16.2 Призначення багатоповерхових каркасів та їх системи
Основне призначення стальних каркасів – сприймати всі діючі вертикальні і горизонтальні навантаження і передавати їх на фундаменти (вертикальні – власна вага конструкції, корисні навантаження та сніг; горизонтальні – вітер, а також сейсмічні і температурні впливи).
В елементах, особливо в колонах, виникають дуже великі зусилля, які обчислюються тисячами тонн. Основними елементами каркасів є колони, балки-ригелі перекриттів, вертикальні в’язі жорсткості та горизонтальні жорсткі диски.
Каркаси повинні забезпечувати необхідну міцність, надійність і, що дуже важливо, жорсткість всієї будівлі. Колони і ригелі сприймають горизонтальні і вертикальні навантаження, а в’язі повинні забезпечувати жорсткість каркасу в горизонтальному напрямку. За способами забезпечення цієї жорсткості стальні каркаси поділяються за наступними системами:
рамна;
в’язева;
рамно-в’язева;
каркасно-стовбурна (з жорстким ядром);
коробчата і коробчато-стовбурна;
система із зовнішніми в’язевими фермами.
16.3 Рамна система
Рамна система складається з колон і ригелів, з’єднаних жорстко у вузлах, і являє собою багатопролітні багатоповерхові рами, які здатні сприймати вертикальні і горизонтальні навантаження.
Для включення в роботу на горизонтальні навантаження одночасно всіх рам влаштовують горизонтальні жорсткі диски з замонолічених плит перекриття. Такі диски розміщують по висоті будинку через декілька поверхів (рис.16.1).
В рамній системі в’язі відсутні, що дуже зручно при розробці архітектурно-планувального рішення будинку, оскільки елементи каркасу не заважають організації будь-яких прорізів у стінах будівлі (вікон, дверей).
Недолік рамної системи – більша складність конструктивних рішень вузлів, оскільки вони повинні забезпечити необхідну жорсткість всьому каркасу, і більші витрати металу порівняно з іншими системами.
Рамна система раціональна для будинків середньої поверховості.
Рис. 16.1. Рамна система: 1-колони;
2-ригелі; 3-жорсткі вузли; 4-горизонтальні жорсткі диски
16.4 В’язева система
В цій системі між колонами влаштовуються вертикальні в’язі, які разом з колонами утворюють вертикальні ферми, що сприймають горизонтальні навантаження (вітер). У зв’язку з цим вузли з’єднань колон з ригелями рахуються шарнірними і за конструкцією є більш простішими. Витрати металу у в’язевій системі на 20…30% менші порівняно з рамною, а сама система виявляється більш жорсткою. Але планування будівлі при такій системі менш вільне, оскільки в’язі заважають прорізам в стінах будинку. Тому вертикальні в’язі розміщують в різних частинах будинків у місцях, зручних за умовами планування приміщень. Основні місця розміщення вертикальних вязів наведені на рис.16.2…16.5.
В’язеві ферми необхідно розміщувати як в поздовжньому, так і в поперечному напрямку, і по-можливості симетрично відносно головних осей будинку. При несиметричному розміщенні в’язів вітрові навантаження будуть закручувати будинок і викликати додаткові зусилля у в’язях.
В’язі поперечного напрямку сприймають більше вітрове навантаження і відіграють головну роль в забезпеченні жорсткості будинку.
Рис. 16.2. Розміщення вертикальних в’язів в кутах будинку по внутрішнім перегородкам: 1-вертикальні в’язі ферми;
2-жорсткі горизонтальні диски;
3-площини в’язевих ферм; 4-колони.
Рис. 16.3. Розміщення вертикальних в’язів навколо сходинкової клітки та ліфтової шахти
Рис. 16.4. Розміщення вертикальних в’язів по внутрішніх осях при стрічковому заскленні
Рис. 16.5. Розміщення вертикальних в’язів при глухих торцевих стінах
В’язеві ферми розміщуються по всій висоті будинку. В деяких випадках в’язі доводиться зміщувати в сусідні панелі, тоді нижні в’язі повинні заходити на верхні на висоту поверху (рис.16.6).
Рис. 16.6. Зміщення вертикальних в’язів по висоті будинку
Решітка в’язів може бути різною (рис.16.7), а саме:
а) б) в) г) д)
Рис. 16.7. Схеми решітки в’язів
а) хрестова – є жорсткою, але може використовуватись тільки в глухих панелях;
б) напіврозкісна – найбільш зручна для влаштування прорізів;
в) ромбічна – менш раціональна внаслідок більшої кількості вузлів;
г) підкісно-ригельна та д) неповна - менш жорсткі, але дають можливість організовувати прорізи.
Як і в рамній системі, для забезпечення загальної жорсткості будинку і включення в роботу на горизонтальні навантаження всіх вертикальних в’язевих ферм необхідне влаштування по висоті будинку горизонтальних в’язів або горизонтальних жорстких дисків (замонолічені залізобетонні плити перекриття).