут быть поперечные их виды из железобетона и прямоугольные балки (с сечением, как правило, 200х600 мм). Такие балки стоят на продольных несущих стенах.

Следует отметить, что последний вариант использовался гораздо чаще. В этом случае поперечные конструкции служат для обеспечения жесткости, а также в качестве несущих стен, поскольку они являются опорой для междуэтажных перекрытий. В каком направлении укладывали плиты, можно определить по их стыкам (рустам). Как правило, под балки из железобетона, чтобы они не были слишком заметны, ставят перегородки, как межквартирные, так и межкомнатные.

Квартирная планировка, число комнат, расстояние между балками и тому подобное могут отличаться, но схема сооружения все же остается неизменной.

Все, о чем было упомянуто ранее касательно «хрущевок», можно отнести и к «сталинкам». В них также следует выделить конструкцию с тремя продольно расположенными несущими стенами, но более сложного архитектурного подхода, поэтому схемы конструкций лестниц и лифтовых пролетов, поворот стен также отличаются сложностью выполнения.

Зачастую в «сталинках» частично на внутренних стенах ставят колонны из кирпича, на них устанавливают балки из железобетона.

3. Здания-монолиты

Дома-монолиты самые разнообразные в плане как архитектурного, так и конструктивного решения. В монолитных зданиях, предназначенных для жилья, в основном используются колонны и пилоны (колонны с прямоугольным сечением), балки и несущие стены-монолиты. Зачастую пилоны делают встроенными в наружные стены и внутренние перегородки. Монолитные внутренние главные стены и пилоны выполнялись толщиной 200 мм, 250 и 300 мм. Толщина колонн была еще больше. Итак, если вы сделали замеры толщины стены, и она составляет меньше, чем 200 мм, то это будет перегородка. Но, если вы измерили стену, а ее толщина равняется 200 мм, это еще не говорит о том, что она является несущей, поскольку в монолитных зданиях толщина перегородок может быть и большее 200 мм (к примеру, из пеноблока).

Если вы живете в новом монолитном доме, то проще всего получить данные о несущих стенах вашего жилья через управляющую компанию, либо найти план вашего этажа в архитектурном проекте дома. Как правило, это не составляет особого труда. На плане вы легко сможете определить внутренние несущие стены, а также перегородки и узнать их размеры.

Конечно, имеются и прочие определяющие показатели несущих стен, но для этого уже нужны профессиональные навыки, знания и опыт в строительной сфере, поэтому мы их здесь не предлагаем рассматривать. Хочется надеяться, что данная статья была вам полезна.

Несмотря на большие отличия зданий различного назначения, обусловленные происходящими в них процессами, все они состоят из ограниченного числа конструктивных элементов, выполняющих в любых сооружениях одни и те же функции. Это основания, фундаменты, стены или каркас, крыша или покрытие, перекрытия, перегородки, лестницы, а также наружные элементы — входные площадки, балконы, световые галереи или приямки у окон подвалов и др. Конструктивные схемы зданий различного назначения также являются общими: одно-, двух-, трех- и многопролетные. Однако их конкретное конструктивное осуществление может быть отличным в гражданских и производственных зданиях, что вызывается их размерами в плане и по высоте, нагрузками и др.

с продольными несущими стенами;

с поперечными несущими стенами или смешанная- с продольными и поперечными стенами; с полным каркасом- каркасная; с неполным каркасом.

В верхних этажах здания создается возможность заменить некоторые поперечные стены поперечными ригелями и образовать большие пространства для операционной и других помещений. Поперечные стены хорошо обеспечивают устойчивость здания.

Одноквартирные дома такой конструкции имеют две короткие фасадные стены. Поперечные стены являются внутренними и смежными с соседними.

Продольные и поперечные стены здания вместе с перекрытиями образуют пространственную коробку, работающую на восприятие всех нагрузок, действующих на здание. Для обеспечения совместной работы горизонтальных частей здания (перекрытия) со стенами и столбами их связывают друг с другом при помощи анкеров.

Деревянные перекрытия состоят из деревянных балок, наката и засыпки. Балки укладываются на продольные или поперечные стены. Кроме обычных деревянных балок применяют клееные балки двутаврового сечения, как более экономичные.

Оконные и дверные коробки устанавливают в процессе бетонирования, перемычки над проемами армируют или делают сборными. Для обеспечения поперечной жесткости одновременно с продольными устраивают поперечные стены или тамбуры. В стенах длиной более 30 м оставляют температурные швы. Такие стены возводят из крупнопористого бетона, шлакобетона, известково-песчаного бетона и грунтобетона в зависимости от наличия того или иного местного заполнителя. Толщину стен определяют теплотехническим расчетом. Такие здания дешевы, но строительство их трудоемко и предусматривает ручной труд, хотя высококвалифицированной рабочей силы не требуется.

Перекрытия состоят из несущей конструкции, воспринимающей нагрузки от находящихся в здании людей, оборудования и пола. Кроме того, перекрытия являются горизонтальными диафрагмами, воспринимающими ветровую нагрузку, действующую на здание, и передающими ее на поперечные стены.

Поперечная жесткость жилого дома обычно достигается путем передачи горизонтальных нагрузок на стены лестничных клеток и на поперечные торцовые стены. Горизонтальная нагрузка, возникающая от действия ветра, воспринимается наружными стенами с помощью горизонтальных дисков междуэтажных перекрытий и передается на поперечные стены дома. Чтобы обеспечить передачу нагрузки указанным способом, необходимо конструировать междуэтажные перекрытия так, чтобы отдельные плиты перекрытия были хорошо соединены между собой в швах.

Из плоскости стен на всю высоту здания выступают навесные лоджии. В первом этаже поперечные стены заменены колоннами, что дает возможность свободного размещения помещений общественного обслуживания. Наружное ограждение первого этажа имеет сплошное остекление.

Бескаркасная схема принята при проектировании жилых и гражданских зданий высотой не более 16 этажей. Пространственная жесткость таких зданий обеспечивается совместной работой стен, перегородок и перекрытий, соединяемых между собой при помощи сварки закладных деталей и замоноличива-ния швов. В основу конструктивного решения положен принцип передачи нагрузки от перекрытий на продольные или поперечные стены.

Взаимодействие поперечных и продольных стен и междуэтажных перекрытий, образующих пространственную систему здания, при воздействии горизонтальной нагрузки происходит следующим образом. Горизонтальная нагрузка, возникающая от действия ветра и прикладываемая непосредственно к наружным стенам, передается через горизонтальные диафрагмы междуэтажных перекрытий на поперечные стены. Благодаря большой жесткости междуэтажных перекрытий в своей плоскости на изгиб, можно считать эти перекрытия неподвижными опорами, на которые опираются наружные стены. Поперечные стены, являющиеся в этом случае связевыми диафрагмами, должны рассматриваться как элементы балочного типа, воспринимающие нагрузки от междуэтажных перекрытий. Если между поперечными и продольными стенами имеются достаточные связи в виде перевязанных швов кирпичной кладки стен или сварных закладных деталей панельных стен, то в работу вовлекается часть продольных стен, и поперечное сечение такой консольной балки может быть принято в виде двутавра.

Основные несущие элементы (фундаменты, стены и т. д.) в совокупности образуют несущий остов здания, который воспринимает все нагрузки, воздействующие на здание, и передает их на основание, а также обеспечивает пространственную неизменяемость (жесткость) и устойчивость здания. Конструкционная схема несущего остова здания подразделяется: бескаркасные, каркасные и с неполным каркасом.

Жилые и общественные здания, как правило, строят из кирпича, керамических или бетонных камней и мелких блоков, а также из крупноразмерных деталей и элементов: крупноблочные, крупнопанельные и объемно-блочные.

Бескаркасные здания из кирпича и мелких камней и блоков возводят обычно с продольными несущими (рис. 2, а) наружными и внутренними стенами. Поперечные стены в таких зданиях устраивают преимущественно в лестничных клетках, в местах, где проходят дымовые и вентиляционные каналы, а также в промежутках между ними для придания большей устойчивости продольным стенам и зданиям в целом. В зданиях с поперечными несущими стенами (рис. 2, б) продольные наружные стены — самонесущие, а перекрытия опираются на поперечные стены. Возводятся также бескаркасные здания, у которых несущими являются как поперечные, так и продольные стены. В таких зданиях панели перекрытий размером на комнату опираются всеми четырьмя сторонами на поперечные и продольные стены.

Рис. 2. Конструктивные схемы бескаркасных зданий с несущими стенами :
а — продольными, б — поперечными

Бескаркасные крупноблочные здания со стенами из бетонных и других блоков имеют конструктивные схемы с поперечными и продольными несущими стенами (рис. 3). Общественные многоэтажные здания чаще возводят с продольными несущими стенами. При этом в зависимости от ширины здания может быть не одна, а две внутренние продольные стены.

Рис. 3. Конструктивная схема крупноблочного здания с поперечными и продольными несущими стенами :
1 — угловой блок, 2 — простеночный, 3 — подоконный, 4 — перемычечный, 5 — блок внутренней стены, 6 — панели перекрытия

Бескаркасные крупнопанельные здания бывают: с тремя продольными несущими стенами: с поперечными несущими стенами-перегородками, устанавливаемыми с малым или большим шагом (расстоянием) друг от друга.

В домах с поперечными несущими стенами-перегородками (рис. 4) все основные элементы несущие: поперечные стены-перегородки, внутренняя продольная и наружные стены. Панели перекрытий имеют опоры по четырем сторонам. При этом наружные стеновые панели 1, которые мало отличаются от наружных панелей в домах с продольными несущими стенами, считают также несущими. Перегородочные панели 4 и панели внутренней продольной стены в таких домах изготовляют из тяжелого (конструктивного) бетона. Панели наружных стен изготовляют из легких бетонов. Они бывают трехслойными: из тяжелого бетона с теплоизолирующими вкладышами.

Рис. 4. Конструктивная схема крупнопанельного дома с несущими стенами-перегородками :
1 — наружные стеновые панели, 2 — санитарно-технические кабины, 3 — несущие перегородки, 4 — внутренние несущие поперечные стены (перегородки), 5 — панели перекрытия, 6 — цокольные панели, 7 — блоки фундаментов

Имеет свои особенности и решение наружных стен. Они навесные, увеличенной длины — до 7 … 11м. Лоджии выполняются навесными. Остов первого этажа выполнен каркасным. Аналогичная конструктивная система поперечных стен принята при строительстве 16-этажных жилых домов, построенных в Северном Чертанове и других районах Москвы. Шаг поперечных стен принят 7,2 м, что дополнительно расширило планировочные возможности.

Основными недостатками конструктивной системы с широким шагом поперечных несущих стен по сравнению с конструктивной схемой с узким шагом, являются повышенная на 25… 30 % трудоемкость строительства, увеличенный на 15… 20 % расход стали и цемента; это ограничивает использование широкого шага в строительстве.

Конструктивная система с продольными несущими стенами. Попытки освободить внутренние пространства от несущих конструкций привели к использованию системы с тремя продольными несущими стенами. Пространственная жесткость таких зданий обеспечивается совместной работой продольных и поперечных межсекционных стен, а также перекрытий. Перекрытия из многопустотных настилов с замо – ноличенными стыками представляют собой горизонтальные диски жесткости, передающие ветровые нагрузки на стены лестничных клеток.

Принципиально такое расположение несущих конструкций с пролетами 5,4 …6м в наибольшей мере освобождают площадь дома от внутренних стен. Однако это решение вступает в противоречие с конструктивной целесообразностью: при однослойных конструкциях ограждений, выполненных из керамзитобетона, предельная высота дома, определяемая прочностью материала и технико-экономическими показателями, ограничивается девятью этажами.

Наружные керамзитобетонные стены выполняются в этом случае толщи-, ной 40 см, из керамзитобетона клас – 4-J-J-

Рис. XV.4. Крупнопанельный 17-этажный жилой дом с широким шагом поперечных стен. Конструктивная схема:

/ — поперечные несущие панели; 2-продольная стеновая панель; 3 — наружные ленточные стеновые панели: 4 — торцовые железобетонные трехслойные панели

са В 5 плотностью 1200 кг/м3. Продольная внутренняя стена из бетонных панелей толщиной 27 см. При строительстве кирпичных и блочных жилых домов эта же конструктивная система применяется высотой до 12 этажей.

Конструктивная система с перекрестными несущими стенами в зданиях повышенной этажности нашла ограниченное применение и это не случайно. При наличии поперечных несущих стен нецелесообразно устраивать и фасадные панели несущими ради опирания на них плит перекрытий. Такое решение имеет смысл только для небольших зданий до 6 … 9 этажей. Для более высоких зданий логично стремление к всемерному облегчению наружных стен, используя полностью для за – гружения плитами только внутренние (с опиранием по трем сторонам, включая внутреннюю продольную). При высоте зданий более 10… 12″ этажей решение с навесными наружными стенами является оптимальным.

Несущий остов каменных зданий. Дома с несущими каменными стенами пока еще составляют значительную долю в жилищно-гражданском строительстве городов, хотя и постепенно вытесняются индустриальными и прежде всего крупнопанельными системами.

Несмотря на трудоемкость ручной кладки, каменные конструкции будут применяться в строительстве различных зданий и сооружений, в том числе жилых и общественных, благодаря архитектурным преимуществам и эксплуатационным достоинствам.

Каменные стены здания возводят из глиняного и силикатного кирпича, керамических пустотелых блоков, из искусственных и естественных камней правильной формы на известково-пес – чано-цементном или песчано-цемент – ном растворах. Различают камни для «одноручной» кладки: кирпич (глиняный и силикатный, полнотелый и пустотелый) массой до 4,5 кг и камни для «двухручной» кладки — керамические пустотелые камни плотностью до 1200 кг/м3, из автоклавного ячеистого бетона плотностью до 800 кг/м3. Камни для двухручной кладки имеют массу 8… 16 кг. Приемы кладки стен см. разд. II.

Для улучшения технико-экономических и теплотехнических показателей кирпичные стены выполняют из эффективных облегченных кладок, также рассмотренных в разд. II. В облегченной кладке возводят верхние 3 … 5 этажей.

Системы несущих остовов многоэтажных каменных зданий не отличаются от рассмотренных выше для панельных зданий: употребляются несущие остовы с продольными или поперечными несущими стенами, смешанные системы с опиранием перекрытий на продольные и поперечные стены, комбинированные системы с несущими наружными стенами и внутренним каркасом — неполный каркас, а также каркасные схемы с самонесущими каменными наружными стенами.

При поперечных несущих стенах продольные каменные стены — само – несущие-выполняют только функции ограждающей конструкции. Кроме того, продольные наружные стены в этом случае являются элементами жесткости, обеспечивая вместе с лестничными клетками продольную устойчивость несущего остова. Пространственная жесткость здания обеспечивается надежным соединением продольных и поперечных стен в местах их пересечения и связью стен с перекрытиями.

Свободная длина продольных стен в пределах между поперечными связями по нормам СНиПа при сборных же – лезобетонных перекрытиях может доходить до 48 м.

Устойчивость зданий при продольных несущих стенах обеспечивается поперечными стенами — торцовыми, межквартирными, а в некоторых случаях — специальными поперечными стенами жесткости.

Неполный каркас применяется в целях экономии стеновых материалов. Неполный каркас используют также при наличии в нижних этажах магазинов и других предприятий обслуживания населения, планировка которых не допускает устройства часто расположенных стен. При неполном каркасе панели перекрытий опираются на ригели, уложенные по колоннам каркаса.

Каменные материалы, обладающие большой плотностью, имеют высокую теплопроводность, а поэтому наружные стены по теплотехническим соображениям приходится устраивать значительной толщины — от 38 до 77 см.

Толщина стен в нижних этажах домов выше 6 этажей увеличивается для обеспечения необходимой несущей способности, а в некоторых случаях для этой цели в нижних этажах устраиваются специальные местные утолщения стен (пилястры) или их усиливают железобетоном, работающим совместно с каменной кладкой (так называемая «комплексная кладка»).

Повышение несущей способности каменных стен и столбов может быть также достигнуто путем применения в нижних этажах материалов повышенной прочности и армированием швов кладки горизонтальными сетками из проволоки диаметром 4 … 5 мм.

Толщина несущих внутренних стен принимается в нижних этажах 640 мм (2,5 кирпича) и 770 мм (3 кирпича), а в верхних этажах — 380 мм. (1,5 кирпича). Толщина наружных несущих стен в нижних этажах 640… 770 мм, в верхних этажах для климатических условий средней полосы, например, Москвы,’- из пустотелого кирпича или керамических камней толщиной 510 мм.

Декоративные свойства кирпичным стенам придают устройством фасадного ряда из лицевых кирпичей или керамических камней с расшивкой швов либо облицовкой закладными керамическими или бетонными плитами, которые устанавливают по ходу кладки. Для уникальных зданий применяют облицовку плитами естественного камня.

Венчающую часть каменной стены — карниз или парапет — решают в соответствии с принятой в проекте конструкцией крыши и системой водоотвода (наружного или внутреннего).

Междуэтажные перекрытия многоэтажных зданий с каменными стенами выполняют из сборных железобетонных многопустотных плит. Остовы каменных зданий высотой 10 … 14 этажей обычно решаются по принципу стенового остова с неполным каркасом, с плитами перекрытий, опирающимися на наружные кирпичные стены и на продольные ригели каркаса.

Определенное достоинство такого конструктивного решения состоит в исключении сильно нагруженной внутренней кирпичной стены, что снижает трудоемкость строительства и создает возможности более гибких планировочных решений. Такие решения принимались в ряде случаев для домов высотой до 14 этажей. Дальнейшее повышение этажности экономически нецелесообразно, так как требует увеличения толщины наружных кирпичных стен для повышения их несущей способности. Поэтому пределом целесообразности применения конструктивной схемы с несущими (обычно продольными) кирпичными стенами следует считать 14 этажей.

Рис. XV.6. Детали стыков крупноблочных стен:

а, 6 — примыкания перекрытий к наружным стенам: в — сопряжение с блоком внутренней стены; г — вертикальный стык; / — перемычечный блок; 2 — настил перекрытия; 3 — подъемная петля стенового блока; 4 — то же, настила перекрытия; 5 — стальной анкер; 6 — стальной уголок; / — герметизирующая мастика по гернитовому жгуту; 8 — обклейка рулонным гидроизоляционным материалом; 9 – легкий бетон; Ш — цементный раствор; // — блок внутренней стены

XV. Несущие остовы гражданских мног оэтаж

Многоэтажные крупноблочные здания повторяют конструктивные схемы кирпичных домов (рис. XV.5, XV.6).

Наружные стены выполняют из легкобетонных блоков с двухрядной разрезкой, в системе которой основными являются простеночные блоки и блоки-перемычки. На глухих (безоконных) участках стен вместо перемычек применяются поясные блоки. Толщину легкобетонных блоков наружных стен принимают 400, 500, 600 мм в зависимости от климатических условий строительства. Внутренние стеновые блоки выполняют из тяжелого бетона с вертикальными круглыми пустотами толщиной 400 и 500 мм в зависимости от высоты дома, т. е. от величины действующих усилий.

В местах пересечений внутренних и наружных стен обеспечивается перевязка поясных блоков и свариваются закладные стальные детали блоков. Для обеспечения надежной пространственной работы здания выполняют анкеровку перекрытий в стенах.

По уровню индустриальности крупноблочные системы занимают промежуточное положение и являются как бы переходными между кирпичными и крупнопанельными. В перспективе по мере развития базы крупнопанельного домостроения блочные конструкции уступят место более индустриальным и совершенным — крупнопанельным системам.

Выбор конструктивных систем жилых домов повышенной этажности.

Сложность экономического сопоставления рассмотренных зданий, выполненных по различным конструктивным системам, определяется влиянием целого ряда факторов — различием объемно-планировочных решений, выбором материалов и конструкций для отдельных элементов, индивидуальным подходом того или иного проектировщика к конструированию элементов. Влияние на стоимость только планировочных факторов может достигать 20 %. Для зданий высотой до 16… 17 этажей среди строительных систем — крупноблочной, каркасно-панельной и крупнопанельной — преимуществами по основным показателям обладает крупнопанельная. Наиболее решительно в пользу панельных домов говорят показатели трудоемкости, которая оказывается для панельных домов в 2,5 … 3 раза ниже, чем для каркасных.

Приведенные показатели обусловливают целесообразность для 16 … 25- этажных жилых домов бескаркасных несущих остовов.

Исследования показывают, что наиболее экономичными типами зданий по расходу стали, цемента и бетона, по затратам труда и стоимости являются крупнопанельные дома с конструктивной системой в виде поперечных несущих стен, расположенных с узким шагом. Именно поэтому такая система получила наибольшее распространение в строительстве.

Повышение этажности крупнопанельных домов от 5 до 9, затем до 12 и, наконец, до 17 и 25 этажей в пределах единой конструктивной системы не приводит к резкому увеличению расхода материалов и повышению трудоемкости.

Новые направления развития многоэтажного индустриального домостроения. Как показывает практика строительства панельных домов повышенной этажности, обычные панельные конструкции могут применяться в домах не выше 25 этажей. Уже при такой высоте в конструкциях панельных домов возникают дополнительные и довольно значительные усложнения, связанные с трудностями обеспечения пространственной жесткости.

Наиболее целесообразный метод повышения жесткости зданий — компоновка плана панельного дома с развитыми на всю его ширину поперечными стенами, которые в этом случае будут обладать достаточно высокой жесткостью и в зданиях высотой до 16… 17 этажей относительно легко воспринимать горизонтальные нагрузки.

Другое направление в поисках новых конструктивных решений панельных зданий большой этажности также связано с применением монолитного железобетона. Одна из возможных конструктивных схем представляет собой монолитный железобетонный ствол, из которого «выпущены» на нескольких уровнях мощные железобетонные консольные полые плиты, являющиеся как бы платформами для опи – рания домов-блоков любой панельной конструкции (рис. XV.7).

Разновидность этой системы — сборно-монолитная железобетонная конструкция, в которой пространственная система диафрагм в виде ядра жесткости выполняется в монолитном железобетоне (например, в той же подвижной опалубке) и к этому ядру «привязывается» сборная панельная конструкция, работающая здесь только на вертикальные нагрузки (рис. XV.8). Панельные дома такой конструкции могут возводиться высотой до 30… 35 этажей.

Методы типизации в крупнопанельном домостроении. На первом этапе крупнопанельного домостроения объектом типизации был типовой жилой дом. Это привело к монотонности, к невозможности достичь разнообразия в архитектуре застройки. Следующим методом стал блок-секционный, в котором законченным объектом типизации являлись блок-секции, из набора которых создавалась объемно-пространственная композиция застройки. Для разнообразия композиционных решений разработаны блок-секции широтные и меридиональные, прямые и угловые, со сдвижкой в плане, поворотные вставки и т. п. Этот метод получил наибольшее распространение в массовом строительстве в нашей стране.

Поиски разнообразия в индивидуальном строительстве привели к разработке блок-квартирного метода, в котором объектом типизации являлась квартира. Однако он не нашел практического применения в связи с нестабильностью заводского производства деталей и необходимостью в каждом случае разрабатывать, по существу,

индивидуальные проекты панельных домов.

Новым методом явился разработанный в Моспроекте № 1 метод компоновочных объемно-планировочных элементов (КОПЭ), в котором объектом типизации стали фрагменты (конструктивно-планировочные ячейки) жилой секции высотой от фундамента до крыши, способные по определенным правилам блокироваться с другими аналогичными фрагментами системы, создавая тем самым различные по композиционным, демографическим и другим условиям объемно-планиро-

вочные решения жилых домов высотой 18… 22 этажа (рис. XV.9).

Достоинством метода является высокая степень повторяемости типовых индустриальных изделий благодаря жесткой унификации планировочных параметров в различных фрагментах и в таких элементах здания, как лестнич – но-лифтовые узлы, конструкции нулевых циклов, чердака и т. п.

Метод предполагает открытую систему типизации фасадных панелей, создавая тем самым дополнительные средства для разнообразия архитектуры застройки.

Конструкции несущих стен и узлы опирания перекрытий. Наиболее ра

циональными конструкциями несущих стен с позиций всего комплекса требований — прочностных, технологических, экономических — являются поперечные стены из плоских несущих железобетонных панелей. Это решение стало, по существу, единственным и для зданий повышенной этажности. В настоящее время плоские панели для зданий высотой 9 … 12 этажей выполняются толщиной 16 см. Такая толщина продиктована не только условиями прочности, но и требованиями звукоизоляции от воздушного шума.

Можно рекомендовать увеличение толщины панелей межквартирных стен до 18 см. При повышении этажности домов с узким шагом, например до 16… 17 этажей, переход на толщину стен 18 см определяется не только условиями звукоизоляции, но и прочности, а также противопожарными требованиями. При больших нагрузках, например в системах с широким шагом несущих стен, в домах высотой 16 этажей и более целесообразно увеличить толщину поперечных стен до 20 см.

За рубежом в большинстве случаев внутренние стены также применяются в виде плоских панелей размером на комнату из бетона класса В20 толщиной 15 … 20 см.

Конструктивные системы и схемы жилых зданий из мелкоразмерных элементов.

Ответ:

В практике проектирования и строительства сложились следующие конструктивные схемы малоэтажных жилых зданий:

• бескаркасная (стеновая) – продольные либо поперечные несущие стены и перекрытия различных типов;

• каркасно-панельная – несущий каркас (колонны и ригели) и крупнопанельные стены и перекрытия;

• объемно-блочная – блоки-комнаты, блоки-квартиры и другие блоки-помещения.

Наиболее распространенными для зданий массового строительства являются бескаркасная и каркасно-панельная схемы. Дома из пространственных объемных блоков возводят из коробчатых блок- комнат, изготовленных с полной отделкой и санитарно-техническим оборудованием. Объемно-блочная схема требует сложной индустриальной базы, поэтому применяется редко. Бескаркасная конструктивная схема наиболее целесообразна для зданий ячейкового типа (жилые дома, общежития, гостиницы). Для стеновой системы могут использоваться конструктивные схемы с продольным, поперечным или перекрестным расположением несущих стен. Каркасно-панельная схема применяется в зданиях смешанного типа, имеющих помещения разных размеров (детские ясли-сады, школы, предприятия торговли, общественного питания, бытового обслуживания, лечебно-профилактические учреждения и др.). Несущая система каркасных домов состоит из стоек, балок, перекрытий и связей жесткости. Стены каркасных домов выполняют из деревянных стоек, обшитых досками снаружи и изнутри, а внутреннее пространство заполняют местными строительными теплоизоляционными материалами (гранулированный шлак, шлаковата, минеральная вата, торфоплиты). Можно применять легкие навесные стены с большими площадями остекления. Для массового строительства применяют каркасы из сборного железобетона.

В современном малоэтажном домостроении из мелкоразмерных элементов для стен используется следующие материалы: кирпичи глиняные, керамические и силикатные (рис. 6.12), пенобетонные или газобетонные блоки; керамзитобетонные (рис. 6.13) или шлакобетонные блоки, блоки из арболита (рис. 6.14) или опилкобетона, местные естественные материалы (известняк, ракушечник, туф).

Рис. в. 12. Кирпичная стена в полтора кирпича (38 см)

Рис. 6.15. Облегченные кирпичные стены:

1 – легкий бетон; 2 – термовкладыш; 3 – воздушная прослойка; 4 – плитный утеплитель; 5 – маяк

Кирпичные стены в один кирпич, т.е. толщиной 250 мм, выдерживают любую нагрузку от вышерасположенных конструкций в одно- и двухэтажных жилых домах. Однако из теплотехнических соображений их часто приходится делать толще. Для улучшения теплотехнических свойств кирпичных стен разработаны несколько типов комбинированной кирпичной кладки (рис. 6.15). Кладку кирпичных стен ведут на цементно-песчаном, цементно-известковом или цементно-глиняном растворе. Внутренние сплошные кирпичные стены возводятся толщиной нс менее 380 мм из условия глубины опирания балок перекрытия.

Опилкобетонные стеновые блоки изготавливают в разборных формах. Эти блоки легко деформируются и поэтому неудобны в кладке. Горизонтальные швы опилкобетонных стен армируют металлической сеткой из проволоки диаметром 3–5 мм с ячейками 60–120 мм. Толщина внутренних несущих стен – 30 см, толщина наружных степ принимается согласно теплотехническому расчету. Опилкобетон целесообразнее использовать для строительства различных надворных построек: гаражей, загонов для скота, а также дачных домиков, не предназначенных для постоянного проживания.

Арболит – это разновидность легкого ячеистого бетона, он производится из смеси органических заполнителей (дробленых отходов деревообработки, опилок, щепы, камыша), вяжущего компонента, обычно портландцемента, минеральных добавок и воды. В строительстве он используется в виде стеновых блоков (см. рис. 6.14), панелей и плит. Данный материал успешно прошел все технические испытания и был стандартизирован еще в 1960-е гг. На территории СССР действовало более сотни заводов по производству арболита. В основном его используют для возведения частных домов, одно- и двухэтажных коттеджей (рис. 6.16), дач, бань и помещений общехозяйственного назначения. Готовые стены из арболита не нуждаются в армирования при нанесении штукатурки. Арболит огнестоек, не поддерживает горение. В зависимости от размеров вес арболитовых блоков колеблется от 15 до 32 кг. К минусам арболита следует отнести невысокую прочность и малую водостойкость, поэтому с тены из арболитовых блоков нуждаются в дополнительном оштукатуривании цементно-песчаным раствором либо в защите от природной влаги наружной обшивкой. В жилом домостроении предпочтение следует отдавать арболиту, так как в сравнении с опилкобетоном он обладает более низким весом и лучшей теплоизоляцией. При кладке стен из арболитовых блоков можно использовать известково-цементный раствор.

Шлакобетонные стены можно делать в монолитном или сборном варианте. Блоки могут быть заводского изготовления или заранее изготовленными на стройплощадке. Кладку ведут с перевязкой швов на цементно-песчаном растворе. Возможно изготовление монолитных стен с внутренними пустотами с использованием вкладышей из более легкого бетона, пенопласта, картона. Шлакобетонные стены можно делать с наружной кирпичной облицовкой, которая служит внешней опалубкой в процессе бетонирования.

Стены наружные из газобетонных блоков плотностью D500 с маркой прочности В2.5 возводят толщиной 375 мм, кладка на клею с армирующей сеткой через каждые три ряда (рис. 6.17). Несущие перегородки толщиной 200–250 мм можно делать из газобетонных блоков соответствующих размеров, самонесущие перегородки устраивают из газобетонных блоков толщиной 100 мм, или из кирпича, или деревянные с деревянным каркасом.

5. Объемно – планировочные решения жилых зданий. Привести примеры.

Ответ:

Планировочные решения гражданских зданий очень разнообразны, так как отражают различные функциональные процессы, происходящие в определенных условиях. Однако это многообразие решений сводится к нескольким планировочным схемам: ячейковой, зальной и комбинированной.

Ячейковая схема

Ячейковая схема применяется в тех зданиях, где необходимы небольшие, одинаковые по площади помещения. Ячейковая схема может решаться по коридорной, анфиладной, центрической (бескоридорной) и секционной планировочным схемам.

Узнать еще:

Конструктивные элементы и схемы зданий.

Несмотря на значительные различия, существующие между зданиями разного назначения, как во внешнем виде, так и во внутренней структуре, все они состоят из некоторого ограниченного числа основных взаимосвязанных архитектурно-конструктивных элементов, выполняющих вполне определенные функции.

Основные элементы здания можно подразделить на следующие группы:

а) несущие, воспринимающие основные нагрузки, возникающие в здании;

б) ограждающие, разделяющие помещения, а также защищающие их от атмосферных воздействий и обеспечивающие сохранение в здании определенной температуры;

в) элементы, которые совмещают и несущие, и ограждающие функции.

К основным элементам (или частям) здания относятся фундаменты, стены, перекрытия, отдельные опоры, крыша, перегородки, лестницы, окна, двери.

Фундаментом называется подземная конструкция, основным назначением которой является восприятие нагрузки от здания и передача ее основанию.

Стены отделяют помещения от внешнего пространства (наружные стены) или от других помещений (внутренние стены), выполняя тем самым ограждающую функцию. Кроме того, стены могут нести нагрузку не только от собственного веса, но и от вышележащих частей здания (перекрытий, крыши и др.), осуществляя несущую функцию. Стены, воспринимающие, кроме собственного веса, нагрузку и от других конструкций и передающие ее фундаментам, называют несущими.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Стены, опирающиеся на фундаменты и несущие нагрузку от собственного веса по всей высоте, но не воспринимающие нагрузки от других частей здания, носят название самонесущих.

Наконец, стены, которые служат только ограждениями и свой собственный вес несут в пределах лишь одного этажа, опираясь на другие важные элементы здания, называютненесущими.

Перекрытиями называют конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи. Перекрытия ограничивают этажи и расположенные в них помещения сверху и снизу (ограждающие функции) и несут, кроме собственного веса, полезную нагрузку, т.е. вес людей, оборудования и предметов, находящихся в помещениях (несущие функции). Кроме того, перекрытия играют весьма существенную роль в обеспечении пространственной жесткости здания, т.е. неизменяемости его конструктивной схемы под действием всех возможных нагрузок.

Перекрытия, в зависимости от их расположения в здании, бывают междуэтажные, разделяющие смежные по высоте этажи; чердачные, отделяющие верхний этаж от чердака;нижние, отделяющие нижний этаж от грунта, и надподвальные, отделяющие первый этаж от подвала.

По верху междуэтажных перекрытий настилают полы в зависимости от назначения и режима эксплуатации помещения. А нижняя поверхность перекрытия (или покрытия) образуетпотолок для нижележащего помещения.

Отдельными опорами называют стойки (столбы или колонны), предназначенные для поддержания перекрытий, крыши, а иногда и стен и передачи нагрузки от них непосредственно на фундаменты.

Перекрытия могут опираться или непосредственно на колонны, или, что чаще, на уложенные по ним мощные балки, называемые прогонами.

Колонны и прогоны образуют так называемый внутренний каркас здания.

Крыша является конструкцией, защищающей здание сверху от атмосферных осадков, солнечных лучей и ветра. Верхняя водонепроницаемая оболочка крыши называется кровлей. Крыша вместе с чердачным перекрытием образует покрытие здания. Мансардным этажом (или мансардой) называется этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши.

В том случае, если в здании отсутствует чердак, функции чердачного перекрытия и крыши совмещаются в одной конструкции, которая называется бесчердачным покрытием.

Перегородками называют сравнительно тонкие стены, служащие для разделения внутреннего пространства в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки опираются в каждом этаже на перекрытия и никакой нагрузки, кроме собственного веса, не несут.

Лестницы служат для сообщения между этажами. Из противопожарных соображений лестницы, как правило, заключаются в специальные, огражденные стенами, помещения, которые называются лестничными клетками.

Для освещения помещений естественным светом и для их проветривания (вентиляции) служат окна, а для сообщения между соседними помещениями или между помещением и наружным пространством — двери. В некоторых случаях при необходимости ввода в помещение крупного оборудования или средств транспорта помимо дверей устраивают еще и ворота.

Кроме вышеперечисленных, существует ряд конструктивных элементов (как, например, балконы, входные площадки, приямки у окон подвала и др.), которые нельзя отнести ни к одной из указанных групп.

Схема многоэтажного гражданского здания:

1 — фундамент; 2 — наружные несущие стены; 3 — внутренняя несущая стена; 4 — перекрытия: 5 — крыша; 6 — перегородки. 7 — лестница

Каждый из рассмотренных выше конструктивных типов зданий в свою очередь может иметь несколько конструктивных схем, которые отличаются особенностями расположения несущих элементов и их взаимосвязью.

Для бескаркасных зданий характерны следующие конструктивные схемы:

с продольными несущими стенами, на которые опираются перекрытия;
с поперечными несущими стенами, когда наружные продольные стены, освобожденные от нагрузки перекрытий, являются самонесущими;
совмещенная, — с опиранием перекрытий на продольные и поперечные стены.

Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом могут быть:

с продольным расположением ригелей;
с поперечным расположением ригелей;
безригельными.

В этих схемах несущие внутренние стены заменены колоннами и перегородками между ними, что уменьшает расход стеновых материалов. Нагрузки от ригелей и перекрытий воспринимаются также и наружными стенами.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Кладка против кирпичного шпона | Carson Dunlop Home Inspection

Хотя этот вопрос не находится в центре дебатов о единстве, мы в Онтарио должны понимать, что канадцы в остальной части страны думают, что мы немного чокнутые из-за нашей привязанности к кирпичным домам. Наша теория состоит в том, что люди в Онтарио выросли на таких историях, как «Три поросенка». Мы хотим дом, который никто не сможет взорвать, надуть и взорвать.

Большинство жителей Онтарио не осознают, что есть два совершенно разных типа кирпичных домов: облицованные кирпичом и сплошная кладка.

Сплошная кладка

Сплошная кладка также называется «сплошным кирпичом», «двойным кирпичом», а иногда и «кирпичом и блоком». В своем наиболее распространенном виде сплошная каменная стена состоит из внешнего слоя кирпича и внутреннего слоя кирпича (слой кирпича в кругах кладки называется «wythe»).

Причина, по которой сплошная кладка является более точным описанием, чем полнотелый или двойной кирпич, заключается в том, что внутренняя стена может не быть кирпичной. Поскольку внутренняя поверхность никогда не будет видна, кирпич иногда заменяют бетон или шлакоблок.

По мере увеличения высоты кирпичной стены возрастает опасность того, что внутренняя стена отделяется от внешней. Чтобы скрепить две жилы вместе, устанавливаются жатки, обычно каждые шесть рядов. Снаружи блоки заголовка выглядят как обычные кирпичи, за исключением того, что они короче. На самом деле они такого же размера, как и обычный кирпич, но устанавливаются сбоку, так что конец кирпича виден снаружи здания. Кирпичи заголовка действуют как мост между внешним и внутренним витками и предотвращают их разделение.

Таким образом, в большинстве массивных каменных стен кирпичи верхнего слоя отображаются в каждом 6-м ряду или ряду. Иногда каждый кирпич в курсе является кирпичом заголовка, однако существует ряд общих закономерностей. Нередко можно увидеть два длинных кирпича, за которыми следуют два коротких, затем два длинных и два коротких. (Длинные кирпичи, кстати, называются подрамниками.)

Иногда кирпичи кладут на окна так, чтобы их длинная грань была параллельна стене, но кирпич стоял на конце. Их называют солдатами.

Можно построить прочную стену из кирпичной кладки, используя металлические стяжки, чтобы скрепить две части кладки. Когда это будет сделано, верхние кирпичи не будут видны, и стену можно легко принять за облицованную кирпичом стену.

Так что же такого хорошего в массивной каменной стене?

Нет никаких сомнений в том, что большому злому волку будет труднее всего взорвать эту стену. Конструктивно массивные каменные стены очень прочные и при правильном уходе могут прослужить сотни лет.

Что такое кирпичный шпон?

Если массивная кладка так хороша, почему большинство кирпичных домов, построенных за последние 30 лет, построены из кирпичного шпона?

Во-первых, мы должны понять разницу между кирпичной облицовкой и сплошной кладкой. Самая большая разница в том, что при сплошной кладке кирпич поддерживает дом. Дом с облицовкой из кирпича держит кирпич!

Когда мы говорим «кирпичный шпон», мы не имеем в виду те маленькие тонкие полоски, которые вы наклеиваете на стену кухни.Мы имеем в виду честный кирпич. Однако толщина стены составляет всего одну ширину. За облицовкой из кирпича находится стена из деревянного каркаса, которая фактически поддерживает дом. Кирпичный шпон — это, по сути, сайдинг!

Изоляция

Кирпичный шпон стал нормой, когда строительные нормы и правила стали требовать изоляции внешних стен. Один из лучших изоляторов — воздух. Самая хорошая изоляция только задерживает воздух; поэтому большинство утеплителей легкие и пушистые. Кирпич не совсем легкий и пушистый.Следовательно, это не очень хороший изолятор. Таким образом, кирпичный дом, облицованный шпоном, на самом деле представляет собой деревянный каркасный дом, в котором можно изолировать полость между стойками в стене.

Стены возводятся, покрываются обшивкой и часто утепляются еще до установки кирпича. По мере укладки кирпича к стене деревянного каркаса прибивают металлические стяжки. Важно, чтобы они были прибиты к шпилькам, а не только к обшивке. Затем металлические стяжки сгибаются так, чтобы они располагались горизонтально в местах, где они входят в швы раствора при возведении стены из кирпичного шпона.Кирпичный шпон строится по внешнему краю фундаментной стены, так что между кирпичным шпоном и обшивкой остается воздушное пространство в один дюйм.

Насколько водонепроницаем кирпич?

Короткий ответ — «не очень». При ветровом дожде влага будет проходить сквозь кирпичную стену. Воздушное пространство в один дюйм позади кирпича позволяет этой воде стекать по задней поверхности кирпича. На дне полости стены пластиковый или металлический отлив собирает воду и позволяет ей стекать через дренажные отверстия.Вы найдете отверстия для просачивания на расстоянии примерно 32 дюйма (каждый четвертый кирпич) вдоль верхней части фундаментных стен, а также над дверями и окнами.

Сливные отверстия не только позволяют воде стекать из стены, но также позволяют ветру проникать за кирпич и создавать давление в воздушном пространстве в один дюйм между задней стороной кирпича и обшивкой. Вы не поверите, но это дополнительное давление воздуха уменьшает количество дождя, проникающего сквозь стену.

Итак, что лучше?

Ну, это зависит от ваших критериев.Стены из массивной кирпичной кладки, безусловно, прочнее, однако стены, облицованные кирпичом, достаточно прочные и, безусловно, лучше изолированы. По большому счету, различия между двумя типами конструкции не должны быть достаточно важными, чтобы повлиять на решение о покупке. В интересах национального единства не нужно даже заботиться о том, есть ли в доме кирпич.

Чертежи взяты из учебной программы Carson Dunlop по осмотру домов

Конструкционный кирпич | Кирпич для сквозных стен от Belden

дом —
Кирпич стеновой конструкционный

Армированный структурный кирпич Masony — это не новая система стен.Арматурная сталь и раствор используются для кирпичной кладки более 100 лет. Благодаря высокой прочности на сжатие кирпичной кладки, армирование делает стену экономичной и высокопрочной по сравнению с другими системами армированной кладки.

Преимущества стенового конструкционного кирпича

Больше гибкости при проектировании
Повышенная сейсмостойкость и пластичность.
Часто более низкая стоимость строительства

Сниженные требования к резервному копированию
Менее строгие требования к отклонению опорной конструкции
Повышенная стойкость к растрескиванию

Уменьшенное количество анкерных соединений, что обеспечивает более постоянный барьер для влаги.
Снижена стоимость системы резервного копирования
Огнестойкая конструкция

Конструкционный кирпич vs.Бетонная кладка
	Умеренная загрузка Ветер при 20psf Аналогичный раствор и арматура CMU f’m @ 1500 psi Глина f’m @ 3500 фунтов на кв. Дюйм 350 8 x 4 x 16 CMU 365 6 x 4 x 16 TTW Кирпич	Получить технические данные и спецификации для Стеновой конструкционный кирпич в нашей брошюре.
	С точки зрения сравнения затрат, мы сравниваем установленную стоимость различных однопроводных систем из армированного кирпича (RBM) и бетонных блоков (CMU). Сравнивая кирпич TTW 6 дюймов и CMU половинной высоты 8 дюймов, за несколько дней каменщик и тендер установят примерно 350 CMU. За это же время будет установлено 365 кирпичей. Разница в производительности обусловлена размером и весом устройства. Также наблюдаются аналогичные различия в производительности для блоков TTW Brick другого размера в CMU соответствующего размера.Есть вопросы о нашем конструктивном кирпиче для сквозных стен? Свяжитесь с нами
Структурный кирпич для сквозных стен доступен толщиной 6 и 8 дюймов и номинальными размерами лицевой стороны 4 x 16 и 8 x 16 дюймов. Готовы начать свой проект структурного кирпича? Щелкните здесь, чтобы увидеть доступные стили и цвета.

Облицовка деревянным каркасом кирпича

Определение дифференциального движения и решение возникающих проблем детализации.

Энтони Дж. Никастро, P.E., Роберт П. Антес, Р. Скотт Сильвестер, P.E., и Никлас В. Вигенер, P.E.

Возобновившаяся потребность в жилье средней плотности в городах Восточного побережья и их окрестностях, а также экономическое давление после недавней рецессии привели к более широкому использованию экономичного деревянного каркасного строительства в больших многоэтажных жилых домах. Предпочтительная эстетика этих зданий в Среднеатлантическом регионе включает фасады из кирпичной кладки. Технические аспекты облицовки кирпичом в малоэтажных жилых домах с деревянным каркасом хорошо известны специалистам-практикам, но желаемый вид кирпичной кладки в сочетании с выгодным деревянным каркасом может быть проблематичным в многоэтажном строительстве.

Рис. 1 — Фотография повреждения окна из-за дифференциального движения.

В многоэтажных зданиях с деревянным каркасом кирпичная кладка обычно поддерживается на уровне фундамента или на уровне бетонного подиума, а высота кирпичной кладки часто превышает предписанные нормы. И кирпичная кладка, и деревянный каркас претерпят изменения объема (расширение для кирпича и сжатие для дерева), которые не только противоположны, но и необратимы. Значительные и дополнительные дифференциальные движения этих двух материалов пропорциональны высоте и, следовательно, более эффективны для более высоких зданий.Без снятия углов или другой формы промежуточной опоры для облицовки кирпича стеновая сборка не может включать горизонтальные компенсационные швы кирпичной кладки, обычно используемые в многоэтажном кирпичном строительстве. Строительные элементы, которые соединяют деревянную конструкцию с кирпичной кладкой, такие как окна, вентиляционные отверстия сушилки и т. Д., Требуют специальной детализации, чтобы приспособиться к этому дифференциальному движению. Если система стен не детализирована, чтобы учесть это движение, могут возникнуть повреждения этих ограниченных элементов, которые выступают в плоскость кирпичной кладки, но прикреплены к каркасу здания.(Фигура 1).

Код требований

Разделы с 1405.6 по 1405.9 Международного строительного кодекса (IBC) признают потенциальные проблемы, возникающие из-за различного движения между кирпичной кладкой и деревянными несущими конструкциями, ссылаясь на Раздел 6.1 TMS 402 / ACI 530 / ASCE 5.

ACI 530 включает несколько требований к анкерной облицовке из каменной кладки, которые вытекают из основного требования, изложенного в Разделе 6.1.2 «Проектирование анкерованной облицовки», в котором говорится:

Анкерный шпон должен соответствовать требованиям Раздела 6.1.6 и должны быть разработаны рационально в соответствии с разделом 6.2.1 или детализированы в соответствии с предписывающими требованиями раздела 6.2.2.

Раздел 6.1.6 «Общие требования к дизайну» включает требование «Спроектировать и детализировать облицовку с учетом дифференциального движения». Это всеобъемлющее требование, которое возлагает на проектировщиков бремя определения величины ожидаемого дифференциального движения посредством анализа и соответствующей детализации облицовки, независимо от того, спроектирована ли она путем рационального анализа или с использованием предписывающего подхода.

Раздел 6.2.2 «Предписательные требования к анкерной облицовке из каменной кладки» ACI 530 включает требования к анкеровке кирпичного шпона и, что наиболее актуально для предмета дифференциального движения, Раздел 6.2.2.3 «Вертикальная поддержка анкерованной каменной облицовки» требует, чтобы высота закрепленного шпона с деревянной основой не должна превышать высоту над негорючим основанием: 30 футов у плиты или 38 футов у фронтона. Этот предел устанавливает максимально допустимую высоту с использованием предписывающих деталей без проведения рационального анализа.Принимая высоту от пола до пола от 10 до 12 футов, код практически ограничивает вертикальную высоту кирпичной кладки только тремя этажами без дальнейшего анализа.

Рис. 2. Пример конструкции типа III-A.

Многие конструкции с деревянным каркасом относятся к типу III-A, которые возвышаются на четыре или пять этажей над фундаментом или основанием подиума. Эти здания требуют рационального проектирования опоры для кирпичной кладки в соответствии с требованиями Раздела 6.2.1 «Альтернативный дизайн анкерного шпона кладки».«Стены большей высоты также требуют компенсации пропорционально большей разницы перемещений между анкерным шпоном и опорой из деревянного каркаса. Рациональный анализ должен исследовать потенциальную величину движения и включать детали внешней стены, которые могут выдержать ожидаемое движение. Остальные разделы этой статьи могут помочь дизайнерам при рациональном проектировании или детализации внешних стен с использованием предписывающих требований.

Методы количественной оценки дифференциального движения

Для правильной детализации частей стены, соединяющей кирпичную кладку и опорную конструкцию (например,g., анкеры для облицовки кирпичной кладкой, окна, механические отверстия), чтобы приспособиться к движению, проектировщики должны сначала количественно оценить ожидаемое дифференциальное движение.

Для того, чтобы понять, какое движение может происходить между кирпичной кладкой и опорной деревянной конструкцией, проектировщики должны изучить конструкцию конструкции, рассчитать предполагаемое сокращение древесины и добавить эффекты роста кирпичной кладки к предполагаемому укорачивание деревянного каркаса для определения полного дифференциального движения.

Суммарный перепад перемещений между кирпичной кладкой и опорной структурой с деревянным каркасом можно оценить с помощью следующего простого уравнения:

(Δ _{влажность кирпича} + Δ _{температура кирпича}) + (Δ _{усадка при высыхании древесины} + Δ _{ползучесть древесины}) = Δ _{дифференциал}

В этом уравнении левая скобка представляет вклад роста кирпича, а правая скобка представляет вклад укорочения древесины.

Общий расчетный рост кирпича включает Δ _{, влажность кирпича} для необратимого роста кирпича с течением времени с увеличением содержания влаги и Δ _{, температура кирпича} для роста кирпича с повышением температуры. Общее расчетное сокращение деревянного каркаса включает Δ _{усадку при сушке древесины} для сокращения древесины из-за высыхания от влажности при установке до равновесного содержания влаги и Δ _{ползучесть древесины} для сокращения деревянного каркаса из-за зависящей от времени деформации при длительной длительной нагрузке.Диапазон температур кирпичной кладки представляет собой разницу между низкой и высокой средней температурой кирпичной кладки после строительства и основан на низких и высоких температурах наружного окружающего воздуха.

Другие факторы способствуют дифференциальному движению, но их можно считать незначительными по сравнению с этими механизмами. Например, кирпич ползет при длительной нагрузке, но степень его укорочения из-за ползучести кирпича невелика. После того, как каркас достигает своего равновесного содержания влаги, тепловое расширение влажной древесины (содержание влаги более 5 процентов), как правило, сводится на нет усадкой при сушке из-за дополнительной потери влаги.Обрамление также укорачивается из-за зазоров в конструкции. В статьях Альфреда Камминса и Доминика Маттери говорится, что это поселение деревянного каркаса составляет до 1/8 дюйма на этаж. Однако это значение трудно предсказать, и некоторые зазоры могут исчезнуть по мере того, как здание нагружается во время строительства и перед кладкой кирпича, что снижает его влияние на дифференциальное движение.

Внешняя обшивка и внутренняя отделка имеют тенденцию ограничивать и, следовательно, уменьшать количество укорочения древесины, но это ограничение зависит от типа и расположения этих компонентов, и на него не следует полностью полагаться.Ниже приведены примерные расчетные количества роста кирпича и укорочения древесины для баллонов и каркасов платформ без учета ограничений, связанных с обшивкой и отделкой. Обратите внимание, что хотя в расчетах принимаются расчетные значения роста кирпича и усадки древесины на основе применимых руководящих принципов, эти расчетные значения могут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от фактических обстоятельств проекта.

Рост кирпича

В новом строительстве ожидается движение кирпичной кладки. Значения в Таблице 1-1 отражают движение свободной кирпичной кладки из-за изменений температуры и влажности в летние месяцы, когда расширение кирпича из-за изменения температуры является наибольшим.

Таблица 1-1 — Расширение кирпича

Примечание. Приведенные выше расчеты предполагают высоту этажа 10 футов.

В приведенных выше расчетах учитывается температурный диапазон кирпичной кладки 100 ° F и коэффициент расширения от влаги 5 × 10 ^-4 дюймов / дюйм. в соответствии с рекомендациями Технического примечания 18 Ассоциации производителей кирпича.

В приведенных выше расчетах также учитывается коэффициент теплового расширения 4 × 10 ^-6 дюймов / дюйм / ° F, как рекомендовано ACI 530.Эти и другие ресурсы, такие как Masonry Designers ’Guide, предоставляют дизайнерам альтернативные коэффициенты расширения, основанные на отраслевых рекомендациях.

Укорочение дерева

Рис. 3 — Обрамление платформы.

Для количественной оценки усадки древесины из-за изменения содержания влаги Δ _{усадка при сушке древесины} дизайнеры могут обратиться к Справочнику по древесине, опубликованному Министерством сельского хозяйства США, в котором описывается усадка обычных пород древесины на основе изменения содержания влаги и коэффициентов изменения размеров. в зависимости от вида и ориентации зерна.Среднеэтажные жилые и многоцелевые здания обычно включают деревянный каркас, ориентированный в форме шара, аналогичный традиционному обрамлению шарами. Малоэтажные жилые дома часто возводятся с платформенным каркасом (рисунок 3).

Приблизительные значения укорочения пола из-за изменения содержания влаги и ползучести для типичных сборок приведены в таблице ниже. Деформация усадки для элементов, нагруженных поперек волокон древесины, таких как пластины и балки, значительно выше, чем у стоек, нагруженных параллельно волокнам древесины.Расчеты конструкции баллона предполагают наличие двух головных пластин и одной пластины подоконника на каждом этаже, в то время как расчеты конструкции платформы предполагают наличие двух опорных пластин, одной пластины подоконника и перекрытий пола 2 × 10 на каждом этаже.

Таблица 1-2 Укорачивание древесины

Примечание: в приведенных выше расчетах предполагается, что высота этажа составляет 10 футов.

Приведенные выше расчеты также рассматривают южную сосну в среднеатлантическом регионе с влажностью на момент установки 19 процентов и равновесной влажностью 12 процентов.Проектировщик должен использовать соответствующие значения и свойства для условий окружающей среды для своего местоположения. Значения в Таблице 1-2 выше не включают поправку на оседание строительных зазоров в деревянном каркасе.

В летние месяцы средняя температура кирпича будет максимальной за год. Накопление влаги, расширение кирпича, усадка при высыхании древесины и ползучесть древесины со временем увеличиваются. Кумулятивное расширение кирпичной кладки и сокращение деревянного каркаса с течением времени, учитываемое в течение лета, приводит к общему максимальному разностному расчетному перемещению между кирпичной и деревянной подпорными системами следующим образом:

Таблица 1-3 — Суммарное дифференциальное перемещение (с учетом конструкции баллона)

Примечание. Значения в приведенной выше таблице представляют собой теоретические и, вероятно, ожидаемые верхние границы перемещений для конструкций с баллонным каркасом, с использованием предположений, указанных выше для кирпичной кладки и дерева.Теоретические движения для обрамления платформы выше этих. По нашему опыту фактические движения будут меньше вычисленных. Отчасти это различие связано с ограничением усадки и расползания древесины за счет внутренней отделки.

Влияние дифференциального движения на детализацию проникновения

Дифференциальное перемещение между облицовкой и опорой легко устранить в глухих каменных стенах. Кирпичная облицовка должна быть прикреплена анкерами для кирпичной облицовки проволочного типа, которые входят в зацепление с опорной пластиной и допускают вертикальное перемещение анкера по отношению к опорной пластине без ущерба для несущей способности анкера.Эти анкеры могут обеспечивать несколько дюймов вертикальной регулировки, что в первую очередь предназначено для облегчения установки кирпичного шпона, но, если анкеры намеренно установлены с соответствующим зазором, они могут позволить проволочному анкеру скользить вверх вместе с облицовкой кирпичной кладки, оставаясь при этом включенным. опорная пластина.

Окна и двери, балконы и механические проходы, такие как вентиляционные отверстия сушилки и муфты блока PTAC, которые будут перекрывать подкладку и кирпичную облицовку, сложнее, чем анкеровка стен без проникновения.Стратегии компенсации движения включают в себя возможность изгиба пенетрантов между конструкцией и кирпичной облицовкой или возможность скольжения кирпичной облицовки вокруг них. После определения необходимого зазора между пенетрантом и облицовкой из кирпича на основе ожидаемого общего кумулятивного дифференциального движения, облицовка из кирпича должна быть установлена с таким зазором вокруг каждого проникновения или оконного проема. Образовавшиеся щели должны быть закрыты, чтобы защитить уязвимую опорную конструкцию, включая водостойкий барьер здания и оклады по периметру окна, а также чтобы они были эстетически приятными и при этом допускали вертикальное движение.Требование большого перемещения препятствует установке герметичных швов разумного размера, поэтому зазоры должны быть заполнены перекрывающимися элементами гидроизоляции или отделки, которые могут скользить друг по другу и детализированы, чтобы не допустить попадания воды и насекомых. Следующие ниже схемы охватывают некоторые типичные случаи. В этих примерах не рассматривается устойчивость этих деталей к проникновению воды и воздуха — это важные соображения для всех деталей корпуса, но выходящие за рамки данной статьи.

Инжир.4 — Оконная головка.

Оконная перемычка: В оконных перемычках движение кирпичного шпона вверх приведет к открытию зазора между нижней стороной стальной перемычки и оконной рамой. После того, как окно встроено в водостойкий барьер стены, над оконной головкой можно установить декоративную деталь, изготовленную из прочного листового металла или синтетической деревянной плиты, которая соответствует внешнему виду оконной рамы. По мере того как стальная перемычка со временем перемещается вверх, обнажается все большая часть этой отделки.

Рис. 5- Оконный косяк.

Оконный косяк: Вдоль оконного косяка движение кирпичной облицовки вверх приводит к сдвиговому движению между кирпичом и окном. Этим перемещением можно управлять с помощью L-образной металлической детали для закрытия полости, которая прикреплена к опоре вдоль косяка. Кирпичная кладка закончена до закрытия.

Подоконник: Требуемый зазор между подоконником и кирпичной кладкой приводит к открытию окна, выходящему в небо, которое необходимо закрыть куском металлической планки, предотвращающей попадание воды, и

Инжир.6- Подоконник.

интегрируется с наличником оконного косяка. Большая опущенная вниз ножка декоративной детали представляет собой значительный эстетический компромисс по сравнению с каменными подоконниками или уключинами из кирпичной кладки, которые традиционно используются для этой детали.

Рис. 7 — Механическое проникновение.

Механические проходки: Обычно они выходят за пределы лицевой стороны кладки, а необходимые зазоры по периметру проходной втулки могут быть закрыты гидроизоляционным воротником, который проходит по кирпичной кладке.

Сводка

В последние годы увеличилось количество зданий с деревянным каркасом, облицованных многоэтажным кирпичом без промежуточных опор под действием силы тяжести. Такая конфигурация может привести к значительному разнице вертикальных перемещений между облицовкой и опорой. Проектировщики должны рассчитывать предполагаемое дифференциальное перемещение для каждого проекта. Детали ограждения здания должны учитывать организацию конструкции, чтобы успешно выдерживать движение.Во избежание повреждения компонентов фасада, которые охватывают опору и облицовку, конструкция ограждения этих зданий должна включать эффективные меры, учитывающие это движение.

Энтони Никастро , P.E., старший сотрудник II, является членом группы строительных технологий Simpson Gumpertz & Heger Inc. Роберт Антес , сотрудник II, имеет двухлетний опыт работы в группе проектирования конструкций в SGH. Скотт Сильвестр , P.E., является ассоциированным директором SGH. Никлас Вигенер , P.E., является старшим директором и главой подразделения SGH.

Детали оконной головки в наружных кирпичных стенах

Джонатан Тейлор

В большинстве современных зданий из кирпича, кирпичной кладки поддерживается через проемы снаружи стены из железобетона, армированные незаметно скрытая кирпичная кладка или стальная перемычка кожей кирпичной кладки.Часто руководитель открытие никак не выражается, и даже в традиционной архитектуре, кирпичные арки часто облицовываются хитроумно оформленная перемычка. Это современный подход к дизайну кирпичной кладки кардинально отличается от традиционные методы строительства, в которых перемычка или арка почти всегда выражались.


	Арки из полихромного кирпича в здании зернохранилища, Бристоль (1869 г., Понтон и Гоф)

	Редкий пример раннее окно без либо перемычка или арка; кирпичная кладка кажется поддерживаться тяжелым окно с деревянными балками одна рамка

Даже в самом простом, самом функциональном типы зданий, в том числе скромные террасы и склады, перемычки и арки над двери и оконные проемы часто разработано, часто тонко, но тем не менее обеспечение важного элемента детализации в фасад.Добавление существенного подоконника под окном и явная арка, перемычка или карниз вверху, подчеркнули его высоту и элегантность, уменьшающая видимый разрыв между окно выше. Этот вертикальный акцент жизненная составляющая в ритме многих 18 и террасы 19 века, создавая прочные вертикальное расположение по горизонтали линии крыш и окон, струнные ряды и уличные или садовые особенности, способствующие персонаж уличной сцены, а также характер отдельного окна или дверного проема.Важность таких деталей не может быть завышено: даже простейшая сегментарная дуга детали могут существенно повлиять на видимая высота окна, намного больше важности, чем сумма его скромного компоненты могут подсказать.

ЛИНТЕЛЬ

Самый простой способ поддержки кирпичной кладки над проемом — использовать перемычку — горизонтальный структурный элемент.Камень и для этой цели обычно использовалось дерево в прошлом. Камень, будучи относительно слабым в натяжение, можно было использовать только на узких пролетах. Однако эту проблему можно было преодолеть. разделив более широкие окна на несколько «фонарей», разделенных каменными столбами или «миллионами».

Эта форма конструкции обычно связаны со средневековой архитектурой и самые ранние окна, подлежащие остеклению.Перемычки из грубой древесины часто встречаются в каменные коттеджи, во многом из-за нынешней моды на демонтаж этих построек оказывать. Однако они встречаются реже. в кирпичных домах. После лондонского пожара внешние структурные деревянные конструкции рассматривались как опасность пожара, и даже створчатые окна были задвинули в свои оконные проемы так что их створчатые коробки (пустотелые коробки на любая сторона, которая содержала грузы) могла быть аккуратно заправленным за внешнюю оболочку кирпичная кладка.

Появление серийного производства кованых железные балки после промышленной революции позволили создать гораздо большие проемы в кирпичных стенах. Типичные приложения включают промышленные здания, конюшни и витрины, особенно в викторианский период, когда лучи чаще всего маскировались облицовка из крашеного дерева. В архитектуре витрины, эта балка или «брессумер» стала неотъемлемая часть сложных конструкций, которые возникла в конце 18-19 вв. с карнизами, пилястрами и стойлом стояки.Жалюзи, ставни и оконные решетки были часто включается в пространство под брессумер, над самим окном.

В конце 19 — начале 20 века, терракота часто использовалась для декоративных детали, такие как оконные и дверные рамы в кирпичных домах. Маленькие твердые блоки терракота по сути такая же, как лепная кирпичи. Однако большие блоки терракоты которые выглядят очень похоже на большие блоки резных камень по размеру и форме, обычно изготавливались из полых горшков, вылепленных на видимой стороне только и залит бетоном.В таком виде терракота часто служила заполнением и облицовкой вокруг железного каркаса.

Плоские перекрытия также могут быть созданы с использованием разгрузочная арка, заполненная кирпичной кладкой внизу и с бревном прямо над окном Рамка. Этот метод обычно использовался где был облицован или облицован кирпичный фасад с лепниной, которая позволила создать окно обрамлять карнизами и формованные косяки (см. статью Яна Константинидеса и Линн Хамфрис о внешней штукатурке).

АРКИ



	Вверху: сломанная сегментная дуга, демонстрирующая силу конструкции такого типа: чтобы арка провалилась как у него есть кирпичи сами пришлось взламывать (Фото: Charterbuild)

Хотя обычно считается римлянином развитие, вероятно, самое раннее известное использование арок перекрыть отверстия было около 4000 г. до н.э. Вавилон.Однако именно римляне действительно использовали потенциал устройства как структурный элемент, а в Великобритании арки имеют обычно использовались как средство охвата окна и дверные проемы в любой период архитектуры с тех пор, с прекрасными примерами Резной дверной проем в романском и нормандском стиле арки в частности. Самая простая форма, полукруглая арка уступила место более сложным формам арки включая заостренную арку, обычно связанную с готической архитектурой и более поздней готикой возрождения, и в конечном итоге к квартире и сегментарные дуги, возникшие в конце 17-го века.

Арка состоит из мелких элементов например, кирпичи, склеенные в растворе. Это работает перенос груза в стороны и вниз, от ключевого камня по центру до косяков стен внизу. Как структура только работает по завершении кирпичные арки обычно построенный на деревянном каркасе или бывшем известное как «центрирование», которое удаляется после раствор достаточно схватился.

Существует две формы арки. строительство: «сегментное» и «грубое». в корпус сегментарной арки, кирпич или камень блоки специально сделаны так, чтобы они сужается к радиусу (или радиусам в случае арка с более чем одним центром), с параллельными стыки между. Быть шире вверху, чем внизу эти «voussoirs», как единицы называются, выпадать не могут.Однако в в случае грубой арки именно раствор сужается, а не кирпичи, а арка опирается на сцепление кирпичей и раствора для его сила. Эта форма строительства была обычно считается хуже, чем специально конические вуссуары, как конструктивно, так и эстетически, а грубые арки обычно скрыт от глаз за рендером. (Остерегаться при проведении ремонтных и консервационных работ.Один из симптомов нехватки квалифицированные каменщики сегодня это неспециалист строители часто используют эту форму строительства при ремонте или замене более тонких работ.)

Вуссуары арок из сегментного кирпича можно сделать, разрезая обычные кирпичи на месте с валиком и стамеской, отделка топором или «клатчем» каменщика. Более точные результаты могут быть достигнуты за счет использования «специальных» изделий нужной формы.Производители кирпича производят их либо разрезав кирпич в зеленом состоянии перед обжиг, или с помощью формы специальной формы. Однако точность была ограничена, поскольку некоторые деформация при сушке и обжиге была почти неизбежный.

Конец 17 — начало 18 вв. были высшей точкой в эволюции кирпичная кладка. Технологии изготовления улучшенная, с добавлением глины, лучшая лепка и более равномерная стрельба, что привело к большему постоянство по форме и размеру.Один из самые интересные разработки, где арки обеспокоены введением мерная кирпичная кладка, техника которой была популяризировал сэр Кристофер Рен в конкретный. Эта форма кирпичной кладки была сделана обычно используются мягкие глиняные кирпичи с мелкой текстурой называется «каучуки». Для конического вуссуара арка, резина была впервые сформирована путем трения на плоской плоскости из жернового камня, пока он точно подогнанный деревянный коробка, открытая сверху и с одной или нескольких сторон.Это позволило разрезать открытое лицо до сложный профиль при необходимости, включающий молдинги арки, используя лучковую пилу, и все неровности затем были сглажены. Вся арка была выложена на полу на сайт до необходимого размера в качестве компонентов были сделаны, чтобы убедиться, что все компоненты установлены правильно, с равномерно расположенные стыки.

Калиброванная кладка позволила использовать очень тонкие стыки, чтобы стыки не нарушить внешний вид мелкой лепнины. Техника широко использовалась в тонкой архитектура грузинского и викторианского периоды, и некоторые из лучших примеров могут можно увидеть в сложной кирпичной кладке Возрождение Тюдоров в конце 19 века (показано ниже).

Плоские вуссуары часто наслоились. в чистой известковой замазке, образуя аккуратный белый излучающие линии, подчеркивающие геометрию арки.Этот эффект широко имитировали. использование гораздо более дешевой кирпичной кладки с «острием». Для этой техники черновые и обрезные кирпичные арки были заподлицо с раствором того же цвет как кирпич, чтобы два слились вместе, чтобы быть почти неразличимыми. Затем, пока раствор был еще свеж, тонкая полоска аккуратно ударил по центру сустава и залить чистой известковой замазкой.Примерно по форме и искаженные кирпичи таким образом приобрели аккуратный кромки мерной кирпичной кладки. Побочный продукт улучшения в производстве кирпича на этом время было широкое использование сегментарных и плоские арки.


	Слева: терракотовая арка конца XIX века в Тисбери, Уилтшир.В центре: типичная плоская сегментная арка с красной резиной и известковой замазкой. суставы, начало 19 века. Справа: арки и рельефы из натертого кирпича, украшающие террасный дом в Коллингемские сады, Лондон (около 1880 г.)

УГРОЗЫ И ВЫЗОВЫ

Пожалуй, самые большие угрозы штрафу детали, которые придают зданиям характер самоуспокоенность и невежество.Ремонт, когда они проводятся, часто делаются используя неподходящие методы, которые на самом деле вызвать дальнейшее ухудшение. Кирпичные фасады иногда закрашивал, скрывая тонкие вариации цвета и текстуры, которые так важны для их характера и запирают влага. Твердые цементные растворы обычно используется вместо традиционных, гораздо более мягких известковые растворы.Оба изменения могут вызвать кирпичная кладка портиться. Другие типичные причины повреждения включают методы очистки обычно используется, повреждение ржавчиной, вызванное металлом крепления и повреждения от замерзания после насыщения например, через переполненные желоба.

Где оконные перемычки и арки не удалось, устранение неисправностей без снижения нагрузки могут быть контрпродуктивными.По усиление кирпичной кладки над проемом возможна переделка самой кирпичной кладки в перемычку, уменьшая напряжение в арке или перемычка внизу. Этого можно добиться вполне просто введя узкую нержавеющую сталь стержней в швы раствора выше, чтобы перекрыть ширина проема и переориентация так, чтобы они невидимы снаружи. Какой-то специалист компании также разработали технику внедрения стержней с резьбой из нержавеющей стали через сами кирпичи.Эти стержни затем прикрепить к пластинам по обе стороны от отверстие с гайками, которые можно затянуть пост-напряжение их. Таким образом, кирпичная кладка действует в сжатие, в то время как сталь несет растяжение силы.


	Замена натертого кирпича и некоторых инструментов, использованных для его изготовления, в том числе открытая коробка и карборундовый блок, используемый для трение (фотография любезно предоставлена Nimbus Conservation Ltd)

Всегда следует выполнять перенаправление используя раствор, соответствующий составу оригинала.В старых зданиях это будет обычно означает использование известкового раствора, часто с местный песок или заполнитель. Эти минометы относительно пористые и расширяются и сжимаются до степень, которая не может сравниться с современными цементные растворы. Перефокусируясь с жесткой цементный раствор может создавать напряжения через облицовка кирпичной кладки, нанося края кирпичи растрескаться и рассыпаться.Они также блокируют попадание влаги, что может привести к повреждению от мороза и кристаллизация солей, в результате чего кирпичная кладка крошить.

Как и многие другие исторические здания, важно, чтобы консультанты и все привлеченные подрядчики имеют опыт ведения дел с историческими и традиционными материалами. это недостаточно, чтобы человек был членом профессиональная организация или торговая ассоциация, если эти жизненно важные особенности должны быть поняты и за должным уходом.

Преподавание химии с кубиками LEGO®

Учителя разрабатывают уникальные учебные пособия, чтобы привлечь студентов к изучению химии. Идеальные учебные пособия — это инструменты, которые учащиеся могут с удовольствием использовать, повторно использовать и которые можно создать без использования специальных инструментов. Учебные пособия на основе LEGO ^® удовлетворяют всем этим требованиям. Учителя химии использовали кирпичи для иллюстрации основных химических понятий.Более того, с конца 1990-х годов Кэмпбелл и его коллеги активно писали о пособиях по химии на основе LEGO, и несколько групп до сих пор настойчиво сообщают о них. Основное внимание в этом обзоре уделяется применению кубиков LEGO в обучении химии. В этом обзоре описываются учебные пособия на основе LEGO, которые легко создать и которые могут быть полезны читателям с точки зрения создания новых учебных пособий. Поскольку кубики LEGO обладают разнообразием форм и цветов, с их помощью можно создавать различные учебные пособия, включая периодические таблицы, молекулярные модели, модели структуры полимеров и каркасы для измерительных приборов ручной работы.Модели полимерной структуры обычно трудно построить с помощью типичных молекулярных моделей шарообразного типа; однако их можно легко построить из кубиков LEGO. Кирпичи подходят для изготовления измерительных приборов ручной работы из-за их универсальности и компьютерного интерфейса, а также отсутствия необходимости в специальных инструментах.

Иллюстрации основных химических концепций с моделями LEGO

Для студентов 21-го века, которые могут искать и смотреть что угодно в Википедии и YouTube, соответственно, следует предлагать как можно больше уроков химии с уникальными учебными пособиями.Учителя химии регулярно разрабатывают учебные пособия, чтобы заинтересовать учащихся. Это увлекательная работа, хотя и сложная. Кубики LEGO и предыдущие отчеты, представленные здесь, могут помочь учителям разрабатывать новые учебные пособия.

Периодическая система элементов

Сущность химии заключена в периодической таблице. Использование кубиков LEGO для создания забавной таблицы Менделеева значительно подстегнет интерес студентов к химии. Кунцлеман и его коллеги сообщили об очень приятной информационно-просветительской деятельности, в ходе которой ученики построили периодическую таблицу из 114 элементов, используя более 6000 деталей из кубиков LEGO (Kuntzleman et al., 2013). Символ каждого элемента был нанесен на квадратную пластину LEGO размером 16 гвоздей × 16 гвоздей, которые были размечены цветом (красный для щелочных металлов и зеленый для галогенов). Поскольку кирпичи были угловатыми, было сложно нарисовать с их помощью символы круглых элементов, такие как «Будь». Однако они решили эту проблему, создав квадратную пластину 16 шипов × 16 шипов. Созданная LEGO таблица Менделеева послужила основой для многих тем, касающихся элементов. Согласно их отчету, автор построил таблички с символами трех элементов, соответствующими инициалам аббревиатуры моего университета, Osaka Sangyo University (OSU) (рис. 1).Каждая пластина была значимой, следовательно, периодическая таблица из 114 из них, должно быть, была подавляющей.

Рисунок 1:

Таблички с символами трех элементов: O, S и U.

Три состояния материи

Большой круг химических тем, от старших классов средней школы (возрастная группа 14–18 лет) до первокурсников / второкурсников (возрастная группа 18–20 лет) был объяснен с помощью моделей из кубиков LEGO. Три состояния материи можно проиллюстрировать простой комбинацией кубиков LEGO (Гейер, 2017), а именно нескольких круглых пластин 1 × 1 и пластины 6 × 10.На рисунках 2a – c показаны твердое, жидкое и газообразное состояния вещества соответственно. Круглые пластины представляют собой частицы, а также учитывают легкость удаления их с большой пластины. Модель LEGO проста и понятна, что делает ее отличным учебным пособием.

Рисунок 2:

Модели Brick, иллюстрирующие три состояния вещества: (а) твердое, (б) жидкое и (в) газообразное состояния.

Плотность

Плотность, тема, тесно связанная с химией, также знакомится с учащимися с помощью кубиков LEGO (Kuntzleman, 2015).Модель включает 17% -ный рассол, 2-пропанол, минифигурку LEGO, четыре части желтого кирпича 1 × 2 и четыре модели LEGO, которые были построены из синих кирпичей 1 × 2 и синей пластины 1 × 2, помещенных в прозрачную бутылку, хорошо взболтать и дать отстояться. После этого мини-фигурка и четыре желтых кирпича размером 1 × 2 плавали в рассоле, а четыре синих модели LEGO плавали в 2-пропаноле (рис. 3). Детали LEGO, которые были изготовлены из акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), плавали в 17% -ном рассоле и погружались в 2-пропанол.Разница между деталями LEGO, которые плавали в рассоле, и моделями LEGO, которые плавали в 2-пропаноле, вызвана захватом воздуха моделями LEGO. Типичная пластиковая бутылка на 500 мл имеет маленькое отверстие (внутренний диаметр около 22 мм) и не может вместить минифигурки LEGO с большим головным убором. Груз был прикреплен к ногам минифигурки так, чтобы ее голова была обращена вверх в воде. Однако учителя должны обращаться осторожно, потому что 2-пропанол — токсичное, легковоспламеняющееся соединение с запахом.

Рисунок 3:

Эксперимент с плотностью: (а) сразу после встряхивания, (б) после выдерживания в течение 10 мин и (в) после выдерживания в течение 20 мин.

Кулоновская сила

Кулоновская сила, одно из важнейших знаний в изучении химии, была визуализирована с помощью инструмента, который был собран из кубиков LEGO (Hendrix & Prilliman, 2018). Рама для крепления магнитов и измерительного прибора построена из кирпичей.Из кирпичей можно было построить прочную раму, которая могла бы противостоять магнитному отталкиванию. Кроме того, кирпичи были немагнитными и, следовательно, были оптимальной рамой для измерения силы между магнитами.

Молекулярная масса

Хадсон, Кац и их коллеги сообщили о деятельности по обучению зеленой химии, в которой молекулярная масса молекулы H ₂ SO ₄ была проиллюстрирована путем сборки пластин LEGO (Hudson et al., 2016). Атомы водорода, кислорода и серы были представлены двумя белыми пластинами 1 × 1, четырьмя красными пластинами 4 × 4 и одной желтой пластиной 4 × 8 соответственно.Количество стоек на каждой пластине соответствовало атомному весу, т. Е. H = 1, O = 16 и S = 32. Две белые пластины 1 × 1 были прикреплены к двум из четырех красных пластин 4 × 4, а четыре красных пластины 4 × 4 были уложены друг на друга на желтой пластине 4 × 8, чтобы представить молекулярную массу молекулы H ₂ SO ₄ (рис. 4). В исходной статье для иллюстрации атомов водорода использовались кирпичи 1 × 1, а не пластины 1 × 1, потому что студенты могут легко получить травмы, когда небольшая пластина, прикрепленная к другой, будет удалена.Учителя должны разрабатывать LEGO, исходя из потребностей обучения, но при этом учитывая безопасность.

Рисунок 4:

Модель Брика для иллюстрации молекулярной массы H ₂ SO ₄.

Порядок облигаций и правило октетов

Можно построить несколько простых молекулярных моделей, используя белый кирпич размером 1 × 2 в качестве атома водорода. Точно так же серый, синий и красный кирпич 2 × 4 можно использовать в качестве атомов углерода, азота и кислорода соответственно (рис. 5а) (Lin et al., 2018). Однако, когда учителя пытаются изобразить большие молекулы, соответствующие модели LEGO имеют тенденцию быть длинными (рис. 5b). Поэтому учителям важно сообщить ученикам, что молекулярные модели LEGO могут иметь формы, которые сильно отличаются от их реальных молекулярных структур. Поэтому предпочтительно использовать молекулярную модель LEGO в сочетании с иллюстрациями ChemDraw ^® и типичными молекулярными моделями. Кроме того, эти модели LEGO можно использовать для обучения порядку связывания и правилу октетов.В молекулярной модели воды (рис. 5а, слева) в красном кирпиче было восемь гвоздей, представляющих кислород, и четыре из них были заняты двумя кубиками, которые представляли атомы водорода. Эта модель показала, что атом кислорода молекулы воды связан с двумя атомами водорода двумя одинарными связями и обладает двумя нековалентными электронными парами. В молекулярной модели углекислого газа (рис. 5а, в центре) красный и серый кирпичи были сложены друг с другом через четыре стойки, что указывает на то, что кислород и углерод образуют двойную связь в двуокиси углерода.Аналогичным образом было построено несколько молекулярных моделей, о которых сообщили другие группы (Profbonomi, 2017).

Рисунок 5:

Модели молекулярной структуры Brick (а) воды, диоксида углерода и аммиака (слева направо) и (б) крупномолекулярного l-карнитина [(3R) -3-гидрокси-4- (триметилазанил) бутаноат].

Валентности ионов и состав солей

Об активности на основе LEGO по изучению валентностей типичных ионов и составов простых солей сообщили Раддик и Паррилл (Ruddick & Parrill, 2012).В этом задании кубики LEGO, представляющие катионы и анионы, были выделены по цвету. Количество гвоздей в каждом кубике LEGO соответствовало валентности ионов. Следовательно, Ca ²⁺, O ^2-, Al ³⁺ и P ^3- были представлены 1 × 2 желтыми, 1 × 2 синими, 1 × 3 желтыми и 1 × 3 синими кирпичами. соответственно (рис. 6а). Задание было интуитивно понятным и ожидаемо высокоэффективным. Автор также попытался построить модели кирпича, чтобы представить Al ₂ O ₃, Ca ₃ P ₂, AlP и CaO (рис. 6b).Для наглядности кирпичи были промаркированы символами элементов с помощью принтера этикеток. При наклеивании на кирпич стикеров следует учитывать те, которые легко отслаиваются. Одно из преимуществ кубиков LEGO — простота удаления их из модели и повторного использования в других моделях. Соответственно, желательно не маркировать, не красить, не резать и не сверлить кубики LEGO.

Рисунок 6:

Кирпичные модели катионов и анионов (а) и солей (б).

Периодические свойства элементов и теория молекулярных орбиталей

Дабке и его коллеги сообщили о нескольких учебных пособиях на основе LEGO для иллюстрации периодических свойств и электронных конфигураций элементов и теории молекулярных орбиталей (Melaku, Schreck, Griffin, & Dabke, 2016). Кубики были разработаны как учебные пособия для слепых и слабовидящих студентов. Однако они были полезны для всех учеников старших классов и студентов старших курсов.Основываясь на своем отчете, автор построил модель LEGO, чтобы проиллюстрировать электроотрицательность элементов второго и третьего ряда (рис. 7). Из этой модели студенты могли легко заметить, что значения электроотрицательности элементов второго и третьего ряда сильно различаются. Значения электроотрицательности, согласно Полингу, составляют 2,55 для C, 3,04 для N, 3,44 для O и 3,98 для F (Электроотрицательность, Википедия, н.о.). Эта модель представляет собой трехмерную таблицу Менделеева. Автор также построил модель LEGO, чтобы проиллюстрировать формирование молекулярных орбиталей путем объединения атомных орбиталей O ₂ (рис. 8).Модель LEGO содержала резинки для облегчения понимания энергетической диаграммы. Поскольку модель LEGO была небольшой, учителя должны были продемонстрировать движение кубиков на проекторе и раздать одни и те же модели всем ученикам.

Рисунок 7:

Модель кирпича, иллюстрирующая значения электроотрицательности элементов второго и третьего ряда.

Рисунок 8:

Кирпичные модели атомной (а) и молекулярной (б) орбиталей O ₂.

Координационные связи и хелатный эффект

Кэмпбелл и его коллеги представили координационные связи и хелатные эффекты между ионами металлов и органическими лигандами, используя уникальную модель, в которой кубики LEGO сочетаются с магнитами (Campbell, Freidinger, & Querns, 2001). Модели LEGO, представляющие ионы металлов и органические лиганды, были построены из кубиков LEGO разного цвета и прикреплены к разным ориентациям магнитов. На рисунке 9 показана модель LEGO, иллюстрирующая квадратно-строгальную, линейную и Т-образную координационные геометрии, построенную в соответствии с отчетом Кэмпбелла.В модели квадратного рубанка металлический центр (красные кирпичи) был окружен двумя монодентатными лигандами (желтые кирпичи) и хелатным лигандом (оранжевые кирпичи). Модель LEGO требовала двух частей, которые не были произведены в этой работе: цилиндрического магнита [73092] и плитки держателя магнита 2 × 2 [2609] (числа в скобках являются официальными каталожными номерами кубиков LEGO, применимыми к указанным ниже ). Взаимодействие между магнитами было недостаточно сильным, чтобы удерживать блоки вместе. Конечно, есть много способов загрузить магнит на кирпич LEGO; следовательно, учителям не обязательно использовать именно эти части.Эта модель может быть использована для представления линейной и Т-образной координационной геометрии, хотя они не могут представлять тетраэдрическую и октаэдрическую геометрии. Построить тетраэдр из прямоугольных кубиков LEGO очень сложно.

Рисунок 9:

Кирпичные модели (а) плоской квадратной, (б) линейной и (в) Т-образной координационной геометрии. Черные части представляют собой цилиндрический магнит и плитку держателя магнита 2 × 2. Красные, желтые и оранжевые кубики обозначают ион металла и монодентатный и хелатный лиганды соответственно.

Самостоятельная сборка

Самосборку в супрамолекулярной и координационной химии можно проиллюстрировать с помощью учебного пособия, демонстрирующего самопроизвольную сборку нескольких кубиков LEGO, плавающих вверх ногами в воде (Исследование наномира с кубиками LEGO ^®, 2008). Эта интересная идея пришла также к Кэмпбеллу и его коллегам (рис. 10). Учителя должны плавать кубики LEGO постепенно, чтобы они не утонули. Поскольку кубики LEGO можно собирать быстро, лучше всего позволить ученикам выполнять плавание.

Рисунок 10:

Кирпичи, иллюстрирующие самосборку: (а) четыре и (б) семь сборок кирпичей.

Фотолитография

Фотолитография, одна из самых последних технологий, была проиллюстрирована простой сборкой кубиков LEGO (Гарви и др., 2008). Фотолитографический метод состоит из пяти процессов (рис.11): (а) нанесение фоторезиста (желтый кирпич) на вещество (красный), (б) маскирование фоторезиста фотошаблоном (синий) и его экспонирование светом. , (c) использование проявителя для удаления фоторезиста, (d) травление или осаждение на открытых участках подложки, и (e) смывание остаточного фоторезиста.Когда учителя намереваются схематично объяснить учащимся сложные химические реакции или процессы, для их иллюстрации лучше использовать компьютерное программное обеспечение, такое как Illustrator или PowerPoint. Однако, как правило, сложно нарисовать твердую фигуру, и иногда легче нарисовать и объяснить с помощью кубиков LEGO, чем с помощью программных приложений.

Рисунок 11:

Кирпичные модели для иллюстрации фотолитографической техники.Буквы соответствуют буквам в тексте для обозначения различных процессов.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Сообщалось о двух мероприятиях, направленных на внедрение механизма AFM с использованием кирпичей LEGO. Один из них применялся к учащимся старших классов, а другой — к первокурсникам, второкурсникам и ученикам старших классов. В первом случае поверхность материала, сканированная с помощью АСМ, была выражена моделями LEGO (Goss, Brandt, & Lieberman, 2013).Наоборот, в последнем случае работа AFM была воспроизведена с помощью модели LEGO, которая управлялась и контролировалась компьютером (Olson et al., 1999). Одна из особенностей, которая делает кубики LEGO привлекательными, заключается в том, что их можно использовать по-разному, в зависимости от класса ученика (по классу и способностям). Интересно, что даже с целью иллюстрации механизма одного и того же инструмента это учебное пособие может быть очень разнообразным.

Иллюстрации химических структур с моделями LEGO

Хотя кубики LEGO не подходят для иллюстрации структур дискретных молекул, как описано выше, они подходят для представления периодических структур, таких как кристаллические и полимерные структуры.Напротив, типичные молекулярные модели шарообразного типа хороши для описания форм дискретных молекул, хотя и не годятся для описания периодических структур. Иными словами, модели LEGO и шарик-палка дополняют друг друга. Использование абстрактных моделей LEGO может облегчить понимание учащимися взаимосвязей между структурами и свойствами материалов. Более того, объединение их в лекции углубит понимание студентами.

Полиэтилен

Сообщалось о информационно-пропагандистской деятельности с использованием кирпичей LEGO для внедрения синтеза и переработки пластмасс, в которой в качестве мономера этилена использовался кирпич 2 × 4, а некоторые из кирпичей были соединены, чтобы проиллюстрировать полиэтилен (рис. 12) (Enthaler, 2017).Модель полиэтилена может быть легко возвращена обратно к мономерам этилена. В этом отчете рекуперация энергии объясняется уникальным подходом, включающим сжигание кирпичей с помощью газовой горелки. Более того, должно быть, на студентов произвело впечатление горение кирпичей. Однако учителя должны быть осторожны, потому что при горении кирпичей LEGO образуется вредный газ.

Рисунок 12:

Модель кирпича из полиэтилена и соответствующая структурная формула.

полидиметилсилоксан

Полидиметилсилоксан используется в качестве фармацевтической и пищевой добавки. Кэмпбелл и его коллеги построили полидиметилсилоксановую модель, объединив простые кубики LEGO (Campbell, Miller, Bannon, & Obermaier, 2011). Попытка построить модель полидиметилсилоксана с помощью типичной молекулярной модели шарика и ручки потребовала бы нескольких наборов, и модель была бы хрупкой. Один из способов заинтересовать учеников — использовать созданную ими впечатляющую модель LEGO.Однако эта модель затрудняет понимание взаимосвязи между кубиками LEGO и соответствующими им атомами. Студенты будут блуждать между моделью LEGO и соответствующей иллюстрацией ChemDraw, чтобы понять свои отношения.

Полисахариды

При обучении студентов взаимосвязи между структурой и свойствами полимеров эффективно рассматривать, например, полисахариды, включая амилопектин, амилозу и целлюлозу (Horikoshi, 2017).Различия и сходства между амилопектином, амилозой и целлюлозой были проиллюстрированы с помощью моделей на основе LEGO. Амилопектин и амилоза образуют спиральные структуры (рис. 13), в то время как целлюлоза имеет зигзагообразную структуру (рис. 14). Различия объясняются различной структурой их мономеров: α — d -глюкоза и β — d -глюкоза, соответственно. В α — d -глюкоза, которая является мономером, составляющим амилопектин и амилозу, группа ОН на C1 присоединена вниз к шестичленному кольцу (Рис. 15a), тогда как в β — d -глюкоза, i.е., мономер целлюлозы, группа ОН на C1 связана вверх с шестичленным кольцом (рис. 15b). В этой модели используется редкая пластина 1 × 2 с ручкой на конце [60478] и еще одна пластина 1 × 2 с зажимом на конце [63868]. Следовательно, увеличение длины полимерной цепи является дорогостоящим. При использовании такой большой модели LEGO учителя должны объяснять учащимся различие между основными и укрепляющими частями модели. Кроме того, при использовании этой модели необходимо соблюдать осторожность, чтобы не сломать ее.

Рисунок 13:

Модель кирпича амилозы и соответствующая структурная формула: (а) сверху и (б) виды сбоку.

Рисунок 14:

Модель кирпича из целлюлозы и соответствующая структурная формула: (а) собранная конструкция и (б) отдельная цепочка.

Рисунок 15:

Brick модели и соответствующие структурные формулы (а) α -d-глюкозы и (б) β -d-глюкозы.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Существует множество примеров, в которых структура двойной спирали ДНК была проиллюстрирована кубиками LEGO (например, «Точная структура ДНК из Японии», без даты). Поиск изображений в Google по запросу «LEGO, ДНК и модель» вернет несколько спиральных моделей. В качестве типичного примера известна модель спирали ДНК LEGO, построенная Эриком Харшбаргером (веб-сайт Эрика Харшбаргера LEGO ^®, н. Д.). Кроме того, кубики LEGO используются в качестве инструмента для объяснения схемы секвенирования ДНК, в которой четыре основания, A, G, C и T, составляющие ДНК, представлены цветными кубиками 1 × 1 (Macori, Romano, Decastelli , & Коттер, 2017).

Иллюстрации химических реакций с моделями LEGO

На самом деле существует несколько практических учебных пособий, которые могут эффективно объяснить химические реакции (Fieberg, 2012). Чтобы научить студентов химическим реакциям, учителя химии должны писать схемы реакций на досках или проектировать схемы реакций, нарисованные ChemDraw, на слайдах. Однако множество схем реакций на доске может отбить у студентов желание заниматься химией. Поэтому учителям химии следует периодически использовать уникальные учебные пособия.Кроме того, было сообщено о нескольких лекциях, объясняющих химические реакции с помощью учебных пособий на основе LEGO.

Уравновешивание химического уравнения и сохранения массы

кубиков LEGO также можно использовать для обучения методам балансирования химических уравнений и расчета сохранения масс. Студенты могут изучать эти две темы во время просмотра видео на YouTube (Керр, 2020; Скарборо, 2016; The 8 Orange Community * ранее 8 Gold *, 2017). В отличие от общих молекулярных моделей, молекулярные модели кубиков LEGO могут легко удалять атомы из молекулы.Лекторы в видеороликах YouTube используют это преимущество, чтобы преподавать эти две темы в простой для понимания манере.

Химическое равновесие и кинетика

Хатчисон и его коллеги сообщили о деятельности, в которой используется основанный на открытиях метод с кубиками LEGO для улучшения понимания учащимися химического равновесия (Cloonan, Nichol, & Hutchinson, 2011). В этом упражнении использовалось 50 желтых кирпичей 2 × 2 и 50 зеленых кирпичей 2 × 2 в коробке. Желтые кирпичи представляли атомы A, а зеленые — атомы B.Связь между A и B представляет собой образование молекулы AB. Студенты участвовали в этом мероприятии в группах по четыре человека. Из четырех в каждой группе один собрал два кирпича, A и B, чтобы построить AB, другой разобрал AB на A и B, третий смешал кирпичи, а последний измерил время. Через некоторое время реакционная система из кубиков LEGO достигла равновесия. Благодаря этой работе студенты наблюдали и понимали состояние равновесия. О подобной активности сообщила другая группа (Xian & King, 2020).

Химическое равновесие и кинетика были описаны с использованием учебного пособия на основе кубиков LEGO, прозрачных коробок для компакт-дисков и бусин. Это учебное пособие было разработано для демонстрации тем путем наблюдения за бусинками, пересекающими барьер, сделанный из кирпичей LEGO. Это учебное пособие было очень простым и являлось отличным инструментом для объяснения двух химических концепций (Campbell, Brewer, Martinez, & Fitzjarrald, 2017).

Гомогенно-каталитические реакции

Неожиданно как старшекурсникам, так и аспирантам понравилось изучать каталитические циклы, используя учебные пособия на основе LEGO.Профессор Негиси объяснил универсальность катализируемых палладием реакций кросс-сочетания, используя выражение «игровой подход LEGO» в своей лекции по химии (Нобелевская лекция Ei-ichi Negishi, 2010). Автор и его сотрудники использовали модели LEGO для объяснения четырех гомогенных каталитических реакций, включая катализируемую палладием реакцию кросс-сочетания (рис. 16) (Horikoshi, 2015a), реакцию метатезиса олефинов, катализируемую комплексом рутений и карбен (рис. 17) ( Horikoshi, Kobayashi, & Kageyama, 2014), асимметричное гидрирование, катализируемое BINAP-комплексом рутения (рис. 18) (Horikoshi, 2015b), и катализируемая металлоценом полимеризация пропилена (рис. 19) (Horikoshi, Kobayashi, & Kageyama, 2013).Все модели показали, что активные частицы (катализатор) не изменились ни до, ни после каталитических реакций. Кроме того, использование кубиков LEGO для определения формы катализатора облегчило понимание его молекулярной конструкции. Некоторые кубики LEGO в этих моделях содержали магниты, которые притягивали другие кубики LEGO, содержащие магниты. Это магнитное соединение между кубиками LEGO было легко прикрепить и отсоединить, и оно использовалось для обозначения удаляемых связей, а именно координационных связей, окислительного добавления и восстановительного удаления.Механизмы и эффекты стерических препятствий гомогенного катализа сложно проиллюстрировать с помощью инструментов химического рисования, и их нелегко представить с помощью молекулярных моделей шарообразного типа. Типичная молекулярная модель шарика и палки не подходит для представления химических реакций, таких как восстановительное отщепление, потому что удалить составляющие шарики атомов сложно. На самом деле, поскольку сложно объяснить детали механизма реакции с помощью только моделей LEGO, химический рисунок и типичные молекулярные модели были эффективно объединены.В этих моделях использовалось меньше обычных кирпичей, например, поворотный стол 2 × 2 [3680c02] и пластина 2 × 2 с канавкой и 1 штифтом в центре [87580]. Следовательно, распространение этих кирпичных моделей среди всех студентов будет относительно дорогостоящим.

Рисунок 16:

Модель Брика и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая каталитический цикл реакции кросс-сочетания, катализируемой палладием.

Рисунок 17:

Модель Брика и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая реакцию полимеризации метатезиса олефинов, катализируемую рутением-карбеновым комплексом, с раскрытием цикла (ROMP).

Рисунок 18:

Модель Брика и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая корреляцию между комплексом BINAP-рутениевый и впоследствии образованный β -гидроксиэфир.

Рисунок 19:

Модель кирпича и соответствующая структурная формула, иллюстрирующая корреляции между структурой металлоценового катализатора и стереорегулярностью полипропилена.

Конструкции инструментов ручной работы из кубиков LEGO

Когда студенты сами конструируют измерительные приборы ручной работы, они, как правило, глубоко понимают механику прибора и тщательно анализируют результаты (Albert, Tobt, & Davis, 2012). Кирпичи LEGO подходят в качестве материала для инструментов ручной работы, потому что есть множество деталей и специальных инструментов, которые не нужны для создания собранных каркасов.

LEGO-кирпичики изготовлены из АБС-пластика, и их можно повредить некоторыми органическими растворителями, такими как ацетон. При использовании кубиков LEGO в лаборатории необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать воздействия органических растворителей. Если поверхность кирпича загрязнилась, ее следует протереть тряпкой, смоченной водой или этиловым спиртом.

Спектрофотометр, колориметр, флуориметр и поляриметр

Несколько групп разработали практические занятия с инструментами ручной работы, используя кубики LEGO, чтобы помочь ученикам понять фундаментальные концепции различных аналитических инструментов (Albert, Tobt, & Davis, 2012; Bouza, Nastou, Panigyraki, & Makedonas, 2019).Квиттинген и его коллеги сообщили о конструкции следующих аналитических инструментов из комбинации кубиков LEGO и светодиодов для химического образования: видимого фотометра (Kvittingen, Kvittingen, Sjursnes, & Verley, 2016), колориметра (Asheim, Kvittingen, Kvittingen, & Verley, 2014) и фосфоресцентный анализатор (Kvittingen, Kvittingen, Melø, Sjursnes, & Verley, 2017). Ссылаясь на отчеты Квиттингена, автор построил три инструмента на основе LEGO (рис. 20). Каждый прибор имел одинаковую базовую конструкцию, в которой большая пластина LEGO была оснащена кубиками 2 × 2, 2/3 от верхнего края, для крепления кварцевых ячеек и перфорированными кубиками 1 × 2 [3700] для крепления светодиодов.Примечательно, что не рекомендуется резать или красить кубики LEGO, когда они используются для игры. Из трех аналитических инструментов LEGO фотометр видимого диапазона имел простейшую конструкцию. Светодиод для излучения видимого света и светодиод для обнаружения света были расположены и закреплены так, чтобы обращать внимание на перфорированные кирпичи поперек кварцевой ячейки. Простой фотометр можно использовать для иллюстрации работы спектрофотометров ультрафиолетового и видимого (УФ-видимого диапазонов), которые широко используются в химических экспериментах.Колориметр на основе LEGO может содержать две кварцевые ячейки, расположенные рядом, на большой пластине LEGO. Этот инструмент можно использовать для обучения закону Бера – Ламберта. Фосфоресцентный анализатор LEGO был оснащен светодиодом для обнаружения длинноволнового света в направлении, перпендикулярном пути коротковолнового света. После создания одного инструмента учитель мог разобрать его компоненты и построить два других. Это удобно, потому что светодиоды были прочно прикреплены к перфорированным кубикам LEGO.Другая группа сообщила об учебном пособии, разработанном на основе аналогичной концепции. Модели LEGO легко воссоздать; следовательно, студенты могут строить свои собственные модели методом проб и ошибок. Недавно Квиттинген и Сюрснес сообщили о конструкции поляриметра с использованием кубиков LEGO в качестве основы для студенческих экспериментов (Kvittingen & Sjursnes, 2020). Они использовали этот инструмент для измерения оптического вращения меда, сиропов и эфирных масел. Как и в вышеупомянутых приборах, в этом поляриметре использовались перфорированные блоки размером 1 × 2 [3700] для защиты светодиодов.Он также использовал перфорированные кирпичи 1 × 2 и часть штифта [3673] для фиксации транспортира и пластикового циферблата.

Рисунок 20:

Центральные части LEGO-спектрофотометра (а), колориметра и (в) флуориметра.

Полноценный спектрофотометр видимого диапазона и флуоресцентный микроскоп

В некоторых упражнениях, в которых студенты построили полноценный спектрофотометр видимого диапазона (Bougot-Robin, Paget, Atkins, & Edel, 2016; Knagge & Raftery, 2002; Wilson & Wilson, 2017) и флуоресцентный микроскоп (Varra et al., 2020), кубики LEGO использовались в качестве каркаса инструментов или держателей для фиксации таких компонентов, как щель, зеркало, призма и кварцевая ячейка. В некоторых сообщениях в кирпичике LEGO просверливали отверстие для создания движущейся части спектрометра. Примечательно, что не рекомендуется сверлить отверстия при использовании кубиков LEGO вне образования. Однако доступно несколько компонентов петель, которые следует рассмотреть для использования, хотя они довольно дороги. Есть также сообщения об инструментах на основе LEGO, которые используют LEGO Mindstorms (Hosker, 2018) и сенсоры смартфонов (Kocanda, Wilke, & Ballantine, 2010) в качестве фотоприемников.Производительность инструментов ручной работы сравнивали с характеристиками коммерческих инструментов. Очевидно, что ручные инструменты показали более низкую точность измерения, чем коммерческие, хотя они показали достаточную точность для образовательных целей. Кроме того, инструменты ручной работы, безусловно, были лучшими для образовательных иллюстраций.

Инструменты исследования

Кристус и его коллеги сообщили об учебном пособии, в котором широко использовались функции LEGO Mindstorms (Anunson, Winkler, Winkler, Parkinson, & Christus, 2013).Учебное пособие, получившее название «SHArK», аббревиатура от Solar Hydrogen Activity Research Kit, было разработано для изучения комбинаций полупроводников, которые могут быть фотокатализаторами разложения воды. Благодаря такой продуманной конструкции модель SHArK превратилась из учебного пособия в инструмент исследования.

инструментов ручной работы LEGO используются в области химического образования и передовых исследований. Они, в сочетании с Mindstorms, могут использоваться в качестве автоматических сборщиков фракций в системах высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Caputo, Lyles, Salazar, & Quave, 2020), системы сопряжения между тонкослойной хроматографией (ТСХ) и масс-спектрометром окружающей среды. (AMS) (Cheng et al., 2012) и перистальтические насосные системы в микрофлюидной платформе (Conde et al., 2014). Также сообщалось о преимуществах ручного инструмента, созданного путем объединения моделей LEGO с материалами для 3D-печати (Owens & Hart, 2018). В будущем эти инструменты могут быть использованы в химическом образовании.

Ссылки

Альберт Д. Р., Тодт М. А. и Дэвис Х. Ф. (2012). Недорогой количественный абсорбционный спектрофотометр. Журнал химического образования , 89 , 1432–1435.https://doi.org/10.1021/ed200829d. Искать в Google Scholar

Анунсон, П. Н., Винклер, Г. Р., Винклер, Дж. Р., Паркинсон, Б. А., и Кристус, Дж. Д. С. (2013). Вовлечение студентов в совместный проект по поиску недорогих и стабильных материалов для солнечного фотоэлектролиза. Журнал химического образования , 90 , 1333–1340. https://doi.org/10.1021/ed300574x. Искать в Google Scholar

Asheim, J., Kvittingen, E. V., Kvittingen, L., & Verley, R.(2014). Простой малогабаритный колориметр LEGO со светодиодом, который используется в качестве детектора. Журнал химического образования , 91 , 1037–1039. https://doi.org/10.1021/ed400838n. Искать в Google Scholar

Буго-Робен, К., Пэджет, Дж., Аткинс, С. К., и Эдель, Дж. Б. (2016). Оптимизация и конструкция спектрометра поглощения, управляемого с помощью Raspberry Pi, для улучшения аналитических навыков. Журнал химического образования , 93 , 1232–1240.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b01006. Искать в Google Scholar

Bouza, M.-E., Nastou, A., Panigyraki, C., & Makedonas, C. (2019). Внедрение спектрофотометрии в школьной лаборатории с использованием кирпичей LEGO и светодиодов. Международный учитель химии , 1 , 20180012. https://doi.org/10.1515/cti-2018-0012. Искать в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Фрейдингер, Э. Р. и Квернс, М. К. (2001). Самопроизвольная сборка магнитных кубиков LEGO. Учитель-химик , 6 , 321–323.https://doi.org/10.1007/s00897010517a. Поиск в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Миллер, Дж. Д., Бэннон, С. Дж., И Обермайер, Л. М. (2011). Исследование наномира с помощью кубиков LEGO. Журнал химического образования , 88 , 602–606. https://doi.org/10.1021/ed100673k. Искать в Google Scholar

Кэмпбелл, Д. Дж., Брюер, Э. Р., Мартинес, К. А., и Фицьярральд, Т. Дж. (2017). Использование бусинок и разделенных контейнеров для изучения кинетических и равновесных изотопных эффектов в лаборатории и в классе. Журнал химического образования , 94 , 1118–1123. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b01004. Искать в Google Scholar

Caputo, M., Lyles, J. T., Salazar, M. S., & Quave, C. L. (2020). Коллектор фракций LEGO Mindstorms: недорогой инструмент для препаративной системы высокоэффективной жидкостной хроматографии. Аналитическая химия , 92 , 1687–1690. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b04299. Искать в Google Scholar

Cheng, S.-C., Huang, M.-Z., Wu, L.-C., Chou, C.-C., Cheng, C.-N., Jhang, S.-S., & Shiea, J. ( 2012). Строительные блоки для разработки интерфейса для высокопроизводительной тонкослойной хроматографии / масс-спектрометрического анализа окружающей среды: зеленая методология. Аналитическая химия , 84 , 5864–5868. https://doi.org/10.1021/ac301178w. Искать в Google Scholar

Cloonan, C. A., Nichol, C. A., & Hutchinson, J. S. (2011). Понимание кинетики химической реакции и равновесия с помощью взаимосвязанных строительных блоков. Журнал химического образования , 88 , 1400–1403. https://doi.org/10.1021/ed1010773. Искать в Google Scholar

Conde, A. J., Batalla, M., Cerda, B., Mykhaylyk, O., Plank, C., Podhajcer, O.,… Policastro, L. (2014). Создание непрерывного потока магнитолипосом в недорогой портативной микрофлюидной платформе. Лаборатория на чипе , 14 , 4506–4512. https://doi.org/10.1039/c4lc00839a. Искать в Google Scholar

Нобелевская лекция Эй-ичи Негиси.(2010). Получено в июле 2020 г. по адресу https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2010/negishi/lecture/ . Ищите в Google Scholar

Электроотрицательность, из Википедии, бесплатной энциклопедии. (нет данных). Получено в июле 2020 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity . Ищите в Google Scholar

Enthaler, S. (2017). Иллюстрирует производство пластмасс и переработку пластмасс в конце срока службы с помощью взаимосвязанных строительных блоков. Журнал химического образования , 94 , 1746–1751.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00888. Выполните поиск в Google Scholar

Веб-сайт LEGO ^® Эрика Харшбаргера. (n.d.) Получено в июле 2020 г. с сайта http://www.ericharshbarger.org/lego/index.html . Ищите в Google Scholar

Изучение наномира с помощью кубиков LEGO ^®. (2008). Получено в июле 2020 г. по адресу https://chem.beloit.edu/edetc/LEGO/index.html . Искать в Google Scholar

Fatemah, A. Rasool, S., & Habib, U. (2020). Интерактивная трехмерная визуализация диаграмм химической структуры, встроенных в текст, для облегчения процесса пространственного обучения студентов. Журнал химического образования , 97 , 992–1000. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00690. Ищите в Google Scholar

Fieberg, J. E. (2012). Визуализация хода реакции, геометрии и нестабильности переходного состояния. Журнал химического образования , 89 , 1174–1177. https://doi.org/10.1021/ed100977e. Ищите в Google Scholar

Fourches, D., & Feducia, J. (2019). Работа с трехмерной печатью под руководством студентов на курсах больших лекций: практическое руководство. Журнал химического образования , 96 , 291–295. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.8b00346. Поиск в Google Scholar

Гарви, К. Дж., Хаммер, Д. М., Прасертчунг, С., Гомар-Надаль, Э., Хайнс, Д. Р., Миллер, Дж. Д. и Кэмпбелл, Д. Дж. (2008). Демонстрация фотолитографии с кубиками LEGO. Учитель-химик , 13 , 348–350. https://doi.org/10.1333/s00897082169a. Ищите в Google Scholar

Гейер, М. Дж. (2017). Использование взаимосвязанных игрушечных строительных блоков для оценки концептуального понимания химии. Журнал химического образования , 94 , 202–205. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00551. Искать в Google Scholar

Goss, V., Brandt, S., & Lieberman, M. (2013). Аналоговый атомно-силовой микроскоп: измерение, моделирование и построение графиков для средней школы. Журнал химического образования , 90 , 358–360. https://doi.org/10.1021/ed200704j. Ищите в Google Scholar

Hendrix, S.P., & Prilliman, S.G. (2018). Измерение силы между магнитами по аналогии с законом Кулона. Журнал химического образования , 95 , 833–836. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00580. Искать в Google Scholar

Horikoshi, R. (2015a). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: катализируемые палладием реакции кросс-сочетания арилгалогенидов с замещенными гетероатомом аренами. Журнал химического образования (CEJ) , 17 , 101. Поиск в Google Scholar

Хорикоши, Р. (2015b). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: комплекс BINAP-рутений, катализируемый асимметричным гидрированием. Журнал химического образования , 92 , 332–335. https://doi.org/10.1021/ed500484u. Ищите в Google Scholar

Horikoshi, R. (2017). Иллюстрация взаимосвязей структура-свойства с помощью взаимосвязанных моделей строительных блоков: амилопектин, амилоза и целлюлоза. Учитель-химик , 22 , 191–194. https://doi.org/10.1333/s00897172774a. Искать в Google Scholar

Хорикоши, Р., Кобаяши, Ю., & Кагеяма, Х. (2013). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: корреляция между структурой металлоценового катализатора и стереорегулярностью полипропилена. Журнал химического образования , 90 , 620–622. https://doi.org/10.1021/ed200871c. Искать в Google Scholar

Хорикоши, Р., Кобаяши, Ю., & Кагеяма, Х. (2014). Иллюстрация катализа с взаимосвязанными строительными блоками: комплекс карбена рутения для реакций метатезиса олефинов. Журнал химического образования , 91 , 255–258. https://doi.org/10.1021/ed400413k. Ищите в Google Scholar

Hosker, B. S. (2018). Демонстрация принципов спектрофотометрии путем создания простого, недорогого, функционального спектрофотометра, использующего датчик освещенности на смартфоне. Журнал химического образования , 95 , 178–181. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00548. Искать в Google Scholar

Hudson, R., Leaman, D., Kawamura, K. E., Esdale, K. N., Glaisher, S., Bishop, A., & Katz, J. L. (2016). Изучение показателей зеленой химии с помощью взаимосвязанных молекулярных моделей из строительных блоков. Журнал химического образования , 93 , 691–694. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00696. Искать в Google Scholar

Kerr, S.(2020). Моделирование химических реакций . Получено за декабрь 2020 г. с https://www.youtube.com/watch?v=ntt12_mnK_E. Искать в Google Scholar

Knagge, K., & Raftery, D. (2002). Создание и оценка спектрофотометра LEGO для использования студентами. Учитель-химик , 7 , 371–375. https://doi.org/10.1007/s00897020615a. Ищите в Google Scholar

Kocanda, M., Wilke, B.M., & Ballantine, D. S. (2010). Использование робототехнических комплектов LEGO Mindstorms NXTTM в качестве спектрофотометрического инструмента. Международный журнал интеллектуальных датчиков и интеллектуальных систем , 3 , 400–410. https://doi.org/10.21307/ijssis-2017-400. Искать в Google Scholar

Kuntzleman, T. S. (2015). Бутылка с динамической плотностью: практическое руководство по изучению плотности. Журнал химического образования , 92 , 1503–1506. https://doi.org/10.1021/ed500830w. Искать в Google Scholar

Kuntzleman, T. S., Rohrer, K. N., Baldwin, B.W .; Кингсли, Дж., Шерер, К. Л., Сэйерс, Д. К., и Уэст, В. Б. (2013). Создание аннотированной таблицы Менделеева из взаимосвязанных строительных блоков: национальная неделя химии для людей всех возрастов. Журнал химического образования , 90 , 1346–1348. https://doi.org/10.1021/ed300849k. Искать в Google Scholar

Kvittingen, L., & Sjursnes, B.J. (2020). Демонстрация основных свойств и применения поляриметрии с использованием поляриметра собственного изготовления. Журнал химического образования , 97 (8), 2196–2202.https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00763. Искать в Google Scholar

Квиттинген, Э. В., Квиттинген, Л., Сюрснес, Б. Дж., И Верли, Р. (2016). Простой и недорогой УФ-фотометр, использующий светодиоды как в качестве источника света, так и в качестве детектора. Журнал химического образования , 93 , 1814–1817. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00156. Искать в Google Scholar

Квиттинген, Э. В., Квиттинген, Л., Мелё, Т. Б., Сюрснес, Б. Дж., И Верли, Р. (2017). Демонстрация основных свойств спектроскопии с использованием комбинированного флуориметра и УФ-фотометра собственного изготовления. Журнал химического образования , 94 , 1486–1491. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.7b00121. Ищите в Google Scholar

Lauwaert, M. (2008). Играйте нестандартно — с игрушками LEGO и меняющимся миром конструирования. История и технология , 24 , 221–237. https://doi.org/10.1080/073415108010. Искать в Google Scholar

Лин, Х. Дж., Лехоанг, Дж., Кван, И., Багаи, А., Прасад, П., Ха-Чен, С. Дж.,… Вудс, Дж. Д. (2018).Кубики LEGO и правило октетов: молекулярные модели биохимических путей из пластмассовых, взаимосвязанных игрушечных кубиков. Биохимия и молекулярная биология Образование , 46 , 54–57. https://doi.org/10.1002/bmb.21090. Ищите в Google Scholar

Lipkowitz, D. (2018). Книга LEGO . Нью-Йорк: DK Publishing Limited. Искать в Google Scholar

Macori, G., Romano, A., Decastelli, L., & Cotter, P. D. (2017). Создайте прочтение: практическое задание для ознакомления студентов-микробиологов с секвенированием ДНК и биоинформатикой следующего поколения. Журнал микробиологии и биологии образования , 18 (3), 1. https://doi.org/10.1128/jmbe.v18i3.1363. Искать в Google Scholar

Мелаку, С., Шрек, Дж. О., Гриффин, К., и Дабке, Р. Б. (2016). Сцепляющиеся игрушечные строительные блоки в качестве практических учебных модулей для слепых и слабовидящих студентов-химиков. Журнал химического образования , 93 , 1049–1055. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00252. Искать в Google Scholar

Olson, J.А., Кальдерон, К. Э., Дулан, П. В., Менгельт, Э. А., Эллис, А. Б., Лисенский, Г. К., и Кэмпбелл, Д. Дж. (1999). Химия с магнитами на холодильник: от моделирования наноразмерных характеристик до изготовления композитов. Журнал химического образования , 76 , 1205–1211. https://doi.org/10.1021/ed076p1205. Ищите в Google Scholar

Owens, C.E., & Hart, A.J. (2018). Высокоточная модульная микрофлюидика путем микроплавления блокируемых блоков, полученных литьем под давлением. Лаборатория на чипе , 18 , 890–901. https://doi.org/10.1039/c7lc00951h. Ищите в Google Scholar

Profbonomi (2017). Химия с LEGO® . Получено в июле 2020 г. с сайта https://www.youtube.com/watch?v=8RKjzYW5Bhg. Искать в Google Scholar

Ruddick, K. R., & Parrill, A. L. (2012). Задание № 113 в классе JCE: Работа с блокировками в написании формул ионных соединений. Журнал химического образования , 89 , 1436–1438.https://doi.org/10.1021/ed200513y. Искать в Google Scholar

Sanii, B. (2020). Создание файлов USDZ с дополненной реальностью для визуализации 3D-объектов на телефонах студентов в классе. Журнал химического образования , 97 , 253–257. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00577. Искать в Google Scholar

Савченков А.В. (2020). Разработка трехмерных моделей, которые можно распечатать по запросу и использовать со студентами для облегчения обучения молекулярной структуре, симметрии и связанным темам. Журнал химического образования , 97 , 1682–1687. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00192. Ищите в Google Scholar

Scarborough, L. (2016). QT строит химические уравнения с помощью Legos . Получено за декабрь 2020 г. с https://www.youtube.com/watch?v=pWZQvqtV3QY. Искать в Google Scholar

Точная структура ДНК из ЯПОНИИ. (нет данных). Получено за июль 2020 г. с сайта https://ideas.lego.com/projects/b4f75f16-d624-4129-aee9-d377dce10a7d . Ищите в Google Scholar

Образовательное сообщество LEGO ^® уже существует! (п.д.). Получено за июль 2020 г. с сайта https://education.lego.com/en-gb . Ищите в Google Scholar

The 8 Orange Community * ранее 8 Gold * (2017). Моделирование закона сохранения массы с помощью LEGO (Раузат, Ааширвад, Нико, Никхита) . Получено за декабрь 2020 г. с сайта https://www.youtube.com/watch?v=ib8SlorFqfQ. Искать в Google Scholar

Варра, Т., Симпсон, А., Роеслер, Б., Нильссон, З., Райан, Д., Ван Эрдевик, М.,… Самбур, Дж. Б. (2020). Самодельный смартфонный микроскоп для одночастичной флуоресцентной микроскопии. Журнал химического образования , 97 , 471–478. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00670. Ищите в Google Scholar

Xian, J., & King, D. B. (2020). Обучение темам кинетики и равновесия с использованием взаимосвязанных строительных кирпичей в практических занятиях. Журнал химического образования , 97 , 466–470. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00515. Ищите в Google Scholar

Wilson, M. V., & Wilson, E. (2017). Аутентичная работа в лаборатории инструментального анализа: создание прототипа спектрофотометра видимого диапазона. Журнал химического образования , 94 , 44–51. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.6b00515. Искать в Google Scholar

Определение, типы и конструкция кирпичной кладки

🕑 Время чтения: 1 минута

Определение кирпичной кладки Кладка из кирпича — это очень прочный вид строительства. Он построен путем систематической укладки кирпичей в раствор для создания прочной массы, выдерживающей действующие нагрузки. Есть несколько типов кирпича и количество растворов, которые можно использовать для строительства кирпичной кладки.Связь в кирпичной кладке, которая склеивает кирпичи вместе, производится путем заполнения швов между кирпичами подходящим раствором. При замешивании и укладке раствора следует соблюдать особые меры предосторожности, так как это сильно влияет на характеристики и долговечность конструкции кладки.
Виды кирпичной кладки
1. Кирпичная кладка в грязи
Грязь применяется для заполнения различных стыков кирпичной кладки.
Толщина шва 12 мм.
это самый дешевый вид кирпичной кладки
применяется для возведения стен максимальной высотой 4 м.
Рис. 1: Кирпичная кладка в грязи
2. Кирпичные работы в цементе Этот тип кирпичной кладки строится путем укладки кирпичей в цементном растворе, а не в глине, которая используется при кирпичной кладке в глине. Существует три основных класса кирпичной кладки в цементе, которые сведены в Таблицу 1. Таблица 1 Различные классы кирпичной кладки в цементе и их описания
Классы Описания
Первый класс
Используется цемент на известковом растворе,
Поверхность и края кирпича острые,
И толщина швов раствора не более 10мм.
Второй класс
Кирпич молотый формованный,
Кирпич шероховатый и слегка неправильной формы,
Толщина шва 12 мм.
Третий класс
Кирпич нетвердый, поверхность шероховатая, искаженная форма,
Используется для временных сооружений,
Используется в местах с небольшим количеством осадков.
Рис. 2: Кирпичная кладка из цемента
Виды кирпича Существуют различные типы кирпича, используемые при строительстве кирпичной кладки, в том числе:
Обожженный глиняный кирпич обыкновенный
Бетонный кирпич
Силикатный кирпич (силикатный кирпич)
Зола-унос, глиняный кирпич
Инженерный кирпич
Другие типы кирпича включают выпуклый, желобчатый, заглушенный, полый и пустотелый кирпич.
Рис. 3: Виды кладочного кирпича
Строительство кирпичной кладки
Материалы и оборудование, используемые при строительстве кирпичной кладки
Строительная смесь или кирпичи из кирпичной смеси
Рулетка
молоток
Шланг, уровень или теодолит
Мастерок уровень
Тачка
Очки защитные
Фуганок
И другое оборудование по проекту и личным предпочтениям
Подготовка для строительства кирпичной кладки
Проверьте уровень земли с помощью уровня, теодолита или прозрачного шлангового уровня.
Задайте макет конструкции.
Рис. 4: Схема расположения кладки
Обозначьте ось здания и выравнивание стен с помощью гипсового порошка, мела или аналогичного материала, разметив траншеи для фундамента.
После этого установить фундаментную стену, отвердить фундамент не менее двух суток перед началом строительства кирпичной кладки.
Разложите кирпичи в несколько штабелей по строительной площадке, чтобы сэкономить время и силы в дальнейшем.
Намочить кирпичи за несколько часов до работы.Это не только предотвращает впитывание слишком большого количества воды из раствора, но также улучшает сцепление кирпича и раствора.
Порядок строительства кирпичной кладки
Сначала смешайте раствор с водой и взбивайте до получения гладкого и пластичного раствора.
Рис. 5: Приготовление раствора
После этого равномерно нанести раствор кельмой по линии фундамента (для укладываемого раствора рекомендуется толщина 25 мм и ширина одного кирпича).
Затем положите первый ряд подрамников в раствор.Начните со второго кирпича, нанесите раствор на головной стык каждого кирпича. После этого плотно вставьте кирпичи на место так, чтобы раствор выдавился со всех сторон стыков.
Рис.6: кладка кирпича
Используйте уровень, чтобы проверить курс на правильную высоту. убедитесь, что кирпичи ровные и ровные.
Рис.7: Отвес кирпичной кладки
Рис. 8: Проверка уровня кирпичной кладки
Уложите еще одну ступеньку рядом с первой полосой, затем начните укладку второй ступени.
Используйте два полукирпича, чтобы начать второй, чтобы убедиться, что первые два ряда расположены в шахматном порядке для структурных целей.
Чтобы закончить второй ряд свинца, положите три верхних кирпича и убедитесь, что они ровные и ровные.
Третий и пятый ряды состоят из носилок, аналогичных первому. Четвертый курс начинается с одиночного заголовка, за которым следуют носилки. Используйте уровень, чтобы убедиться, что лидерство верно на каждом курсе. И, наконец, эта схема кладки кирпича используется до достижения заданной высоты.
Пункты, учитываемые при надзоре за строительством кирпичной кладки
При возведении кирпичной кладки необходимо соблюдать следующие моменты:
Используйте кирпичи хорошего качества.
Убедитесь, что ряды кирпича расположены строго горизонтально.
Следует регулярно проверять вертикальность стены с помощью отвеса.
При остановке работ кирпичную кладку следует оставлять с зубчатым концом.
Следует избегать использования кирпичных бит.
Не допускать подъема стен более чем на 1,5 м за один день.
Поднимите торцевые стыки на глубину от 12 до 20 мм, чтобы их можно было использовать в качестве ключа для оштукатуривания или заострения.
Кирпичную кладку необходимо регулярно выдерживать в течение 2 недель.
Толщина швов раствора должна составлять 10 мм по горизонтали и вертикали.
Рис.9: Кирпичная бита
Прочитайте больше: Допуски и качество изготовления армированной каменной кладки согласно ACI Контрольный список для строительства каменной стены
Двойная спираль каменной кладки — исследователи раскрывают секрет итальянских куполов эпохи Возрождения
Чему современная инженерия может научиться у бывшего ювелира, который построил самый большой из существующих куполов из каменной кладки? Строительство флорентийского кафедрального собора Филиппо Брунеллески было инженерным чудом более 500 лет, демонстрируя древние методы, которые по-прежнему содержат ценные идеи для современной инженерии.До сих пор оставалось загадкой, как ювелиру и скульптору удалось построить шедевр, который раздвинул границы возможного даже с использованием современных строительных технологий, и как мастера, последовавшие за Брунеллески, продолжили традицию.
Двойной локсодром состоит из рядов вертикальных кирпичей, пересекающих купол и заполненных горизонтальными кирпичами. Фактически, каждый ряд кирпичей создает структурный элемент, известный как пластина-лента, которая вклинивает внутренние кирпичи между вертикальными торцевыми заглушками.
Изображение предоставлено исследователями
В совместном исследовании, опубликованном в июльском выпуске журнала Engineering Structures за 2020 год, исследователи из Принстонского университета и Университета Бергамо раскрыли инженерные методы, лежащие в основе самонесущих каменных куполов, присущие итальянскому Возрождению. Исследователи проанализировали, как купола, такие как знаменитый собор, часть собора Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции, были построены как самонесущие, без использования обычно необходимых опор или форм.
«Нет ничего более трогательного, — сказал Аттилио Пиццигони, соавтор исследования, — чем прочтение легкости небес в камне в абсолютной и простой форме, такой как флорентийский купол».
Сигрид Адрианссенс, профессор гражданской и экологической инженерии в Принстоне, работала над анализом вместе с аспирантом Витторио Пэрис и Пиццигони, профессором инженерных и прикладных наук из Университета Бергамо. Их исследование является первым количественным доказательством того, что физика работает в итальянских куполах эпохи Возрождения, и объясняет силы, которые позволяют возводить такие конструкции без опалубки, которая обычно требуется даже для современного строительства.Раньше в этой области существовали только гипотезы о том, как силы протекают через такие здания, и было неизвестно, как они были построены без использования временных конструкций, удерживающих их во время строительства.
Для Adriaenssens проект поднимает два важных вопроса. «Как человечество может построить такое большое и красивое сооружение без какой-либо опалубки — в чем инновация механически?» она спросила. Во-вторых, «Чему мы можем научиться?» Есть ли какие-то «забытые технологии, которые мы можем использовать сегодня?»
Пластина-лента является неотъемлемым элементом, который распределяет силу по всему куполу, сохраняя форму и стабильность конструкции.
Изображение предоставлено исследователями
Подробный компьютерный анализ учитывает действующие силы вплоть до отдельных кирпичей, объясняя как достигается равновесие.Метод, называемый моделированием дискретных элементов (ЦМР), был использован для анализа конструкции на нескольких уровнях и этапах строительства. Анализ предельного состояния определяет общее состояние равновесия или стабильность завершенной конструкции. Эти испытания не только подтверждают механику конструкций, но также позволяют воссоздать методы современного строительства.
Исследователи заявили, что результаты могут быть особенно полезны в тех случаях, когда удаленное строительство, например с помощью дронов, может осуществляться с минимальными временными опорами.«С помощью этих исследований, — сказал Пиццигони, — мы стремимся приблизиться к моментам истории, когда единственной формой технологии, доступной человеку, была абстрактная рациональность геометрии. […] То, что мы, как дизайнеры, архитекторы и строители, можем извлечь из прошлого, — это знание структурного равновесия формы на основе геометрии материалов и их взаимных измерений в трехмерном пространстве ».
Древнеримская техника, используемая в стенах и очагах, называемая opus spicatum, напоминает единственный локсодром, используемый Брунеллески во флорентийском соборе.
Opus spicatum, рисунок К.Г. де Монтаузан. Купол Revolution и спиральный узор из елочки, рисунок F.C. Gurrieri.
Проверка физики купола
Специфической структурой, которую изучала группа, была Санта-Мария, в Сиэль д’Оро, Монтефьясконе, Италия. Суть их анализа заключается в геометрическом узоре кирпичей, используемых во всем внутреннем куполе, который, по-видимому, является стержнем, жизненно важным для создания самонесущей конструкции. Кирпичи образуют елочку, V-образный узор между горизонтальными полевыми кирпичами и вертикальными кирпичами в начале и конце горизонтальных рядов.Композиция создает линии из расположенных в шахматном порядке вертикальных кирпичей, которые проходят по диагонали через кривизну купола.
Полученная композиция представляет собой сложный спиралевидный узор из перекрестной елочки. По одной «елочкой» с левого и правого углов многократно пересекаются друг с другом, обеспечивая устойчивость внутренних кирпичей и сохраняя кривизну купола. Анализ исследователей по существу показал, что это двойная спираль опоры, которая распределяет и уравновешивает вес и тягу внутри конструкции.Эта система поперечно-ёлочных вен известна как двойная локсодромия.
Каждый ряд горизонтальных кирпичей продвигается наружу на вертикальные кирпичи в елочку, образуя ряды пластин-полос или прямых арок внутри двойного локсодрома. Физическое давление горизонтальных кирпичей на вертикальные блоки удерживает горизонтальные блоки на месте во время строительства и обеспечивает стабильность всей конструкции после завершения. Это ключ к устойчивости купола. Один из основных выводов исследователей заключается в том, что для куполов с радиальной геометрией узор из кирпича «елочкой» позволяет кирпичам заклинивать как пластины-полосы, а не скользить внутрь, что может привести к обрушению купола.
Простая, но гениальная физика, демонстрируемая структурой, «представляет собой элементарный акт, который превращает аморфный и инертный материал в знак жизни, который [мотивирует] напряженность между противостоящими силами и составляет их в их равновесии», — сказал Пиццигони. Купола итальянского Возрождения — это архитектурная форма, которая «осознает дисциплинарную сложность» сочетания идеалов «стабильности, красоты и полезности, которые лежат в основе инженерии, строительства и архитектуры», — сказал он.
От древнего строительства к современному
Хотя физика структуры больше не является основанием для серьезных дискуссий после этой вычислительной проверки, историческое происхождение техники «елочки» остается невыясненным. Поскольку Брунеллески не оставил после себя чертежей или строительных заметок, некоторые исследователи связывают эту технику с влиянием арабских и византийских куполов. Например, Пятничная мечеть (Масиджид-и Джами) в Ардестане в Исфахане, Иран, была построена с использованием техники около 1088 г.E., за столетие до постройки купола Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции.
Другие считают, что это происхождение является производным от римской техники, называемой opus spicatum, при которой кирпичи укладываются плотно в елочку, не требуя большого количества раствора. Такие кирпичные узоры обычно использовались в древнеримских и средневековых каминах в каменных очагах, чтобы предотвратить коррозию известкового раствора, которая возникает при воздействии тепла и пламени, или в качестве полевых кирпичей в стенах для повышения устойчивости.
Во флорентийском соборе Брунеллески использовал только одну спираль, поэтому линии вертикальных кирпичей не пересекались. Вместо этого они просто остаются параллельными, как в opus spicatum. Это не влияет на стабильность конструкции, и физика пластины-ленты по-прежнему является неотъемлемым элементом, который обеспечивает высоту, размер и стабильность флорентийского собора, а также позволяет строительство без опалубки.
Поскольку техника двойной локсодромии использовалась после Брунеллески мастерами Сангалло по всей Италии, в том числе в Св.Петра в Ватикане, это говорит исследователям о том, что купола Сангалло возникли в результате эволюции первоначальной единой локсодромной структуры Брунеллески. Архитекторы Сангалло построили множество двойных локсодромных куполов по всей Италии в эпоху Возрождения. По словам Париса, остается неизвестным, почему этот метод не использовался после 16 века.
Команда надеется воскресить эти забытые техники в настоящем. «Возможно, самый интригующий аспект таких исследований, — сказал Пиццигони, — это переосмысление будущего, определяемого строительными технологиями, от которых отказалась механическая наука.«Исследователи ожидают, что это исследование может иметь практическое применение для разработки методов строительства с использованием беспилотных летательных аппаратов и роботов. Использование этих беспилотных машин для строительства повысит безопасность рабочих, а также увеличит скорость строительства и снизит затраты на строительство.
Еще одно преимущество открытия новых строительных технологий из древних источников заключается в том, что это может принести пользу окружающей среде. «Строительная отрасль — одна из самых расточительных, поэтому это означает, что если мы ничего не изменим, будет намного больше строительного мусора», — сказал Адрианссенс, который заинтересован в использовании беспилотных летательных аппаратов для строительства крыш с очень большим пролетом, которые являются самонесущими и не требуют опалубки или опалубки.
«В целом, этот проект говорит о древнем повествовании о камнях, находящих равновесие в чуде разума, — сказал Пиццигони, — от купола Брунеллески до механических рычагов современной робототехники, где технологии перформативны для пространств и их социальных аспектов. использовать.»
Поддержка этого исследования была предоставлена Университетом Бергамо и Международным фондом Принстонского университета в Управлении по международным делам и операциям Принстонского университета.

Классы	Описания
Первый класс	Используется цемент на известковом растворе, Поверхность и края кирпича острые, И толщина швов раствора не более 10мм.
Второй класс	Кирпич молотый формованный, Кирпич шероховатый и слегка неправильной формы, Толщина шва 12 мм.
Третий класс	Кирпич нетвердый, поверхность шероховатая, искаженная форма, Используется для временных сооружений, Используется в местах с небольшим количеством осадков.

Конструктивные схемы зданий — Строительство зданий

Конструктивные схемы зданий

Конструктивные схемы зданий и сооружений

14. Конструктивные схемы кирпичных и панельных зданий. Основные конструктивные элементы.

Конструктивные схемы здании

Конструктивные схемы здании

С продольными и поперечными несущими. Определение несущей стены в доме, ее толщина, отличие от перегородки

1. Главные стены в доме из панелей

2. Несущие стены в зданиях из кирпича

Основные стены в «хрущевках» и «сталинках»

3. Здания-монолиты

Конструктивные системы и схемы жилых зданий из мелкоразмерных элементов.

Узнать еще:

Конструктивные элементы и схемы зданий.

Кладка против кирпичного шпона | Carson Dunlop Home Inspection

Конструкционный кирпич | Кирпич для сквозных стен от Belden

Преимущества стенового конструкционного кирпича

Конструкционный кирпич vs.Бетонная кладка

Облицовка деревянным каркасом кирпича

Определение дифференциального движения и решение возникающих проблем детализации.

Код требований

Методы количественной оценки дифференциального движения

Рост кирпича

Укорочение дерева

Влияние дифференциального движения на детализацию проникновения

Сводка

Детали оконной головки в наружных кирпичных стенах

Детали оконной головки в наружных кирпичных стенах

Джонатан Тейлор

ЛИНТЕЛЬ

АРКИ

УГРОЗЫ И ВЫЗОВЫ

Преподавание химии с кубиками LEGO®

Иллюстрации основных химических концепций с моделями LEGO

Периодическая система элементов

Рисунок 1:

Три состояния материи

Рисунок 2:

Плотность

Рисунок 3:

Кулоновская сила

Молекулярная масса

Рисунок 4:

Порядок облигаций и правило октетов

Рисунок 5:

Валентности ионов и состав солей

Рисунок 6:

Периодические свойства элементов и теория молекулярных орбиталей

Рисунок 7:

Рисунок 8:

Координационные связи и хелатный эффект

Рисунок 9:

Самостоятельная сборка

Рисунок 10:

Фотолитография

Рисунок 11:

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Иллюстрации химических структур с моделями LEGO

Полиэтилен

Рисунок 12:

полидиметилсилоксан

Полисахариды

Рисунок 13:

Рисунок 14:

Рисунок 15:

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Иллюстрации химических реакций с моделями LEGO

Уравновешивание химического уравнения и сохранения массы

Химическое равновесие и кинетика

Гомогенно-каталитические реакции

Рисунок 16:

Рисунок 17:

Рисунок 18:

Рисунок 19:

Конструкции инструментов ручной работы из кубиков LEGO

Спектрофотометр, колориметр, флуориметр и поляриметр

Рисунок 20:

Полноценный спектрофотометр видимого диапазона и флуоресцентный микроскоп

Инструменты исследования

Ссылки