Конструктивные решения каркасов зданий массового применения
По характеру работы под нагрузкой каркасные конструктивные системы многоэтажных зданий можно разделить на две основные группы: каркасно-балочные (ригельные) и каркасно-безбалочные. При этом имеются в виду как сборные, так и монолитные системы.
В каркасно-балочных (ригелъных) зданиях усилия от вертикальных нагрузок и воздействий воспринимаются плитами перекрытий и покрытий, а затем через ригели (балки, фермы) передаются на колонны. Горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, температурные, силовые) передаются через жесткий диск перекрытия на рамы, связи, ядра жесткости и другие конструкции, обеспечивающие устойчивость здания в поперечном и продольном направлениях. Для упрощения расчетов традиционными методами пространственные каркасы условно делятся на вертикальные поперечные и продольные плоские рамы. Однако современные компьютерные технологии создают возможность производить расчеты по пространственным схемам, позволяющие получать некоторую экономию материалов.
По способу восприятия усилий эти каркасы принято делить на четыре подгруппы {рис.ниже), в названиях которых содержатся две их основные характеристики тип узлов сопряжения горизонтальных и вертикальных элементов рам и способ восприятия горизонтальных усилий:
- связевые с железобетонными диафрагмами, ядрами жесткости или металлическими связями;
- комбинированно-связевые;
- рамно-связевые;
- рамные.
Узлы в рамах могут быть шарнирными (связевые каркасы) и жесткими (рамные каркасы). В комбинированном каркасе часть узлов шарнирная, а часть жесткая. Таким образом, связевые каркасы имеют шарнирные узлы в рамах поперечного и продольного направлений; комбинированно-связевые шарнирные и жесткие узлы в рамах одного направления, а в рамах другого направления шарнирные; рамно-связевые жесткие узлы в рамах одного направления и шарнирные другого; рамные жесткие узлы в рамах обоих направлений.
В рамах, имеющих шарнирные узлы, горизонтальные усилия могут восприниматься железобетонными диафрагмами или металлическими связями, расположенными между колоннами и ядрами жесткости. В качестве последних могут выступать лестничные клетки и лифтовые шахты.
В каркасно-безбалочных зданиях ригели отсутствуют, а рамы образуются путем жесткого соединения надколонной плиты или капители с колонной. Такие решения применяются для жилых зданий, в том числе и в сейсмических районах, а также для производственных зданий специального назначения, например холодильников.
Классификация каркасно-балочных (ригельных) зданий
а)
б)
а - расчетные схемы вертикальных рам; б - восприятие горизонтальных усилий в плане здания; 1 - колонна; 2 - перекрытие; 3 - шарнирный узел; 4 - жесткий узел; 5 - ригель перекрытия; 6 - металлическая связь (связевая панель); 7 - диафрагма жесткости; 8 - ядро жесткости
Весьма важным является вопрос унификации объемно-планировочных и конструктивных решений зданий. Унификация имеет целью оптимизировать количество габаритных схем и отдельных параметров конструкций. Это позволяет значительно сократить количество типовых форм на заводах стройиндустрии, сократить сроки проектирования и строительства.
Анализ рациональной области применения многоэтажных зданий позволяет выработать габаритные схемы, обеспечивающие их широкое применение.
Одним из вопросов, возникающих при проектировании зданий, является расположение несущих конструкций относительно координационных осей зданий. Эта операция называется привязкой конструкций к координационным осям. Наиболее часто используемые привязки показаны на рис. ниже.
Привязка конструкций к координационным осям здания
В каркасных зданиях оси колонн внутренних рядов совпадают с разбивочными осями (осевая привязка), что позволяет уменьшить номенклатуру длин ригелей и стеновых панелей. В крайних рядах колонн расстояние от разбивочной оси до наружной грани колонн чаще всего равно
Для формирования ограждений в углах здания можно использовать стеновой угловой блок или удлиненные панели.
В местах расположения температурных швов, как правило, ставятся парные колонны с вертикальной разрезкой примыкающих несущих и ограждающих конструкций. Температурный шов делит здание на так называемые температурные блоки и обеспечивает возможность свободного перемещения конструкций блока в продольном направлении под воздействием ветровых нагрузок и колебаний температуры. Снаружи промежуток между колоннами в температурном шве, как показано на рис. выше, закрывается с помощью удлиненных панелей, угловых блоков или панелей-вставок. Оптимальным считается решение, при котором колонны смещены на
При проектировании конструкций массового применения используется информация о частоте применения нагрузок, конструктивных элементов и каркасов. На этой основе проводится унификация параметров зданий и конструкций. В отличие от жилых зданий, в промышленных зданиях унификация объемно-планировочных и конструктивных решений встречает трудности из-за больших различий в технологиях и оборудовании для различных отраслей. Исследование частоты применения сеток колонн показало, что в настоящее время и в ближайшем будущем сетка колонн 6x6 м будет применяться чаще всего. Вряд ли следует ожидать резкого увеличения частоты применения крупных сеток колонн, если это не потребуется по функциональным или технологическим условиям.
Наибольшее распространение имеют четыре высоты этажей: высота в жилых и административных зданиях в основном принимается