Лекция 4. Конструктивные и строительные системы зданий
Совокупность конструкций, обеспечивающих зданию пространственную жесткость и устойчивость, носит название несущего остова. В его состав могут входить различные конструктивные элементы, которые определяют конструктивную схему здания. Расположенные внутри здания отдельные опоры и ригели образуют внутренний каркас здания.
По характеру конструктивной схемы различают следующие три основных типа зданий:
бескаркасные здания (здания с несущими наружными и внутренними стенами) (рис. 31);
Рис. 31. Бескаркасные здания:
а - здание с несущими поперечными стенами; б – здание с несущими продольными стенами;
1 – поперечные стены; 2 – продольные стены; 3 – перекрытия.
здания с неполным каркасом (с несущими наружными стенами и внутренним каркасом) (рис. 32);
Рис. 32. Здание с неполным каркасом:
1 – несущие стены; 2 – стены лестничной клетки; 3 – колонны; 4 – стык колонн;
5 – поперечные прогоны; 6 – перекрытия.
с полным каркасом (рис. 33).
Рис. 33. Здание с полным каркасом:
1 – колонны; 2 – ригели; 3 – навесная стена; 4 – стены лестничной клетки.
В зданиях с полным каркасом нагрузки передаются на каркас, т. е. на систему связанных между собой вертикальных колонн и горизонтальных балок (ригелей). В этих зданиях колонны каркаса располагают как по периметру наружных стен, так и внутри здания.
В зданиях с неполным каркасом все возникающие в них нагрузки передаются на внутренний каркас и наружные стены.
В бескаркасных зданиях и сооружениях все нагрузки от перекрытий и крыши воспринимаются стенами. Несущими могут быть стены: наружные и внутренние, продольные и поперечные, а также одновременно продольные и поперечные.
По характеру работы каркасы бывают трех типов: рамные, связевые, рамно-связевые.
Стойки и ригели рамного каркаса соединяются между собой жесткими узлами и образуют поперечные и продольные рамы, воспринимающие все действующие на каркас вертикальные и горизонтальные нагрузки (рис. 34).
Рис. 34. Схема рамного каркаса:
1 – элементы каркаса; 2 – жесткие узлы.
Рамная система состоит из колонн, жестко соединенных с ними ригелей перекрытий, располагаемых во взаимно перпендикулярных направлениях и обеспечивающих жесткую пространственную систему. Эта система имеет ограниченное применение.
Рамный каркас наиболее прочный и жесткий, но его конструкция сложна. Такой каркас чаще выполняют монолитным при строительстве зданий, в которых не допускаются вертикальные связи жесткости, или в зданиях, подверженных динамическим нагрузкам.
Связевые системы являются основными для общественных зданий большой этажности. В них достигается большая жесткость, проще решаются узлы сопряжения ригелей с колоннами. Жесткость таких зданий достигается применением пространственных связевых элементов в виде жестко соединенных между собой под углом стенок или пространственных элементов, проходящих по всей высоте здания. Для восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок применяют диафрагмы и связи жесткости, которые располагают как в поперечном, так и в продольном направлениях. Необходимая жесткость связевого каркаса в горизонтальном направлении обеспечивается путем соединения между собой плит перекрытия, а в вертикальном – постановкой вертикальных металлических конструкций (связи жесткости) или специальных железобетонных перегородок (диафрагм жесткости) (рис. 35).
Рис. 35. Схема связного каркаса:
1 – элементы каркаса; 2 – жесткие узлы (в этой схеме нет); 3 – горизонтальные связи
жесткости; 4 – вертикальные продольные и поперечные диафрагмы жесткости.
В практике часто применяется комбинированный (рамно-связевый) тип каркаса, при котором в одном направлении ставятся рамы, в другом – связи. В рамно-связевых системах достигается совместная работа рам и вертикальных стенок-связей (диафрагм). Стенки-диафрагмы располагают по всей высоте здания, жестко закрепляют в фундаменте и к примыкающим колоннам. Они могут быть плоскими, размещенными в направлении, перпендикулярном направлению рам, и пространственными, когда дополнительно такие стенки-диафрагмы устраиваются и в плоскости рам. Эти системы применяют при проектировании общественных зданий высотой до 12 этажей.
Характерной особенностью полнокаркасных зданий является четкое разграничение функций между каркасом, воспринимающим все нагрузки, и стенами, которые служат только ограждениями и потому выполняются либо самонесущими, либо навесными, передающими в каждом этаже нагрузку элементам каркаса.
В современном гражданском строительстве материалом каркаса служат сборный железобетон или сталь. В некоторых случаях, при малоэтажном строительстве колонны внутреннего каркаса иногда выкладываются из кирпича. В деревянном строительстве каркас выполняют из дерева.
Контрольные вопросы
Перечислите конструктивные системы зданий.
Какие основные типы зданий по характеру конструктивной схемы?
Что значит здание бескаркасное, здание с неполным каркасом и здание полнокаркасное?
Какого типа бывают каркасы по характеру работы?