Учебное пособие 800663

31

Компоновка второстепенных и главных балок в плане может быть различной: при продольном или поперечном их расположении. При выборе направления главных балок учитывают назначение здания, пространственную жесткость каркаса и другие требования.

Пролеты главных балок 6-9 (12) м, высота поперечного сечения 1/8-1/15 от пролета, а ширина – 0,4-0,5 высоты. В каждом пролете главной балки располагают от одной до трех второстепенных балок. По осям колонн также располагают второстепенные балки. Их пролеты составляют 5-7 м, высота поперечного сечения – 1/12-1/20 от пролета, ширина – 0,4-0,5 от высоты.

Пролеты монолитной плиты перекрытия равны шагу второстепенных балок и составляют 2-3 м, а толщина плиты, в зависимости от нагрузки, выбирается в пределах 1/25-1/40 пролета и чаще всего составляет 80-100 мм.

Каркасы с частым расположением балок (1-2 м) в двух или трех направлениях с одинаковым шагом и высотой называют каркасами с кессонными перекрытиями (рис. 2.11). Их преимущество заключается в сравнительно меньшей высоте перекрытия (балок) и высокой архитектурной выразительности потолков общественных зданий.

Рис. 2.11. Монолитные железобетонные каркасы с перекрытиями кессонного типа:

а- конструктивно-планировочные ячейки; б – фрагмент разреза

Кчислу перспективных решений можно отнести суперкаркасную систему типа этажерки (рис. 2.12). При такой системе пространственная жесткость здания обеспечивается так называемым суперкаркасом, представляющим собой несколько коробчатых пилонов (стволов), соединенных между собой мощными ростверками в нескольких уровнях по высоте здания.

На ростверки, как на полки этажерки, опираются многоэтажные каркасы, которые могут иметь различные планировочные и конструктивные решения. Каркасы этажерочного типа являются наиболее перспективными для зданий очень большой этажности, особенно высотных.

32

Рис. 2.12. Конструктивная схема каркаса типа этажерки:

а– схема фасада; б – схема типового этажа; в – схема ростверка;

1– коробчатый пилон; 2 – ростверк; 3 – каркасно-ригельная структура

2.3.2.Безригельная каркасная монолитная система

Монолитные безригельные каркасы проектируют на основе квадратной или прямоугольной сетки колонн, при этом соотношение между большим и меньшим пролетами ограничивается как 4/3. Наиболее рациональна квадратная сетка колонн 6×6 м.

В монолитных безригельных каркасах сплошная железобетонная плита опирается непосредственно на колонны с капителями (рис. 2.13). Капители обеспечивают жесткое сопряжение плиты с колоннами и прочность плиты на продавливание по периметру колонны, уменьшают расчетный пролет плиты. Капители колонн конструируют в виде усеченной пирамиды с углом наклона граней 45º или двойной усеченной пирамиды ломаного очертания.

Однако в настоящее время отдается предпочтение варианту без капителей. Колонны объединяются монолитной плитой перекрытия, армированной межколонными и надколонными сетками, рассчитанными на усилия от продавливания без привычных капителей (см. гл. 4 и рис. 4.2, а).

Одним из эффективных вариантов монолитного безригельного каркаса для зданий с мелкоячеистой планировочной структурой является вариант с узкими колоннами в виде коротких стенок-диафрагм без капителей (рис. 2.14).

Колонны такого вида можно использовать и в качестве ограждающих элементов. Одновременно уменьшаются пролеты плит и увеличивается жесткость каркаса. Колонны проектируют плоскими, ориентируемыми на плане в разных направлениях Колонны могут быть пространственными (рис. 2.14, б), логично вписывающимися в планировочную структуру здания. Данная система

33

является открытой, позволяет создавать разнообразные объемнопланировочные решения жилых, учебных, административных и других зданий со средними по величине пролетами – до 7,5 м.

Рис. 2.13. Монолитный безригельный каркас: а – капители колонн и их армирование; б – расположение рабочей арматуры в плите (план); в – фрагмент разреза каркаса с изобра-

жением армирования плиты; 1 – рабочая арматура; 2 – конструктивная арматура

Рис. 2.14. Монолитный безригельный каркас с колоннами в виде коротких стенок-диафрагм: а – фрагменты фасада и плана каркаса здания коридорного типа; б – возможные формы сечения колонн; в – формы колонн переменного сечения по высоте

34

2.3.3.Сборно-монолитные каркасы

Впоследние десятилетия в технически развитых странах наблюдается повышенный интерес к сборно-монолитным конструкциям каркасов, в которых роль оставляемой опалубки выполняют тонкостенные железобетонные элементы. Применение таких конструкций, отличающихся повышенной степенью индустриальности, позволяет существенно снизить трудоемкость и уменьшить сроки возведения зданий при сохранении всех основных достоинств монолитных конструкций (см. гл. 4).

Сборно-монолитная система КУБ-2,5 (каркас универсальный безригельный) позволяет строить жилые дома, здания общественного назначения в едином конструктивном ключе, по единой технологии изготовления и монтажа строительных конструкций. Система представляет собой связевый каркас, состоящий из многоэтажных неразрезных колонн прямоугольного сечения и сплошных плит перекрытия (рис. 2.15). КУБ-2,5 соответствует уровню прогрессивных современных индустриальных каркасных конструкций. Отличительная особенность системы – монтаж плит перекрытия на колонну и соединение плит перекрытий между собой производится без поддерживающих элементов.

Рис. 2.15. Сборно-монолитный безригельный каркас КУБ-2,5: а – монтажная схема; б – стык колонн; в – узел «колонна-плита»

Конструкция стыков колонн исключает сварку, так как стык колонн сечением 400×400 мм предусматривает принудительный монтаж, при котором фиксирующий стержень нижнего торца колонны должен войти в патрубок верхнего торца нижней колонны.

Конструкции каркаса предполагают высоту этажей 2,8; 3,0; 3,3 м при основной сетке колонн 6×6 м. При необходимости высоту этажа можно увеличить до 6 м, а шаг колонн – до 12 м.

Конструкции КУБ-2,5 применяются при возведении общественных зданий в 1-3 этажа с большими пролетами, с техническим подпольем и жилых зданий в 4-22 этажа.

В сборно-монолитном варианте основные элементы каркаса – колонны и балки - бетонируются в тонкостенных опалубочных элементах коробчатого се-

35

чения. В зоне стыков выпуски арматуры из опалубочных элементов замоноличиваются в процессе заполнения полостей колонн и балок бетонной смесью.

Элементы выполняются из обычного или преднапряженного бетона при толщине стенок 80-120 мм. При применении опалубочных элементов из обычного бетона монолитное заполнение дополнительно армируется.

2.3.4. Пилонная конструктивная система

Конструктивная система с плоскими пилонами может решаться как с устройством ригелей, так и без них. Это система является промежуточной между стеновой и каркасной системой (рис. 2.16). Здания с пилонными стенами решаются так же, как и каркасная система. Планировки зданий обладают достаточной свободой в решениях пространства, но и имеют ряд недостатков:

-колонны заменены плоскими участками стен, развитыми в длину;

-при ригельной системе появляются в интерьерах помещений выступающие балки.

Рис. 2.16. Пилонная конструктивная система на примере фрагмента плана опалубочного чертежа

36

Конструктивная система с пилонами дает возможность применять ее при возведении общественных зданий и жилых домов, которые на нижних этажах имеют встроенные общественные помещения.

Армирование плоских пилонов осуществляют в основном отдельными стержнями с замкнутыми хомутами. В перекрытиях предусматривается армирование, усиливающее его надопорную часть дополнительными сетками или пространственными каркасами.

2.4. Системы со стволами жесткости

2.4.1. Общие положения

Если система несущих стен является достаточно эффективной для жилых зданий средней этажности, то для высотных выполняются другие условия. Высотные, в особенности общественные, здания требуют максимума планировочной гибкости, больших внутренних пространств, которые могут разделяться мобильными перегородками. В этом случае оптимальным решением является устройство ствола или нескольких стволов в зависимости от назначения и размеров здания. Здесь сосредоточены системы вертикального транспорта, инженерного обеспечения: лифты, лестницы, инженерные коммуникации, туалеты и другие подсобные помещения.

Эти стволы используются как системы стен-диафрагм, обеспечивающие восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также устойчивость здания. Площадь стволов составляет 10-25 % общей площади этажа здания.

Стволы жесткости можно рассматривать как высокие консольные балки, защемленные в грунте оснований и воспринимающие горизонтальные нагрузки. Так как ствол воспринимает одновременно вертикальные нагрузки, он имеет преимущества для создания предварительного напряжения сжатием и, таким образом, растягивающие напряжения в нем могут не возникнуть.

Сечение одиночного ствола может быть разнообразной формы в зависимости от формы здания в плане (рис. 2.17, а). При значительных размерах стволы выполняются в виде нескольких концентрических оболочек или состоят из нескольких секций (рис. 2.17, б). Такой прием позволяет существенно повысить их жесткость. Не существует каких-либо ограничений по форме и расположению стволов. Ствол жесткости может располагаться в пределах площади здания, может быть вынесен полностью или частично за контуры здания.

Стволы жесткости проектируют из железобетона, из стали или их комбинаций. Однако их чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборном варианте элементы мало повторяемы и при монтаже значительно увеличивается объем сварочных работ.

Для сравнительно невысоких зданий монолитный железобетонный ствол имеет стены постоянной толщины. В более высоких зданиях стены ствола жесткости выполняют с переменной толщиной: от 40-120 см в нижних этажах до

37

20-60 см – в верхних. Железобетонные стволы кроме восприятия нагрузок являются конструкциями, ограждающими пространство, и для их огнезащиты не требуется дополнительных мероприятий.

Рис. 2.17. Формы стволов жесткости: а – односекционные; б – многосекционные

В уровне каждого этажа с одной или нескольких сторон в стволе предусматриваются дверные проемы. Неразрезность ствола обеспечивается обвязочными балками (перемычками над проемами) в уровне и ниже перекрытий.

Монолитные стволы жесткости армируют вертикальными пространственными каркасами, которые на монтаже стыкуют соединительными стержнями (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Схема армирования монолитного ствола жесткости:

а– горизонтальное сечение; б – вид вертикального армирования; 1 – арматурный пространственный каркас; 2 – соединительные стержни; 3 – продольная арматура перемычки;

4 – поперечная арматура перемычки; 5 – проем

Перемычки над проемами армируют горизонтальными каркасами. Продольную и поперечную арматуру, а также толщину стен устанавливают по расчету. По условиям технологии возведения в скользящей опалубке наименьшая толщина стен – 200 мм. Стены и перемычки стволов могут быть предварительно напряженными.

Системы зданий со стволами жесткости характеризуются большим разнообразием конструктивных решений, связанных, прежде всего, с восприятием и передачей нагрузок. Ствол, как единственная вертикальная несущая конст-

38

рукция, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки, применяется достаточно редко. Наряду со стволом или стволами в зданиях применяют и другие вертикальные конструкции: стены, каркас, объемные блоки, подвески. Соединение разных конструкций создает комбинированные конструктивные системы: ствольно-стеновую, ствольно-каркасную, ствольноблочную, ствольно-подвесную.

2.4.2. Ствольные системы

Определяющим признаком ствольной конструктивной системы является то, что все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются одним или несколькими стволами жесткости. Для зданий характерны меньшая площадь застройки и соответственно меньшие объемы работ по возведению фундаментов, пониженная чувствительность к неравномерным осадкам фундаментов, повышенная сопротивляемость сейсмическим воздействиям. Разновидности ствольной системы зависят от способов опирания конструкций этажей и от передачи нагрузки на стволы (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Схемы зданий с одним стволом жесткости:

а – с консольными перекрытиями на каждом этаже; б – с несущей конструкцией перекрытия высотой в этаж; в – с опиранием несущих конструкций этажей на одну консольную железобетонную опору; г – то же, на две опоры; д – с опиранием несущих конструкций этажей на одну консольную стальную опору; е – то же, на опоры; 1 – ствол жесткости; 2 – плита перекрытия; 3 – консольная балка монолитного бетона; 4 – контурная балка; 5 – консольная фер-

ма; 6 – контурная ферма; 7 – железобетонная консольная опора; 8 – стальная консольная опора; 9 – стойка (колонна); 10 – перекрытие

39

Из многих способов опирания конструкций этажей на стволы предпочтение рекомендуется отдавать варианту с единой несущей конструкцией по экономическим, функциональным и композиционным соображениям. Примеры с единой несущей нижней консольной опорой даны на рис. 2.19, в, д; 2.20, а. На рис. 2.21 показан пример одноствольного здания с консольными стенкамибалками.

В зданиях с несколькими стволами, которые располагаются периферийно, возможно создание разнообразных по форме и значительных по площади этажей (рис. 2.22).

Рис. 2.20. Схемы зданий с двумя стволами жесткости:

а – с опиранием несущих конструкций этажей на железобетонную балку между стволами и консольные балки; б – то же, на стальные фермы; в – с опиранием перекрытий на пояса ферм (в том числе консольных); г – с опиранием перекрытий на стальной диагонально-решетчатый каркас стен; д – с опиранием перекрытий на железобетонные стены-балки

Рис. 2.21. Одноствольное здание с консольными стенами-балками: а – фасад; б – план

40

Рис. 2.22. Схемы планов зданий с периферийным расположением нескольких стволов жесткости

2.4.3. Ствольно-подвесные системы

Ствольно-подвесная конструктивная система характеризуется наличием ствола или стволов жесткости, подвесок и поддерживающих конструкций в виде оголовков, ростверков, балок или ферм, предназначенных для крепления к ним подвесок.

Ствольно-подвесные системы находят применение в связи с рациональным использованием конструкционных материалов и возможностью увеличения пролетов по сравнению со ствольными системами.

Подвески, воспринимающие вертикальные нагрузки, являются растянутыми элементами, поэтому нет необходимости уменьшать допускаемые напряжения, как в сжатых элементах, где возможна потеря устойчивости. Поэтому сечения растянутых элементов, то есть подвесок, уменьшаются до минимума. Кроме того, экономия по весу материалов достигается за счет применения высокопрочных канатов, несущая способность которых в несколько раз выше, чем у обычных строительных сталей.

Ствольно-подвесные системы характеризуются разнообразием геометрических форм, которые зависят от способов строительства, стоимости, продолжительности возведения, объемно-планировочных решений.

По количеству главных опор (стволов) ствольно-подвесные здания можно разделить на две основные группы: одноствольные (рис. 2.23) и двухили многоствольные (рис. 2.24).

Междуэтажные перекрытия зданий ствольно-подвесной системы подвешиваются к консольным оголовкам, выполненным в виде балочных ростверков или системы перекрестных ферм, балок, которые опираются на вертикальный ствол здания (рис. 2.25). Для уменьшения изгибающих моментов в балочных ростверках по высоте ствола (здания) устраивают два, три и более ростверков, в зависимости от количества этажей (рис. 2.23, д, е; рис. 2.25, б). В зданиях с двумя стволами в качестве основных конструкций, несущих вертикальную на-