7.2. Виды вертикальных несущих конструкций. Понятие конструктивной системы и схемы
Различают несколько видов вертикальных несущих конструкций:
стержневые – колонны, иначе – стойки каркаса или столбы (рис.7.5, а);
плоскостные – стены (рис.7.5, б);
объемно-пространственные на ячейку – объемный блок (рис.7.5, в);
объемно-пространственные внутренние на всю высоту здания – ствол, ядро жесткости (рис.7.5, г);
объемно-пространственные внешние замкнутого контура – оболочка, внешние стены здания (рис.7.5, д).
Рисунок 7.13 – Виды вертикальных несущих конструкций
а) стержневые; б) плоскостные; в) объемно-пространственные на ячейку;
г) объемно-пространственные внутренние на всю высоту здания; д) объемно-пространственные внешние замкнутого контура
В зависимости от вида вертикальной несущей конструкции принимается вид конструктивной системы здания.
Конструктивной системой называют обобщенную статическую характеристика здания по виду вертикальной несущей конструкции.
Типы конструктивных систем (рис.7.6):
каркасная (несущий элемент – колонна);
бескаркасная или стеновая (несущий элемент – стена);
объемно-блочная или столбчатая (несущий элемент – объемный блок);
ствольная (несущий элемент – ствол, ядро);
оболочковая или периферийная (несущий элемент – наружная стена или пространственная оболочка).
Конструктивная схема – вариант конструктивной системы по расположению в пространстве и шагу несущих конструкций (поперечное, продольное, продольно-поперечное, перекрестное и т.п.).
Рисунок 7.14 – Основные конструктивные системы
а) каркасная; б) бескаркасная; в) объемно-блочная (столбчатая);
г) ствольная; д) оболочковая
7.3. Строительные системы
Конструктивные система и схема не дают сведений о материале. Конструктивной характеристикой решения по материалу является строительная система (рис.7.7). Рассмотрим основные виды строительных систем.
Традиционная – возведение несущих конструкций методом ручной кладки; кирпичные дома или дома с использованием мелкоразмерных сборных элементов типа стеновых блоков из керамики, легкого бетона или естественного камня. Стены из таких элементов возводятся с взаимной перевязкой швов на цементно-песчаном растворе. Они самоустойчивы и в процессе монтажа не требуют дополнительных монтажных приспособлений. Эта система обладает существенными архитектурными преимуществами – позволяет проектировать здания любой формы с различными высотами этажей и разнообразными по размеру проемами и архитектурными деталями (эркерами, лоджиями и т.д.). Но ручная кладка стен является причиной основных технических и экономических недостатков каменных зданий: трудоемкость возведения и нестабильности прочностных характеристик кладки, подверженных влиянию сезона возведения и квалификации каменщиков.
Рисунок 7.15 – Классификация строительных систем
Панельная – несущий элементы выполнены из сборных элементов заводского изготовления – стеновые панели. Как правило, панели железобетонные или из различных легких бетонов (материал конструкции – бетон). В редких случаях панели выполняются в заводских условиях из кирпича с металлическим обрамлением (материал конструкции – камень). Панели обычно выполняют высотой на этаж или в полэтажа. Панели устанавливают на цементно-песчаном растворе без взаимной перевязки швов. Конструкции панелей несамоустойчивы: при возведении их устойчивость обеспечивают монтажные приспособления, а в эксплуатации – специальные конструкции стыков и связей. Панельная строительная система использует в зданиях до 30 этажей в обычных грунтовых условиях и до 14 этажей в сейсмических районах. Панельные конструкции применяют преимущественно для возведения жилых зданий различного типа, гостиниц, пансионатов спальных корпусов домов отдыха, для ряда массовых общественных зданий (школ, детских садов, магазинов и т.п.).
Крупноблочная строительная система применяется при возведении жилых зданий высотой до 25 этажей. Блоки могут быть различные по массе. Масса сборных элементов составляет 3-5 т при изготовлении блоков из бетона. Установка крупных блоков осуществляется по основному принципу возведения каменных стен. Преимуществами крупноблочных строительных систем являются: простота техники возведения, обусловленная самоустойчивостью блоков при монтаже, возможность широкого применения системы в условиях различной сырьевой базы.
Каркасно-панельная система со сборным железобетонным каркасом и навесными стеновыми ограждениями одно- или многослойными применяется в строительстве зданий высотой до 30 этажей.
Каркасная система обеспечивает гибкость планировочных решений при проектировании и относительно недорогую модернизацию и даже перепрофилирование зданий в процессе их эксплуатации. Такой незначительный компоновочный недостаток каркасно-панельной системы, как наличие ригелей, преодолим при использовании безригельных каркасов.
Объемно-блочная система – несущий элемент железобетонный объемно-пространственный блок, изготовленный на заводе. Блок массой до 25 т заключает в себе жилую комнату или другой элемент фрагмента здания.
Применяют для строительства жилых домов, гостиниц, спальных корпусов домов отдыха и санаториев высотой до 16 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях и для жилых домов малой и средней этажности при сейсмичности 7-8 баллов.
Монолитная и сборно-монолитная система – все несущие конструкции или их часть выполнены из монолитного железобетона. Монолитные здания как правило, проектируют бескаркасными, сборно-монолитные – каркасными или бескаркасными. Эту систему применяют преимущество для возведения зданий повышенной этажности. На архитектурно-планировочное и конструктивное решение монолитных и сборно-монолитных зданий существенное влияние оказывает применяемый метод бетонирования конструкций.
Метод скользящей опалубки предусматривает непрерывное бетонирование несущих стен в системе синхронно перемещаемых по вертикали опалубочных щитов, устанавливаемых по контуру всех несущих стен здания или секции-захватки.
Метод объемно-переставной опалубки основан на цикличном (поэтажном) бетонировании стен и перекрытий с последующим перемещением элементов Г- или П-образной (объемной) опалубки, объединяющей вертикальные и горизонтальные щиты опалубки на отметку верхнего этажа.
Метод крупноразмерной щитовой (крупно-щитовой) опалубки заключается в цикличном (поэтажном) бетонировании несущих стен в поэтажно устанавливаемых крупных (размером на конструктивно-планировочную ячейку) плоских опалубочных щитах.
Метод подъема перекрытий сводится к бетонированию плит междуэтажных перекрытий и покрытий размером на всю площадь здания на нулевой отметке. Бетонирование производится в инвентарной бортовой опалубке с последующим перемещением этих плит по вертикальным несущим конструкциям (колоннам и объемно-пространственным бетонным шахтам – стволам жесткости) и креплением к этим конструкциям на проектных этажных отметках.
Различие между методом подъема перекрытий (МПП) и методом подъема этажей (МПЭ) сводится к разному месту монтажа ограждающих конструкций. При МПП ограждающие конструкции устанавливают после закреплении перекрытий на проектных отметках. При МПЭ ограждающие конструкции каждого этажа монтируют на нулевой отметке и перемещают на проектную отметку вместе с плитой междуэтажного перекрытия.
Здания из монолитного бетона отличатся разнообразием архитектурно-планировочных решений и композиционных решений (при использовании новых отделочных материалов). По жесткости они одинаковы или превосходят панельные, поэтому их применяют в сложных грунтовых условиях и в условиях сейсмики до 20 этажей, а в обычных условиях – в зданиях до 25 этажей.
Строительная система гражданских зданий с несущими и ограждающими металлическими конструкциями получили распространение в малоэтажеом строительстве легкометаллических общественных зданий комплексной поставки и в мобильных одноэтажных зданий из болк-контейнеров различного назначения.
Каркасная система с металлическим каркасом и навесными стеновыми ограждениями одно- или многослойными первоначально применялась в строительстве зданий общественного назначения в районах с ограниченным производством железобетонных конструкций и в труднодоступных районах. Сейчас она используется повсеместно в строительстве одно-, двухэтажных зданий районного и микрорайонного значения. Наиболее широко она внедряется в строительстве предприятий торговли, общественного транспорта, связи, питания и досуга.
В полный комплект крупных зданий комплексной поставки входят: колонны, легкие пространственные конструкции покрытия (чаще всего типа структура), трехслойные панели наружных стен и покрытий с металлической облицовкой (наружной и внутренней) и эффективным утеплителем, специальные профили-нащельники стыков, витражи, оконные блоки, комплектующие изделия.
Основные экономические преимущества системы заключаются в минимальных сроках строительства (быстровозводимые здания), снижении массы конструкций и трудоемкости строительства. Применение таких конструкций особенно целесообразно в холодном и умеренном климате.
Строительная система зданий с несущими конструкциями из дерева и пластмасс применяется при возведении жилых общественных зданий до 2-х этажей. Существует несколько строительных систем с несущими стенами или каркасом из дерева. Традиционная – с несущими стенами из уложенных по периметру стен горизонтальных рядов бревен. Ряд индустриальных систем: брусчатая – с несущими стенами из брусьев квадратного или прямоугольного сечения; каркасная – с заполнением пространства между стойками утеплителем и обшивками на постройке (каркасно-обшивная) или щитами заводского производства (каркасно-щитовая); бескаркасные – щитовая и панельная. Эти системы имеют ограниченное применение только в районах, богатых лесом.