основы проект мног здНесущ остовы здкарк зд Лифты и эскалатКрупнопанМонол и сб-мон

1

Тема 1. Основы проектирования многоэтажных

гражданских зданий.

Рассматриваемые вопросы:

Общие сведения о многоэтажных зданиях. Требования, предъявляемые к многоэтажным зданиям. Понятие о строительной системе.

1.1 Общие сведения о многоэтажных зданиях.

Многоэтажные здания – это основной тип зданий при застройке городов. В зависимости от административного значения и населенности городов предельная этажность зданий может быть различной.

По назначению многоэтажные здания подразделяют на гражданские и производственные. Многоэтажные гражданские здания – это жилые и общественные здания.

Термин «многоэтажные», строго говоря, относится к любому зданию высотой в 2 и более этажей. Однако, по ряду соображений, включающих определенные характеристики, противопожарные требования, капитальность и т.п., для удобства этот термин применительно к жилым зданиям условно дифференцирован на подгруппы:

—здания средней этажности (до 5-ти этажей);

—здания многоэтажные (до 16-ти этажей);

—здания повышенной этажности (до 25—30 этажей);

—высотные здания (выше 30 этажей).

Применительно к общественным зданиям, к «высотным» также относят здания выше 30-ти этажей.

Применительно к производственным подобная градация отсутствует.

Новый этап многоэтажного строительства в нашей стране относится к 1962–1963 гг., когда на основе технико-экономических исследований целесообразной городской застройки было принято решение расширять в Москве и ряде крупных городов страны строительство зданий высотой 9, 16 и более этажей.

Поиски наиболее рациональных конструктивных схем этих сооружений, отвечающих современному уровню индустриализации и развития строительной техники, привели к появлению принципиально новых в мировой практике строительства конструктивных решений многоэтажных зданий.

Главной особенностью многоэтажного строительства стало широкое использование сборного железобетона, впервые применяемого для такого рода сооружений.

Применение сборного железобетона потребовало прежде всего унификации основных параметров зданий, с тем чтобы получить наименьшую номенклатуру заводских изделий. На первом же этапе проектирования новых сооружений удалось достаточно четко провести унификацию параметров всего комплекса зданий гражданского строительства, что позволило в итоге применить для широкой номенклатуры сооружений минимальный набор сборных железобетонных конструкций.

Определились следующие принципы унификации:

– по высоте этажей:

1)для жилых каркасно-панельных зданий – 3 м; для зданий административного назначения, лечебных учреждений, зданий торгового назначения, учебных заведений и т. п. – 3,3 и 3,6 м с дополнительной высотой, в основном для первых этажей, – 4,2 м;

2)для зданий специального назначения – конструкторских бюро, научноисследовательских институтов, лабораторных корпусов, крупных торговых предприятий и т. п. – 3,6; 4,2; 4,8; 6 м;

– по размерам ячейки в плане:

1)для зданий первой группы, т. е. с высотой этажей 3; 3,3 и 3,6 –600x600 см с дополнительным шагом 300 см и с увеличенным шагом 900 см;

2

2) для зданий второй группы, т. е. зданий специального назначения, в которых технологические требования диктуют необходимость применения увеличенных пролетов и определяют повышенные величины нагрузок на перекрытия, приняты увеличенные ячей-

ки 900x900, 900x600, 600x600 см с дополнительным шагом 300 см.

В дальнейшем, в целях получения необходимого разнообразия объемно– планировочных решений жилых и общественных зданий был принят единый модуль для всех видов зданий – 60 см.

Таким образом, в основе номенклатуры, охватывающей по существу весь комплекс жилых и общественных зданий, лежит ряд модульных размеров – 180, 240, 300, 360,

420, 480, 540, 600, 660, 720, 780, 900 см.

1.2. Требования к многоэтажным зданиям

Многоэтажные здания, как и все здания, должны наиболее полно отвечать своему назначению и удовлетворять ряду требований.

К ним относятся:

1.Функциональные, учет которых обеспечивает необходимые технологические, са- нитарно-гигиенические и другие условия эксплуатации здания. Этим требованиям должны быть подчинены его объемно-планировочное и конструктивное решения, отвечающие природно-климатическим условиям строительства, правильной ориентации здания по странам света. В здании должны быть необходимое оборудование, отопление, водоснабжение, канализация и т. п., достаточная освещенность помещений, соответствующая наружная и внутренняя отделка.

2.Технические, предусматривающие защиту внутренних помещений от воздействия внешней среды н обеспечение необходимой прочности, устойчивости, долговечности, огнестойкости и сопротивляемости конструктивных элементов при действии нагрузок.

3.Архитектурно-художественные, выполнение которых способствует созданию выразительного облика здания. Это становится возможным, когда достигается соответствие архитектурных форм здания его назначению, окружающей природной среде и застройке, выбраны необходимые строительные материалы, обеспечивается высокое качество работ и т. п.

4.Экономические, предусматривающие при минимальных затратах труда, средств и времени получение необходимого количества полноценной площади. При этом первоначальные затраты на строительство здания соизмеряются с последующими при эксплуатации (расходы на отопление, ремонт и т. п.).

Рассмотренные требования к зданиям взаимосвязаны и в некоторых случаях противоречивы. Это заставляет при проектировании и строительстве искать компромиссное (наилучшее) решение.

Наиболее общие требования к многоэтажным зданиям всех типов – обеспечение их

надежности, огнестойкости и долговечности конструкций. Многоэтажные здания (кро-

ме высотных) обычно относятся к нормальному уровню ответственности, что означает:

– степени огнестойкости и долговечности конструкций должны быть не ниже II класса {таблица 1.1).

Таблица 1.1. Зависимость количества этажей и допустимых площадей от степени огнестойкости

4

Во всех случаях в обязательном порядке упоминаются материалы и изделия несущего остова зданий, которые нельзя рассматривать вне связи с методами возведения зданий.

Панель – вертикальный плоскостной элемент, геометрические характеристики которого тождественны пластинам (когда один генеральный размер – толщина – существенно меньше двух других). Панель выполняет одновременно несущие и ограждающие или только ограждающие функции.

Еще более укрупненным сборным изделием является объемный блок — предварительно изготовленная часть объема строящегося здания (санитарно-техническая кабина, комната, квартира, помещение трансформаторной подстанции и т.п.).

Объемно–блочные здания возводят из крупноразмерных элементов – объемных блоков, которые представляют собой готовую часть здания, например комнату (рисунок 1.1), размеры объемных блоков зависят от схемы разрезки здания на блоки – комнаты. Такие дома имеют две конструктивные схемы: блочную и блочно–панельную. Блочные здания возводят только из объемных блоков, устанавливаемых вплотную друг к другу, в блочно-панельных –объемные блоки устанавливают на расстоянии один от другого так, что между ними образуется комната, которую перекрывают панелями.

Рисунок 1.1 – Конструктивная схема дома из блоков–комнат

Технология возведения зданий с применением, в основном, готовых изделий называется полносборной. К таким строительным системам относятся: крупно-блочная, крупнопанельная, каркасно-панельная, объемно-блочная, каркасная из сборных изделий и т.п.

Монолитными конструкциями называют строительные конструкции, главным образом бетонные и железобетонные, основные части которых выполнены в виде единого целого (монолита) непосредственно на месте возведения здания или сооружения. К монолитным конструкциям можно условно отнести стены и столбы, возводимые из мелкоштучных камней в технике ручной кладки, имея в виду, что перевязка швов и применение связующего (раствора) позволяют создать единое целое любой формы. В последнем случае для характеристики технологии их возведения иногда применяют термин «традиционная».

При сочетании монолитных конструкций со сборными способ возведения и окончательная конструкция называются сборно-монолитными.

При выборе строительных систем имеет значение класс здания по уровню ответственности, регламентирующий требования к степени огнестойкости и долговечности и ограничивающий применение материалов и конструкций.

Безусловно, выбор строительной системы связан также с экономическими соображениями, с обязательностью учета возможностей местной строительной базы и т.п. Обычно все факторы тщательно анализируются на стадии разработки техникоэкономических обоснований проекта.

5

Тема 2. Несущие остовы зданий.

Рассматриваемые вопросы: Типы несущих остовов.

Виды конструктивных систем.

Понятие о пространственной жесткости и устойчивости зданий.

2.1 Типы несущих остовов.

Несущим остовом здания называется его конструктивная основа – пространственная система, состоящая из совокупности вертикальных и горизонтальных стержневых, плоскостных или объемных элементов – несущих конструкций и связей, соединяющих эти конструкции.

Важнейшее назначение несущего остова состоит в восприятии нагрузок, действующих на здание, «работе» на усилия от этих нагрузок с обеспечением конструкциям необходимых эксплуатационных качеств в течение всего срока их службы.

Типы несущих остовов. Горизонтальные несущие элементы перекрытий (покрытий) предназначены, прежде всего, для работы при действии на них разного рода вертикальных нагрузок, которые в виде опорных реакций передаются на вертикальные опоры. Кроме того, эти же перекрытия являются горизонтальными диафрагмами, воспринимающими в своей плоскости изгибающие и сдвигающие усилия от горизонтальных нагрузок, обеспечивая геометрическую неизменяемость здания в каждом из горизонтальных уровней, совместную работу вертикальных опор при таких нагрузках, перераспределение усилий между ними и т.п.

Вертикальные несущие конструкции воспринимают все виды воздействия нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации здания, и через фундаменты передают их на грунт. Вертикальные опоры являются определяющим признаком для классификации несущих остовов по типам. Известны два типа вертикальных опор:

стержневые (элемент, у которого один генеральный размер – длина – неизмеримо больше двух других – ширины и толщины) – колонны или стойки каркаса;

плоскостные – стены.

Так, стена, не зависимо от того, сложена ли она из бревен, выполнена ли из кирпича или из сборных панелей, всегда рассматривается как плоскостной элемент, один размер которого (толщина) значительно меньше других генеральных размеров.

Исходя из такого определения, различают два основные типа несущего остова зданий: каркасный и стеновой (бескаркасный). Третий – комбинированный (или смешанный)

– состоит из различных сочетаний стержневых и плоскостных вертикальных элементов (стоек каркаса и стен).

Вся совокупность конструктивных элементов несущего остова многоэтажных зданий в каждом отдельном случае объединена между собой вполне определенным образом, образуя в пространстве единство закономерно расположенных частей, т.е. систему, которую называют конструктивной. По существу, это способ размещения несущих горизонтальных и вертикальных конструкций в пространстве, их взаимное расположение, способ передачи усилий и т.п.

2.2 Виды конструктивных систем

Стеновой несущий остов (бескаркасный с несущими стенами), который представляет собой жесткую и устойчивую коробку из взаимосвязанных стен и перекрытий (см. схемы ниже). Наружные и внутренние стены здания воспринимают нагрузки от междуэтажных перекрытий и покрытия. Этот конструктивный тип зданий широко распространен при возведении жилых домов, школ и других общественных зданий.

6

Различают следующие основные конструктивные системы стенового несущего остова:

• системы с продольно расположенными несущими стенами или, как принято говорить, с продольными несущими стенами (расположенными вдоль длинной, фасадной стороны здания и параллельно ей). Таких, параллельно расположенных стен, может быть две, три, четыре. Соответственно, бытуют упрощенные названия таких стеновых остовов: «двухстенка», «трехстенка» и т.п;

Рисунок 2.1 – Система с продольным расположением стен

1 – фундаменты; 2 – внутренние несущие стены; 3 – то же, наружные; 4 – панели междуэтажного перекрытия;

• системы с поперечно расположенными (с поперечными) несущими стенами. Разновидности: с широким шагом (более 4,8 м); узким шагом (менее 4,2...4,8 м); со

смешанными шагами;

5

3

2

Рисунок 2.2 – Система с поперечным расположением стен

1 – фундаменты; 2 – внутренняя несущая стена; 3 – наружная самонесущая стена; 4 – панели междуэтажного перекрытия; 5 – торцовая наружная стена.

7

• системы с перекрестным расположением несущих стен (перекрестно-сте- новая система).

Рисунок 2.3 – Перекрестно–стеновая система

1 – фундаменты; 2 – внутренние несущие стены; 3 – то же, наружные; 4 – панели междуэтажного перекрытия;

Каркасный несущий остов представляет собой пространственную систему (каркас; см. схему ниже), образованную: (для производственных зданий) колоннами, подкрановыми балками, стропильными и подстропильными фермами или же (для гражданских зданий) колоннами, ригелями и плитами междуэтажных перекрытий и покрытий, которая воспринимает все нагрузки, действующие на здание. Для зданий каркасного типа характерно четкое разделение конструкций по особенностям их работы (на несущие и ограждающие).

Определяющим признаком в каркасном несущем остове является расположение ригелей каркаса. Ригелем называется стержневой горизонтальный элемент несущего остова (главная балка, ферма и т.п.), передающий нагрузки от перекрытий непосредственно на стойки каркаса. Различают четыре типа конструктивных каркасных систем:

– с поперечным расположением ригелей;

Рисунок 2.3 – Конструктивная система с поперечным расположением ригелей 1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – ри-

гели; 5 – панели перекрытия.

8

– с продольным расположением ригелей;

4

Рисунок 2.4 – Конструктивная система с продольным расположением ригелей 1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – ри-

гели; 5 – панели перекрытия.

– с перекрестным расположением ригелей;

Рисунок 2.5 – Конструктивная система с перекрестным расположением ригелей

1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4, 6 – ригели; 5 – панели перекрытия.

– с безригельным каркасом, при котором ригели отсутствуют, а гладкие или кессонированные плиты перекрытий (так называемые безбалочные) опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны.

4

Рисунок 2.6 – Конструктивная система с безригельным решением

1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – панели перекрытия.

9

Комбинированный несущий остов.

Среди большого разнообразия сочетаний стержневых и плоскостных вертикальных опор наиболее часто встречаются:

•системы расположения стен по периферии, а стоек каркаса – внутри здания («неполный каркас»); эту систему, учитывая осадку кладки при «неосадочных» столбах, не рекомендуется применять выше 9-ти этажей (рисунок 2.7, а);

•системы, в которых каркас расположен в пределах нижних 1...3 этажей, а выше находится бескаркасный несущий остов;

•системы со стеновым остовом – в одном или в нескольких центрально расположенных стволах, которые обстроены по периферии стойками каркаса в один или несколько рядов и т.д.

Рисунок 2.7 – Конструктивные системы комбинированного остова:

a – неполный каркас; б – с ядром жесткости; в – с каркасным остовом в первых этажах (I) и со стеновым в вышележащих этажах (II);

1 – колонна; 2 – несущая стена

Выбор конструктивных систем – один из основных вопросов, решаемых при проектировании зданий.

Стеновой (бескаркасный) несущий остов – самый распространенный в жилищном строительстве. Размеры жилых ячеек, необходимость членений стенами и перегородками с обеспечением звукоизоляции квартир и другие особенности обуславливают техническую целесообразность и экономическую оправданность применения бескаркасных зданий при строительстве жилища, а также тех гражданских зданий, в которых преобладает многоячейковая планировочная структура (гостиницы, санатории, больницы и т.п.).

Взависимости от принятой строительной системы, высота зданий со стеновым остовом обычно ограничивается 25...30 этажами. Предпочтительными строительными системами в этих случаях являются: стены из камней ручной кладки, из крупных блоков или панелей, стены из монолитного железобетона. При этом крупнопанельные системы возводят, главным образом, с поперечными несущими стенами, тогда как применение наружных панелей с продольными несущими стенами рекомендуется ограничить 5...6 этажами. При кирпичных несущих стенах и крупных блоках невыгодна высота здания выше 10... 14 этажей.

Впроизводственных, общественных и жилых зданиях – особенно повышенной этажности (более 30 этажей) – предпочтительным типом несущего остова является каркасный.

Комбинированный несущий остов чаще применяется при строительстве гражданских многоэтажных зданий; в промышленном же строительстве он используется значительно реже. Системы, в которых первые два–три этажа каркасные, а остальные – бескаркасные, характерны для строительства многоэтажных жилых зданий на магистральных улицах, а также гостиниц, санаториев и т.п., т.е. зданий, в которых функционально используют первые этажи.