7.1. Забезпечення просторової жорсткості будинків

Найважливішою умовою досягнення високих експлуатаційних якостей багатоповерхового будинку є забезпечення його надійного опору горизонтальним навантаженням і впливам. Необхідна просторова жорсткість такого будинку досягається різними варіантами компонування конструктивної схеми, що вирізняється способами сприйняття горизонтальних (вітрових або температурних) навантажень. Наприклад, при поперечних багатоповерхових рамах і поперечних вертикальних зв’язкових діафрагмах горизонтальні навантаження сприймаються вертикальними конструкціями спільно, і каркасний будинок у поперечному напрямку працює за рамно-зв’язковою системою. При цьому в поздовжньому напрямку при влаштуванні тільки вертикальних зв’язкових діафрагм будинок працює за зв’язковою системою (рис.7.2, а).

При поздовжньому розташуванні багатоповерхових рам з жорсткими вузлами і поперечному розташуванні вертикальних зв’язкових діафрагм будинок у поперечному напрямку працює за зв’язковою системою, а в поздовжньому напрямку – за рамною. Конструктивна схема каркасу при шарнірному з'єднанні ригелів з колонами буде зв’язковою в обох напрямках (рис.7.2, б).

а	б
Рис.7.2 – Конструктивні плани рам і діафрагм каркасних багатоповерхових цивільних будинків: а – з поперечними рамами; б – з поздовжніми рамами; 1 – діафрагми; 2 – ригелі

Конструктивні схеми, наведені на рис.7.2, є досить надійними, щоб забезпечити просторову жорсткість будинку. Рамно-зв’язкова система має дещо кращі техніко-економічні показники, ніж чисто зв’язкова, тому вона знайшла широке застосування в будівництві, особливо в сейсмічних районах.

Заслуговує на увагу і конструктивна схема з внутрішнім ядром жорсткості. У будинках з монолітним центральним ядром жорсткості із збірних елементів каркасу з метою забезпечення зручного вільного планування сітку колон укрупнюють, у ряді рішень внутрішні колони виключають, і елементи перекриттів спираються тільки на зовнішні колони й внутрішнє ядро жорсткості. Ригелі перекриттів прольотом 12-15 м проектують попередньо напруженими, шарнірно зв'язаними з колонами, панелі перекриттів –порожнистими чи коробчастими. Горизонтальні навантаження на будинок сприймаються ядром жорсткості за зв’язковою системою (рис.7.3).

Рис.7.3 – Конструктивний план багатоповерхового каркасного будинку з центральним ядром жорсткості: 1 – ядро жорсткості; 2 – монолітні ділянки; 3 – ригелі	Рис.7.4 – План розташування поздовжніх і поперечних стін у будинках пластинчастого каркасу

У будинках пластинчастого типу жорсткість у поздовжньому й поперечному напрямках забезпечується поздовжніми і поперечними монолітними чи збірними вертикальними стінами, жорстко з'єднаними між собою в один просторовий блок. Перекриття зі стінами також з'єднуються жорстко. Необхідно чітко контролювати, щоб поперечні стіни забезпечували достатню жорсткість будинку в поперечному напрямку. Якщо будинок має значну висоту (50 м і більше), то в межах верхніх поверхів виникає крутний момент, що може викликати підвищені деформації стін і перекриттів. Особливо небезпечний такий момент для будинків, виконаних у збірному залізобетоні. У необхідних випадках установлюють додаткові діафрагми жорсткості або зв’язкові елементи в межах верхньої половини висоти будинку.

Слід зазначити, що просторова жорсткість важлива не тільки для багатоповерхових, але і для одноповерхових будинків. Особливо це відноситься до тих будинків, у яких виникають горизонтальні навантаження від рухливого кранового чи іншого технологічного устаткування або температурні впливи. У цьому випадку жорсткість у поздовжньому напрямку забезпечується постановкою вертикальних хрестоподібних чи портальних зв'язків, а жорсткість у поперечному напрямку забезпечується защемленням колон у фундаментах і жорсткому диску покриття. Вертикальні зв'язки встановлюють посередині температурного блоку на кожному ряді колон. Додатковими елементами жорсткості слід вважати і підкранові балки, що приварюються жорстко до підкранових консолей. І хоч в розрахункових схемах вузол сполучення підкранової балки з колоною приймається шарнірним у реальному виконанні цей вузол має досить високий ступінь защемлення. Принципові схеми установки вертикальних зв'язків в одноповерхових промбудівлях показані на рис.7.5.

Загальна просторова жорсткість одноповерхових будівель забезпечується наявністю вертикальних зв'язків по колонах, жорстким диском покриття, що включає залізобетонні прольотні балки або ферми, а також закріплені до них залізобетонні плити покриття, і наявністю жорсткого защемлення колон у фундаментах. Мостові крани в прольотах підвищують жорсткість будівель у поперечному напрямку.

Виходячи з того, що жорсткість одноповерхових промбудівель у поперечному напрямку може бути ослаблена, прагнуть такі будівлі виконувати незначної висоти (до 20÷25 м) і не застосовувати однопрольотні будівлі малого прольоту (12- 18 м) із суцільними колонами і значної висоти. Істотним елементом для підвищення поперечної жорсткості одноповерхових промбудівель може виявитися двогілкова колона, висота перерізу якої може досягати 1,2-1,5 м і більше. Кількість прольотів також підвищує поперечну жорсткість таких будинків.

Рис.7.5 – Влаштування вертикальних зв'язків по колонах в одноповерхових промбудівлях: а – при кроці колон 6 м і хрестоподібних зв'язках; б – при кроці колон 12 м і портальних зв'язках