Развитие сталебетонных смешанных конструкций

Развитие смешанных конструкций началось с 1972 года. Сначала в Чикаго (США) построено здание Gateway III Building (36 этажей), потом в 1973 году во Франции построено Mantapamasse (64 этажа) и т.д.

При землетрясении Арасти (США) в смешанных конструкциях возникли серьезные разрушения, поэтому ученые засомневались в сейсмостойких свойствах смешанных конструкций. В то же время в европейских развитых странах из-за высокой стоимости рабочей силы экономические преимущества смешанных конструкций проявляются не так заметно.

Применение смешанных конструкций в США и Европе в сейсмических районах незначительно. Специалисты предполагают, что сейсмостойкое свойство смешанных конструкций зависит от свойств железобетонного ядерного ядра жесткости. У таЛж'конструктивной системы достаточная жесткость, а прочные не хватает, свойства не высокие, тогда как во внешнем стальном каркасе все наоборот. Это приводит к тому, что смешанная конструктивная система по сейсмическим свойствам не соответствует нормам - внутренний ствол и внешний каркас не могут эффективно воспринять сейсмические силы. При редких землетрясениях внутренний ствол из-за большой жесткости воспринимает большинство сейсмических воздействий и как следствие первым разрушается. Во внешнем каркасе жесткости не хватает, деформация конструкции велика, поэтому происходит нарушение целостности здания. При этом срабатывает эффект оборонительного рубежа свойственного для сейсмических зданий.

В Китае из-за дешевой рабочей силы экономическое преимущество смешанных конструкций более явно. Поэтому сейчас проектирование таких зданий быстро расширяется. С 80-х годов XX века в большинстве высотных зданий Шанхэня, Шэньчжэня, Сямэня применены смешанные конструкции, среди них немало зданий, выдерживающих землетрясения силой до 7 баллов. Высота некоторых зданий со смешанной конструктивной системой также превышает 300 м. В таблице приведены некоторые здания рассматриваемой конструктивной системы.

Высотные здания из смешанных конструкций выше 150 м

Также из-за высокой стоимости рабочей силы в европейских развитых странах экономическое преимущество смешанных конструкций не так заметно.

При строительстве небоскребов в настоящее время также применяют комбинированные конструкции. При их проектировании посредством специальных проверочных расчетов обеспечивают безопасность таких конструкций при сейсмических воздействиях.

В других странах Азии экономическое преимущество смешанных конструктивных систем тоже видно. Среди самых высоких 100 зданий мира в 1986 году здания со смешанными конструкциями в мире занимали 22-е место, в 2002 году - 32-е. В Китае, среди первых десяти мест здания со смешанной конструктивной схемой занимали 6-е место.

Строящиеся небоскребы со смешанной конструктивной схемой

В 1991 году в лаборатории Китайской строительной академии проводили эксперименты с использованием модели масштабом 1:20 23-этажной сталебетонного здания со смешанной конструктивной системой. Эксперименты включали вертикальное нагружение, изучение динамических и энергетических свойств модели. Эксперимент проводили на стадии упругой работы, на стадии упругой пластической работы при повторно действующих нагрузках и т.д. Результаты исследований показали, что смешанная конструктивная схема здания - это хорошая сейсмостойкая конструктивная система, которая может применяться в районах с сейсмичностью до 8 баллов. Перемещение вершины стапе- железобетонных комбинированных конструкций принимается 1/700... 1/300Я (Н- высота здания). Предельное допустимое перемещение составляет приблизительно (1/40)Н. Коэффициент затухания в сталебетонных смешанных конструкциях колеблется между стальными и железобетонными конструкциями и составляет - 3.. .4%.

В 2004 году в лаборатории Китайской строительной академии проводили эксперименты на модели в масштабе 1:10 30-этажной сталежелезобетонной комбинированной конструкции здания. Модель проектировали по нормам «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий». Высота модели - 10,9 м, вертикальная нагрузка составила 6ор&е Л50 т. Эксперимент в упруго-пластической стадии работы конструкций проводили при повторно действующих нагрузках. Измеряли тип колебания конструкции, период затухания и другие динамические свойства конструкций в разных стадиях. В конечном итоге перемещение вершины здания при разрушении не превысило 1/50 суммарной его высоты. Это подтвердило, что смешанная конструкция имеет хорошее сейсмостойкие свойства.