Лекция 3. Каркасные конструктивные системы высотных зданий

Термин «каркас» начали применять при строительстве зданий с увеличенным числом этажей, когда вместо массивных кирпичных конструкций начали применять стальные и ж.б конструкции.

В каркасных системах чётко различают несущие и ненесущие конструкции, что является основных их достоинством, так как вертикальные конструкции минимально ограничивают свободу планировки и тем самыми обеспечивают универсальность зданий. Существуют различные комбинации каркасных систем с другими системами, например со стенами или ядрами.

Здания могут иметь различную форму. Вытянутые узкие здания имеют, как правило, два ряда колонн у наружных стен и один или два дополнительных ряда внутри здания. Здания с компактными планами зачастую нуждаются лишь в опорах вдоль наружных стен и около центрального ядра жёсткости. Сооружения с большой площадью имеют большое число колонн, которые располагаются по какому-либо определённому принципу.

По способу обеспечения пространственной жёсткости, каркасы подразделяются на: рамный, связевый, рамно – связевый. Рамные системы могут быть запроектированы на восприятие только вертикальных нагрузок, горизонтальные нагрузки передаются на более жёсткие в горизонтальном направлении связи.

Рамная плоскостная система образована из стержней (горизонтальные ригели, вертикальные – стойки), которые соединены в узлах таким способом, чтобы рама, как единое целое, была способна воспринимать нагрузки, действующие в её плоскости. Работа рамы зависит, прежде всего, от отношений жесткостей ригелей и стоек, т.е. иначе работает рама с длинными и низкими ригелями, чем рама с ригелями короткими и высокими, рама с меньшим и большим числом пролётов и т.д. Чтобы рамные связи не загромождали внутреннее пространство, их число ограничивают, располагают в разделительных и наружных стенах. При расположении рам в наружных стенах выполняются условия, предъявляемые к жёстким рамам, т.е большое число стоек (между проемами) и высокие ригели в местах надоконных перемычек и парапетов. Поперечные рамы чаще всего бывают многоэтажными.

Разнообразными могут быть конструктивные решения однопролётных рам: а - консольный ригель на всех этажах; б – с верхним жёстким оголовком, к которому подвешены конструкции перекрытий; в – с нижним жёстким консольным ригелем, на который опираются колонны наружных стен; г – с консольными крайними пролётами рам. Некоторые типы рам, которые решают разным способом свободную планировку первого этажа. В случае 1 средняя колонна опирается на нижний жесткий ригель, в случае 2 нижние этажи подвешены к мощному верхнему ригелю, в случае 3 нагрузки передаются «рамной» стеной, имеющей ригели и стойки одинаковой жесткости, на основные колонны.

На рис. 7.14 рамы с П – образной нижней опорной конструкцией; с зигзагообразным расположением ригелей, с наклонными стойками, образующими раму в виде буквы А.

Необычные типы рам можно получить, подчёркивая статическую функцию узлов.

Решётчатые связи располагают внутри здания и в толще наружных стен, редко снаружи перед фасадом. Так как раскосы загромождают плоскость стены, то их большей частью размещают в стенах, разделяющих объёмы здания. В этом случае стены либо вообще не имеют проемов, либо имеют небольшие проёмы. Недостатком решетчатых связей является неуниверсальность их применения, так как они ограничивают устройство проемов во внутренних стенах и оконных проемов в наружных стенах.

Для вертикальных решётчатых связей применяются все типы решёток.

Для стен с проемами возможны следующие решения: связи проектируются на два и более этажа. Устройство связей, а тем самым и всей решетчатой системы может быть разнообразным по ширине и высоте здания. Это зависит от действующей нагрузки, планировки.

На рис 7.28 схематически показаны некоторые возможные решения связей в здании, имеющем три пролета. Минимально один пролёт, при больших высотах здания – два крайних пролёта, которые работают как две консоли, защемлённые в фундаментах. Более эффективной является система, которая использует всю ширину здания с устройством связей во всех пролётах или соединением двух консольных связей жесткими ригелями вверху здания в рамную конструкцию или вместо них жесткими элементами в пределах каждого этажа.

В некоторых архитектурно- конструктивных решениях применяют стальные каркасы с наклонными колоннами. В этих случаях необходим учёт передачи горизонтальных усилий на каркас от наклонных колонн. Горизонтальные усилия тем больше, чем сильнее колонны отклоняются от вертикали. В зданиях с симметричными каркасами горизонтальные усилия от нагрузки взаимно погашаются. В несимметричных каркасах требуется мощная жесткая несущая конструкция, способная воспринимать горизонтальные усилия.

Парные наклонные колонны, V – образные колонны также хорошо сопротивляются горизонтальным усилиям. В зданиях воронкообразной формы с наклонными колоннами создаются значительные горизонтальные силы, которые при симметричном решении каркаса, могут быть при симметричном решении каркаса восприняты мощными затяжками.

Эффективность каркаса может быть повышена за счёт использования горизонтальных жестких решетчатых поясов и ростверков. Пояс или ростверк жесткости представляют собой связевую решетчатую конструкцию высотой в этаж, предназначенную для увеличения жесткости здания. Пояс размещается в средней части здания, а ростверк – конструкция, венчающая здание. По высоте здания устраивается один или несколько горизонтальных поясов жесткости – чем больше поясов, тем выше жесткость всего каркаса. Пояса размещаются в тех местах здания, где их диагональные связи не ограничивают функциональный процесс в здании (в уровне технических этажей). К числу перспективных (среди высотных) можно отнести суперкаркасную систему этажерочного типа, при которой пространственная жесткость здания обеспечивается так называемым суперкаркасом, представляющим собой несколько коробчатых пилонов (стволов), соединенных между собой мощными ростверками в нескольких уровнях по высоте здания. На ростверки (как на полки этажерки) опираются многоэтажные каркасы, которые могут иметь различные планировочные и конструктивные решения.

При необходимости обеспечения свободного внутреннего пространства (на всех этажах или некоторых) и одновременного повышения жесткости здания применяются всевозможные каркасы с использованием балок – стенок или высоких ригелей в виде ферм. Вся конструкция наружных стен может быть выполнена как единая балка – стенка, опирающаяся на колонны или портальные конструкции первого этажа. Такие балки наружных стен располагаются параллельно продольной оси здания, по периметру здания при их форме близкой к квадрату, или пересекают здание в двух направлениях, образуя жесткую пространственную систему.

Дата добавления: 2014-01-07