21.Принципы расчета многоэтажных железобетонных каркасных зданий.

Несущей остов каркасного здания представляет собой систему, состоящую из:

а) фундаментов;

б) вертикальных опор - стоек или колонн;

в) горизонтальных элементов – ригелей, балок, настилов, перекрытий и покрытий;

г) связей, обеспечивающих неизменность пространственной геометрической формы и устойчивость здания.

Применение каркасного несущего остова дает возможность:

а) свободно планировать помещения;

б) резко снизить массу здания благодаря замене тяжелых несущих стен редко расставленными колоннами с легкими навесными стенами и перегородками;

в) применять высокие марки бетонов и стали, эффективные современные материалы для навесных ограждающих конструкций;

г) надежно контролировать качество изделий, стыков и производства работ;

д) возводить здания большой этажности (железобетонные монолитные или сборные - от 16 до 25 – З0 этажей, стальные - без ограничения этажности);

е) легко унифицировать сборные детали и изделия.

В каркасном несущем остове возможны следующие конструктивные схемы:

а) с поперечным каркасом;

б) с продольным каркасом

в) с пространственным каркасом;

г) с внутренним каркасом и несущими наружными стенами;

д) с безригельным внутренним каркасом;

е) с безригельным внутренним каркасом и несущими наружными стенами.

(а, б, в – полный каркас; г, д, е – неполный каркас)

Выбор конструктивной схемы зависит от архитектурно-планировочного решения, способа обеспечения устойчивости здания, инженерного оборудования и других факторов.

При проектировании и строительстве каркасных зданий важное значение имеет обеспечение жесткости и устойчивости зданий, которые достигаются за счет той или иной статической схемы работы конструкции каркаса.

По характеру статической работы различают три вида каркасов: рамный, связевый и рамно-связевый.

Рамный каркас представляет собой систему колонн, ригелей и перекрытий, соединенных в конструктивных узлах в жесткую и устойчивую пространственную систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные (ветровые и др.) усилия.

В связевых каркасах колонны и ригели каркаса рассчитаны только на вертикальные нагрузки при шарнирных соединениях в узлах, а ветровые и другие горизонтальные нагрузки через перекрытия передаются на жесткие поперечные вертикальные связи (диафрагмы жесткости) - стенки или ядра жесткости.

В связевой схеме каркасного здания жесткие связи (диафрагмы) обычно располагаются с интервалами в несколько конструктивных шагов на расстоянии не более 48 м при сборных перекрытиях или 54 м при монолитном каркасе. Поэтому связевая система каркаса позволяет во всех этажах здания получить достаточно большие зальные помещения между связевыми стенами, что необходимо для зданий универмагов, торговых центров, проектных организаций, научных учреждений и др.

Каркасный остов связевой системы в настоящее время имеет наибольшее распространение в массовом строительстве общественных зданий, зданий повышенной этажности и в высотных зданиях любого назначения.

В связевых каркасах могут использоваться как ригельные конструктивные схемы, так и безригельные.

Рамно-связевый каркас состоит из плоских рам, расположенных поперек здания и жестких связей или ж.б. перегородок в продольном направлении. Плоские рамы обеспечивают только поперечную жесткость и устойчивость здания. Продольная устойчивость здания обеспечивается жесткими связями или стенками жесткости.

Каркасный остов рамно-связевого типа применяется при строительстве жилых зданий гостиничного типа, административных зданий и т.д. высотой до 20-22 этажей. Поперечные рамы могут формироваться как из отдельных ригелей и колонн (одноэтажных и многоэтажных), так и из П- или Н-образных элементов. Связи для обеспечения жесткости и устойчивости зданий могут выполняться в виде сборных или монолитных железобетонных стенок-диафрагм и пространственных ядер жесткости.

При большей этажности каркасного здания пространственное ядро жесткости работает как консоль, заделанная в жестком незыблемом фундаменте. При больших горизонтальных усилиях (ветровые и др.) эта консоль может подвергаться некоторому изгибу, увлекая и примыкающие к ней каркасные этажи, что сопровождается нарушением горизонтальности перекрытий верхних этажей с переломами уклонов. Значительного уменьшения подобных деформаций можно достигнуть устройством в зоне верхнего технического этажа жесткой плоскости - пространственной рамы.

Применение сборного ж.б. каркаса наиболее целесообразно при строительстве жилых и общественных зданий высотой16 - 50 этажей.

При большей этажности может оказаться наиболее выгодным использование стального каркаса со сборными железобетонными перекрытиями при условии применения индустриальной эффективной противопожарной защиты стальных несущих конструкций.

1 — плиты перекрытия; 2 — колонны; 3 — ригель;

4 — ядро жесткости; 5 — ростверк; 6 — высокопрочные канаты

 

Конструктивные схемы высотных зданий.

В зданиях высотой более 50 этажей ядра жесткости не в состоянии воспринять ветровую нагрузку. В этом случае наружные колонны здания с помощью горизонтальных диафрагм (ростверков) объединяются с ядром жесткости и работают совместно с ним.

В последние годы проводят обширные исследования по разработке новых рациональных конструктивных схем многоэтажных зданий. К их числу можно отнести конструктивную схему, представляющую собой железобетонное ядро жесткости с консолями (рис. 1, в), к которым подвешены на тросах междуэтажные перекрытия и стены здания. Тросы выполняют из высокопрочной стали с предварительным напряжением, а стены — из эффективных теплоизоляционных материалов. Все коммуникации устраивают в ядре, которое воспринимает вертикальные и горизонтальные нагрузки. Такое решение позволяет уменьшить площадь застройки.

К связевым системам могут также быть отнесены здания с неполным каркасом, в которых роль диафрагм выполняют наружные продольные и поперечные несущие стены. Внутренний каркас, состоящий из колонн и ригелей, опирающихся по наружным осям на стены, работает только на вертикальные нагрузки.

■ Смешанная система. Такая система в одном направлении (обычно поперечном) представляет собой раму с жесткими узлами, а в другом — связевую систему обычно с металлическими связями. Она широко распространена в многоэтажных промышленных зданиях, в которых связи в поперечном направлении препятствуют технологическому процессу.