Несущий остов здания

АРХИТЕКТУРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Несущий остов здания представляет собой совокупность конструктивных элементов здания (фундаменты, стены, отдельно стоящие опоры и колонны, перекрытия, покрытия), воспринимающих различные виды нагрузок, как постоянных (от собственного веса элементов здания), так и временных, а так же воздействий, например, температурных, климатических.

Несущие конструкции зданий должны отвечать требованием прочности, жесткости и устойчивости, а также безопасности в пожарном отношении и долговечности. Кроме того, они должны удовлетворять требованием экономичности и индустриальности.

Характер расположения вертикальных и горизонтальных элементов несущего остова гражданского здания определяет его конструктивную схему. Выбор конструктивной схемы определяется назначением, этажностью здания, а также характером эксплуатации в различных природно-климатических условий. Различают пять основных конструктивных систем зданий: каркасную, бескаркасную (стеновую), объемно-облочную, ствольную и оболочковую (перефирийную).

Несущие конструкции зданий могут выполнятся монолитными или из штучных изделий; из мелких элементов, (кирпича, естественного камня, мелких блоков), из крупных блоков или крупных панелей. При этом основным направлением современного индустриального сборного строительства является крупнопанельное демостроение. Оно дает возможность снизить стоимость строительства на 6...8%, затраты труда – на 30…40%, сроки строительства – в 1,5…2 раза (по сравнению с возведением кирпичных домов).

Бескаркасные конструктивные системы с несущими стенами. В зависимости от расположения в здании несущие стены, на которые опираются перекрытия, могут быть продольными или поперечными. В бескаркасных конструктивных системах при схеме с продольными несущими стенами последние располагаются вдоль здания; в конструктивных схемах поперечными несущими стенами – поперек здания (рис.2.1 а). Распространены также смешанные бескаркасные схемы, в которых несущими являются одновременно продольные и поперечные стены.

В жилищном строительстве широко применяются все три вышеуказанные разновидности бескаркасных конструктивных схем. При этом в индустриальном крупнопанельном домостроении наиболее распространена конструктивная схема с поперечными несущими стенами. Это позволяет добиться минимального расхода стеновых материалов, поскольку толщину несущих стен внутри здания, определенную лишь требованиями прочности (без учета теплозащитных требований), удается значительно снизить.

В жилых зданиях из крупных блоков и мелких элементов, а также общественных зданиях более распространена конструктивная схема с тремя продольными несущими стенами, из которых две несущие стены являются наружными, а третья – внутренней.

Каркасные конструктивные системы. Каркасные конструктивные системы представляют собой совокупность наружных и внутренних несущих вертикальных опор-колонн (стоек каркаса), горизонтальных ригелей (прогонов), на которые опираются плиты перекрытий, и диафрагм жесткости (связей). Различают следующие каркасные конструктивные схемы; с полным каркасом продольными ригелями, располагаемыми вдоль здания; с полным каркасом и поперечными ригелями, располагаемые вдоль здания с полным каркасом и поперечными ригелями, располагаемыми поперек здания (рис.2.1,в,поз.1); с неполным каркасом, когда ригель опирается одним концом на колонну(или кирпичный столб), а другим – на наружную стену (рис.2.1,в,поз.2); с безригельным стоечным каркасом полным (углы панелей перекрытий опираются на капители колонн при наличии панелей перекрытий размером на ячейку каркаса); с безригельным стоечным каркасом неполным (два угла панелей перекрытий опираются на капителей колонн, противоположная сторона – на наружные стены).

Система каркасно-диафрагмовая (каркасно-дисковая, каркасно-стеновая) основана на разделении статических функций между стеновыми (связевыми) и стержневыми элементами несущих конструкции: на стеновые элементы передаются все или большая часть горизонтальных нагрузок и воздействий на стержневые (каркас) – преимущественно вертикальные нагрузки.

Рисунок 2.1. Конструктивные схемы гражданских зданий: а – с поперечными несущими стенами; 1 – узкий шаг; 2 – широкий шаг; б – с продольными несущими стенами; в – каркасная, 1 – с полным каркасом; 2 – с неполным каркасом; г – из обычных блоков; д – оболочковая; ж – ствольная (диафрагма или ядра жесткости).

Каркасно-ствольная система основана на разделении статических функций между каркасом, воспринимающим вертикальные нагрузки, и стволом (или несколькими стволами), воспринимающим горизонтальные нагрузки и воздействия.

Системы каркасно-ствольная и каркасно-диафрагмовая являются производными от системы пространственного рамного каркаса, исходной для всех каркасных систем.

Ствольно - стеновая система основана на сочетании несущих стен и ствола (стволов) с распределением вертикальных и горизонтальных нагрузок между этими элементами в различных соотношениях.

Ствол жесткости обычно располагается в центральной части здания, а во внутреннем пространстве ствола размещаются лифтовые и вентиляционные шахты и другие коммуникации. В зданиях большой протяженности имеется несколько стволов жесткости; объемно – пространственные элементы в виде тонкостенной оболочки замкнутого профиля, образующей наружное ограждение здания. В зависимости от архитектурного решения наружная несущая оболочка может иметь призматическую, цилиндрическую, пирамидальную или другую форму поверхности.

Каркасы могут быть двух, трех и многопролетными. Их выполняют обычно монолитными или сборными из унифицированных элементов согласно каталогу изделий заводского изготовления. Наиболее распространенным материалом для возведения каркасных зданий является железобетон.
Основное назначение ствола или так называемая диафрагма жесткости служит для восприятия горизонтальных нагрузок (ветровых). Рациональное размещения диафрагм приведено на рис.2.2.а.б.

Отдельные, разбросанные в плане здания, диафрагмы целесообразно применять в каркасных зданиях высотой не больше 16 этажей. В высотных зданиях плоские диафрагмы объединяют в одну конструкцию, называемую стволом здания (рис. 2.2.в.). В плане здания ствол представляет ядро жесткости. Стволы позволяют снижать расход стали до 15%, цемента – до 10% и стоимость конструкции – до 10%.

В отличие от пилонов и стволов зданий изгибная жесткость колонн является незначительной, поэтому колоннам целесообразно передать лишь вертикальные нагрузки от перекрытий и навесных стен. В таких каркасах ригели присоединяются к колоннам шарнирно либо с частичным защемлением. Горизонтальные нагрузки передают диафрагмам жесткости, которые представляют собой комплексные конструкции, включающие колонны каркаса и установленные между ними стеновые панели(рис.2.3.)

Рисунок 2.2 Рациональное размещение вертикальных элементов жесткости в плане многоэтажных зданий (а,б,в) и вертикальные несущие конструкции каркаса; 1- рама с шарнирным креплением ригелей: 2 – рама с жесткими узлами; 3 – пилон; 4 – ствол.

Рисунок 2.3 Расчетные схемы многоэтажных зданий

Рамная система – каркасного остова представляет собой систему колонн и дисков перекрытий жестко соединенных в узлах(рис.2.3 в).

Связевая система (рис.2.3а) отличается от рамной тем, что в ней конструктивные узлы могут иметь неподвижное жесткое и подвижное решения, причем все горизонтальные усилия полностью передаются на систему дополнительных связей жесткости.

Рамно-связевая система (рис.2.3б) состоит из ряда плоских рам, расположенных в вертикальных плоскостях всех поперечных осей. Рамы обеспечивают поперечную жесткость и устойчивость здания, но ограничивают, свободу планировки этажей. Продольная жесткость достигается введением на некоторых участках вертикальных стенок жесткости.

В некоторых случаях, например при больших нагрузках на перекрытиях, применяют рамы с жесткими узлами. В данном случае система каркаса в поперечном направлении здания является рамно-связевой, так как совместно работают рамы и вертикальные диафрагмы жесткости. В продольном направлении здания каркас работает по связевой системе.

В зданиях высотой до 4 и 5 этажей рамный каркас можно применять без вертикальных диафрагм жесткости.

Здания без объемных элементов. Дома из объемных элементов (объемных блоков) возводят, используя коробчатые блоки-комнаты или их группы, изготовленные на домостроительном комбинате с полной отделкой и санитарно-техническим оборудованием. Применяют как сборные объемные блоки (из отдельных элементов), так и монолитные цельноформованные блоки типа «лежащий стакан» или «колпак», «труба», приведенные на рис.2.4. Подобные объемные блоки имеют длину до 660см, ширину не более 360см (без балкона), масса блока вместе с монтажной траверсой составляет до 20…25 т. Сборные объемные блоки выполняют из панелей кассетного или вибропрокатного производства.

Стены блоков, формирующие наружную стену дома, обычно выполняют многослойными (например, из плотного бетона, утеплителя, наружного защитно-отделочного слоя и внутреннего отделочного слоя), а также сплошными или пустотелыми из однородных материалов; внутренние стены и перекрытия обычно делают однослойными. Блоки соединяют путем сварки закладных деталей. Герметизация стыков обеспечивает бетонированием и прокладкой резиновых трубок и жгута из пороизола.

Рисунок 2.4 Конструктивно-технологические схемы объемных блоков: а – колпак; б – стакан; в – труба.

Как показал российский опыт массового строительства применение одно и двухкомнатных блоков конструкции типа «колпак» или «стакан» значительно снижает трудоемкость и сроки строительства, повышает степень сборности зданий, значительно улучшает, качество строительства. Применения объемных блоков особенно рационально при малой удаленности объекта от места изготовления и наличии соответствующих механизмов для монтажа. В 1980 годах такие объемные блоки выпускались в Бурундайском заводе близ Алматы.

Дата добавления: 2014-12-25