Лекция №6

МНОГОЭТАЖНЫЕ КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

1. Каркасные технологии в многоэтажном

и малоэтажном строительстве

Опыт строительства и технико-экономические исследования последних лет определили тенденцию к увеличению высоты жилых и общественных зданий. Она нашла развитие в строительстве сначала наиболее крупных, а затем и многих других городов бывшего Советского Союза. Высокий уровень индустриализации отечественного строительства решающим образом повлиял на выбор основного материала, используемого в несущих элементах многоэтажных зданий. Сборные железобетонные конструкции, изготовляемые на механизированных заводах, в значительной мере вытеснили и продолжают вытеснять конструкции из других строительных материалов. Достаточно высокие прочность и .жесткость, огнестойкость, экономичность, позволили железобетону успешно конкурировать не только с каменными материалами, но и со стальными конструкциями.

Для сборного железобетона как основного строительного материала характерны две схемы несущих конструкций многоэтажных зданий, используемые в массовом строительстве — крупнопанельная (бескаркасная) и каркасная. Крупнопанельная схема несущих конструкций отлично зарекомендовала себя в зданиях с ячеистой планировочной структурой, однотипно повторяющейся по вертикали. Такая структура наиболее соответствует жилым зданиям и этим обусловлено широкое использование крупнопанельных конструкций в жилищном строительстве;

В лечебных учреждениях, зданиях для проектных и научно-исследовательских институтов, в лабораторных корпусах и других сооружениях общественного и производственного назначения, как правило, появляется необходимость изменить планировочную структуру по вертикали. В практике строительства для таких зданий утвердилась каркасная схема несущих конструкций.

Высокие темпы развития науки и техники неуклонно сокращают сроки морального старения зданий. Изменения технологии и оборудования требуют пересмотра планировки и технологических связей между помещениями.

Возникает ситуация, при которой полноценное, с точки зрения конструкций, здание оказывается неудобным для эксплуатации. Изменение планировки при каркасных несущих конструкциях, необходимое для продления срока службы здания, решается значительно легче, чем в крупнопанельных зданиях.

Технико-экономическими исследованиями установлено, что по ряду показателей при прочих равных условиях каркасные здания уступают крупнопанельным. Их стоимость на 5—10% выше, построечная трудоемкость на 10—15% больше, чем бескаркасных зданий. Кроме того, расход стали увеличивается на 30—50% Несмотря на это, по изложенным выше причинам планировочного и технологического характера, каркасные здания широко применяются во всех странах мира.

Каркасное строительство – это возможность быстро построить полноценный жилой дом всего за несколько месяцев, затратив при этом в несколько раз меньше денег, чем требуется на постройку кирпичного дома. Именно поэтому строительство панельно-каркасных домов развивается во всем мире бурными темпами.

Главное отличие технологии каркасного домостроения от других, где несущими являются стены, в том, что основой возводимого здания служит жесткая рамная конструкция (каркас), между элементами которой укладывается тот или иной «стеновой» материал. Каркас состоит из колонн и дисков (или панелей) перекрытий, набранных из пустотных плит. Существует несколько систем каркасно-монолитного домостроения («Куб-2,5», МВБ-01, «Аркос», «Рекон» и т. д.). Одно из основных различий между ними заключается в конструкции опирания пустотных плит перекрытия и размерах каркасной сетки. В системе «Аркос», например, допускаемая сетка колонн – 7,2 м х 7,2 м, в системе «Рекон» – до 9 м. Монолитно-каркасные «высотки» могут достигать 25 этажей и выдерживать сейсмическую активность до 8–10 баллов.

Изделия каркаса имеют простую геометрическую форму и ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает их производство и освоение. По этой технологии можно строить не только жилые дома, но и торгово-развлекательные комплексы, промышленные многоэтажные здания, многоярусные паркинги. При этом свободно расположенная сетка колонн от 1,5 до 12 м позволяет создавать различные планировочные варианты квартир и нежилых помещений. Наружные и внутренние стены могут выполняться как из штучного материала, так и из крупноразмерных панелей.

В деревянном домостроении несущий каркас выполняется из сплошного или клееного бруса, от качества которого зависит срок эксплуатации дома. Каркас обшивается каким-либо материалом, а утеплителем прокладываются стены дома, межкомнатные перегородки и перекрытия. Обычно это минеральная вата из кварцевого или базальтового волокна. Аналогичные схемы строительства применяются и при использовании в качестве несущего каркаса легких металлических конструкций (ЛМК).

2. Виды каркасов и область применения

Каркас — несущая основа конструкции здания, сооружения или строительной детали, состоящая из сочетания линейных элементов; в технике - остов (скелет) какого-либо изделия, конструктивного элемента, целого здания или сооружения, состоящий из отдельных скрепленных между собой стержней. Каркас зданий состоит, в основном, из колонн и опирающихся на них ригелей, прогонов, ферм, на которые укладываются элементы, образующие перекрытия и покрытия. Соответственно типам зданий, в которых они применяются, каркасы бывают одно- и многоярусные, одно-, двух- и многопролетные с расположением основных несущих конструкций каркасов в поперечном, продольном или в обоих направлениях в плане. Кроме полных каркасов, воспринимающих все действующие нагрузки и собственный вес конструкций здания, встречаются также здания с неполным (внутренним) каркасом, без колонн у наружных стен, которые в этом случае совместно с каркасом являются несущими конструкциями.

Каркас определяет собой прочность, устойчивость, долговечность, форму изделия или сооружения. Прочность и устойчивость обеспечиваются жёстким скреплением стержней в узлах сопряжения или шарнирного соединения и специальными элементами жёсткости, которые придают изделию или сооружению геометрически неизменяемую форму. Увеличение жёсткости каркаса нередко достигается включением в работу оболочки, обшивки или стенок изделия или сооружения. Каркас рассчитываются на нагрузки от собственного веса конструкций здания, на полезные нагрузки, нагрузки от снега, от ветра и в необходимых случаях на силы, возникающие при сейсмических воздействиях и неравномерных осадках фундаментов.

По способу обеспечения общей жесткости и устойчивости здания, а также по системе восприятия горизонтальных нагрузок каркасы разделяются на рамные, в которых узлы конструируются жесткими или с частичным защемлением, способными воспринять изгибающие моменты, и связевые — с вертикальными диафрагмами, образуемыми жесткими дисками (участками панельных или др. малодеформируемых и устойчивых стен) или стержневыми решетками, составляющими совместно с колоннами и ригелями каркасов вертикальные фермы. Передача горизонтальных нагрузок с узлов на диафрагмы связевых каркасов производится конструкциями перекрытий, представляющих собой в этом случае горизонтальные диафрагмы, работающие в своей плоскости как балки-стенки, опирающиеся на вертикальные диафрагмы.

Каркасы зданий выполняются из железобетона, стали, алюминиевых сплавов, дерева и частично каменной кладки. Деревянные каркасы проектируют для зданий не выше двух этажей, возводимых преимущественно в сельской местности. Стальной каркас не имеет ограничения этажности, но его применение по экономическим соображениям наиболее целесообразно для высотных зданий.

Наиболее прогрессивны в массовом строительстве по своей экономичности, долговечности, огнестойкости, расходу металла и условиям изготовления и возведения сборные железобетонные каркасы. В промышленных зданиях широко используются конструкции сборных каркасов из колонн, подкрановых балок и ферм для одноэтажных зданий и полные каркасы для многоэтажных зданий различного назначения. В жилых зданиях находят применение каркасные решения двухэтажных домов для сельского и поселкового строительства и неполные каркасы в многоэтажных домах с кирпичными и крупнопанельными наружными несущими стенами. Осуществляются мероприятия по широкому применению каркасов в общественных зданиях массового строительства и многоэтажных домах.

Монолитные железобетонные и стальные каркасы находят применение в промышленных и уникальных общественных зданиях — больших цехах, выставочных павильонах, трибунах стадионов и др.; деревянные каркасы используются в малоэтажных жилых домах и временных сооружениях. Каркасы в зданиях начинает также внедряться в форме конструктивной основы больших застекленных стеновых ограждений.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные преимущества и недостатки каркасного строительства?

2. Какие ограничения по этажности имеют деревянные каркасы?

3. Какие существуют виды каркасов?