КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

Несущей остов каркасного здания представляет собой систему, состоящую из:

а) фундаментов;

б ) вертикальных опор - стоек или колонн;

в ) горизонтальных элементов – ригелей, балок, настилов, перекрытий и покрытий;

г) связей, обеспечивающих неизменность пространственной геометрической формы и устойчивость здания.

Применение каркасного несущего остова дает возможность:

а) свободно планировать помещения;

б) резко снизить массу здания благодаря замене тяжелых несущих стен редко расставленными колоннами с легкими навесными стенами и перегородками;

в) применять высокие марки бетонов и стали, эффективные современные материалы для навесных ограждающих конструкций;

г) надежно контролировать качество изделий, стыков и производства работ;

д) возводить здания большой этажности (железобетонные монолитные или сборные - от 16 до 25 – З0 этажей, стальные - без ограничения этажности);

е) легко унифицировать сборные детали и изделия.

В каркасном несущем остове возможны следующие конструктивные схемы:

а) с поперечным каркасом;

б) с продольным каркасом

в) с пространственным каркасом;

г) с внутренним каркасом и несущими наружными стенами;

д) с безригельным внутренним каркасом;

е) с безригельным внутренним каркасом и несущими наружными стенами.

(а, б, в – полный каркас; г, д, е – неполный каркас)

Рисунки этих схем даны в лекции «Крупнопанельные здания».

Выбор конструктивной схемы зависит от архитектурно-планировочного решения, способа обеспечения устойчивости здания, инженерного оборудования и других факторов.

При проектировании и строительстве каркасных зданий важное значение имеет обеспечение жесткости и устойчивости зданий, которые достигаются за счет той или иной статической схемы работы конструкции каркаса.

По характеру статической работы различают три вида каркасов: рамный, связевый и рамно-связевый.

Рамный каркас представляет собой систему колонн, ригелей и перекрытий, соединенных в конструктивных узлах в жесткую и устойчивую пространственную систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные (ветровые и др.) усилия (рис. 4.1, а).

Рис.4.1. Схемы несущих остовов каркасных зданий

а – рамный каркас; б – рамно-связевый; в – связевый; 1 – колонна; 2 – ригель.

Этим требованиям отвечает конструктивная схема с пространственным (в двух направлениях) расположением ригелей.

Рамный каркас м.б. выполнен как в железобетоне (монолитном или сборном), так и в металле. Стальные конструкции металлического каркаса для пожарной безопасности д.б. обетонированы.

Рамный каркас трудоемок (в изготовлении) в выполнении и требует повышенного расхода стали. В нашей практике он при меняется обычно при строительстве зданий, в которых не допускается установка поперечных и продольных связей - диафрагм жесткости, на протяжении до 48-54м по всей высоте здания. Кроме того, рамный каркас (стальной) применяется при строительстве очень высоких зданий.

В связевых каркасах колонны и ригели каркаса рассчитаны только на вертикальные нагрузки при шарнирных соединениях в узлах, а ветровые и другие горизонтальные нагрузки через перекрытия передаются на жесткие поперечные вертикальные связи (диафрагмы жесткости) - стенки или ядра жесткости (рис. 4.1, в)

В связевой схеме каркасного здания жесткие связи (диафрагмы) обычно располагаются с интервалами в несколько конструктивных шагов на расстоянии не более 48 м при сборных перекрытиях или 54 м при монолитном каркасе. Поэтому связевая система каркаса позволяет во всех этажах. здания получить достаточно большие зальные помещения между связевыми стенами, что необходимо для зданий универмагов, торговых центров, проектных организаций, научных учреждений и др.

Каркасный остов связевой системы в настоящее время имеет наибольшее распространение в нашей стране, в массовом строительстве общественных зданий, зданий повышенной этажности и в высотных зданиях любого назначения.

В связевых каркасах могут использоваться как ригельные конструктивные схемы, так и безригельные.

Практически в связевых схемах узлы сопряжений между ригелями и колоннами все же получаются жесткими и обычно принимают на себя до 15 % горизонтальных нагрузок на здание, искажая идеальную теоретическую схему связевых каркасов. В чистом виде связевая схема воплощается в конструкциях безбалочных перекрытий, не имеющих ригелей или ребер в обоих направлениях.

При пролётах между клонами до 9м перекрытие в виде сплошной плиты толщиной в 1/30 – 1/35 от пролета, а при пролетах от 9 до 12 м - в виде кессонированной плиты с тем же соотношением к пролету. В месте присоединения к колоннам плита утолщается, образуя так называемые капители, или же усиливается внутренним металлическим воротником или дополнительными арматурными пространственными каркасами. Такие перекрытия с усилением опорных зон применяются при возведении зданий по методу поднимающихся этажей (см. далее лекцию №7).

Рамно-связевый каркас состоит из плоских рам, расположенных поперек здания (рис. 4.1., б) и жестких связей или ж,б. перегородок в продольном направлении. Плоские рамы обеспечивают только поперечную жесткость и устойчивость здания. Продольная устойчивость здания обеспечивается жесткими связями или стенками жесткости.

Каркасный остов рамно-связевого типа применяется при строительстве жилых зданий гостиничного типа, административных зданий и т.д. высотой до 20-22 этажей.Поперечные рамы могут формироваться как из отдельных ригелей и колонн (одноэтажных и многоэтажных), так и из П- или Н-образных элементов. Связи, для обеспечения жесткости и устойчивости зданий могут выполняться в виде сборных или монолитных железобетонных стенок-диафрагм и пространственных ядер жесткости.

17.Сборные стенки жесткости устраиваются из железобетонных панелей, вставляемых в просветы между колоннами и ригелями с жестким креплением к ним со сваркой закладных деталей, не менее чем по два крепления по каждой стороне панели (рис. 4.2, б). Швы сопряжения после монтажа вставной панели замоноличиваются цементно-песчаным раствором. Этот тип жестких связей наиболее индустриален и широко применяется в массовом строительстве каркасных зданий высотой до 12 этажей (рис 4.2, а).

Рис.4.2. Связи жесткости

а – расположенные в плане пространственных диафрагм жесткости; б, в, г – конструкции диафрагм жесткости: б – сборная плоская диафрагма жесткости; в – связь жесткости с диагональными растяжками; г – монолитная диафрагма жесткости с жесткими металлическими связями; 1 – колонна; 2 – панель жесткости; 3 – ригель; 4 – сварные крепления панели жесткости к колоннам и ригелям; 5 – жесткие связи, образующие каркас монолитной стены жесткости; 6 – стальные тяжи с натяжными муфтами.

Монолитные железобетонные стенки жесткости возводятся на месте в инвентарной опалубке с приваркой арматурных сеток стенки жесткости к выпускам арматуры ригелей и колонн. Иногда внутрь монолитной жесткой стенки для повышения ее прочности вставляют крестовые или треугольные связи, выполненные из круглой стали (рис. 4.2, в) или стальных прокатных профилей - швеллеров или уголков (рис. 4.2, г), расположенных по диагоналям просвета или в виде подкосов.

Металлические связи стягиваются стальными сетками и бетонируются с использованием переставной поэтажной опалубки и уплотнением бетона вибраторами. Толщина стенок жесткости обычно составляет 200 - 300 мм, но в высотных зданиях она может доходить до 600 мм и более.

В зданиях башенного типа диафрагмы жесткости располагают в центре здания в виде жесткого двутавра, квадрата, креста и т.п. образуя устойчивое пространственное ядро жесткости (рис.4.3.). Размеры ядра в плане проверяются расчетом на устойчивость с учетом габаритов дома и расчетных ветровых нагрузок в районе строительства. В отдельных случаях в протяженных зданиях устраивают в одном доме два или более пространственных ядер жесткости. В пределах ядер жесткости обычно размещаются шахты лифтов и вёнтиляции, лестничные клетки и другие помещения вспомогательного типа. Ядра жесткости выполняются на всю высоту здания.

Рис.4.3. Схемы несущего остова высотных зданий с монолитным ядром жесткости

а, б, в – варианты планировочных решений ядра жесткости

При большей этажности каркасного здания пространственное ядро жесткости работает как консоль, заделанная в жестком незыблемом фундаменте. При больших горизонтальных усилиях (ветровые и др.) эта консоль может подвергаться некоторому изгибу, увлекая и примыкающие к ней каркасные этажи, что сопровождается нарушением горизонтальности перекрытий верхних этажей с переломами уклонов. Значительного уменьшения подобных деформаций можно достигнуть устройством в зоне верхнего технического этажа жесткой плоскости - пространственной рамы.

Наружный каркас башенного дома большой этажности, имеющий пространственное ядро жесткости, при порывах ветра испытывает усилие, придающее зданию вращательные колебания вокруг вертикальной оси. Для повышения сопротивляемости здания этим колебаниям, приводящим к деформации и расстройству навесных стеновых панелей и витражей целесообразно решать наружный каркас стен в виде рам, рассчитанных на восприятие вращающих усилий. Такие рамы связаны с пространственным ядром жесткости в единую жесткую и устойчивую конструктивную систему.

18. УнификациЯ

Каркасы многоэтажных зданий могут выполняться из железобетона (сборного или монолитного) и металла (стали). Стоимость стального каркаса превышает стоимость ж.б. каркаса в среднем на 20 %. Для изготовления каркаса требуется примерно в 1,5 раза больше стали, чем для железобетонного, а продолжительность монтажа здания со стальным каркасом, включая обетонирование стальных элементов, будет в I,3 - I,8 раза больше, чем в зданиях, выполненных в сборном железобетоне.

Противопожарная защита стальных конструкций может осуществляться путем нанесения на поверхность методом торкретирования огнезащитного состава из вермикулита* и асбеста. Вермикулита и асбеста требуется в четыре раза меньше, чем бетона для обетонирования стального каркаса. (*Вермикулит – минерал из групп гидрослюд с объемной массой 2,4-2,7 кг/м³. Вспучиваясь при обжиге минерал дробится на частицы до 15 мм, имеет малую удельную массу (до 150кг/м³) в сухом состоянии и малый коэффициент теплопроводности (не более 0,I4 ккал/м.ч.град.).)

Применение сборного ж.б. каркаса наиболее целесообразно при строительстве жилых и общественных зданий высотой16 - 50 этажей.

При большей этажности может оказаться наиболее выгодным использование стального каркаса со сборными железобетонными перекрытиями при условии применения индустриальной эффективной противопожарной защиты стальных несущих конструкций.

В практике отечественного строительства каркасных зданий в последние ≈15 лет стали широко применяться сборные унифицированные ж.б. каркасы. Для этого пришлось унифицировать высоты и сетки колонн жилых и общественных зданий. В зависимости от назначения здания были приняты унифицированные высоты 3,0; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; б,0. Сетка колонн была ограничена следующими размерами: 3 х 6; б х 6; б х 9; 9 х 9 м.

Унификация основных объемно-планировочных параметров привела к созданию сборного унифицированного ж.б. каркаса, успешно применяемого в нашей стране.

Примером применения сборного унифицированного ж.б. каркаса могут быть такие сооружения как 26-этажные административные и 25-этажные жилые здания на проспекте Калинина в Москве, здание Совета Экономической Взаимопомощи в Москве, 20-этажное здание гостиницы “Белград”, на Смоленской площади в Москве, 12-этажое здание проектного института “Краснодаргражданпроект” в Краснодаре и многие другие.

Опыт строительства каркасных зданий в СССР сиспользованием сборного унифицированного каркаса показал его экономическую целесообразность (по стоимости, расходу стали, трудовым затратам и продолжительности строительства) при строительстве общественных зданий высотой до 20 - 30 этажей.

Поиск по сайту: