10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы

Рамная система (рис. 10.1) состоит из колонн и ригелей, соединенных жестко в узлах, и представляет собой набор многопролетных, многоэтажных рам, способных воспринимать как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.

Для обеспечения совместной работы рам на горизонтальные нагрузки устраивают горизонтальные жесткие диски-диафрагмы замоноличиванием панелей перекрытий. Такие диски располагают по высоте здания через несколько этажей.

В рамной системе вертикальные связи отсутствуют, что удобно при разработке планировочного решения здания (элементы каркаса не мешают организации оконных и дверных проемов). К недостаткам рамной системы можно отнести большую сложность конструктивных узлов. Рамная система более рациональна для зданий средней этажности (15...23 этажей).

В связевой системе между колоннами устанавливаются вертикальные связи, образующие вместе с колоннами вертикальные фермы (рис. 10.2), которые воспринимают нагрузки от ветра и сейсмических воздействий. Узлы сопряжения колонн с ригелями выполняются шарнирными. По конструкции они проще, чем рамные. Затраты металла в системе на 20...30% меньше по сравнению с рамной и система получается более жесткой. Вместе с тем связи загромождают проходы в стенах и поэтому располагаются в местах, удобных с точки зрения планировки помещений (рис. 10.2а).

Схемы решеток связей могут быть следующими: крестовая (рис.10.2.б) - наиболее жесткая, но может применяться только в глухих панелях, полураскосная (рнс.10.2.в) наиболее удобная для устройства проемов, ромбическая (рис:10.2.г) - менее рациональная из-за большого количества узлов, неполная (рис.10.2.д) - менее жесткая, но допускающая свбодное расположение оконных и дверных проемов.

Примером каркаса связевой системы может служить высотная часть Московского Госуниверситета, где были применены неполные связи.

Как в рамной, так и в связевой системе для обеспечения пространственной жесткости здания и включения в совместную работу на горизонтальную нагрузку всех вертикальных связевых ферм по высоте здания устраиваются горизонтальные связи или жесткие горизонтальные диски в уровнях перекрытий.

В рамно-связевой системе (рис. 10.3) связи устанавливаются в одной из плоскостей здания, а в перпендикулярной к ней связи отсутствуют. В плоскости связей каркас работает к связевой, а б перпендикулярном направлении - как рамный.

10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы

В каркасно-ствольной системе в центральной части здания устраиваются жесткий - ядро, воспринимающий помимо вертикальных нагрузок все горизонтальные силы. В стволе обычно располагаются лестничные клетки и лифты. Ствол может быть выполнен как в металлических, так и в железобетонных конструкциях.

Каркасно-ствольная система может быть разделена на 4 типа:

- с наружными колоннами (рис. 10.4а);

- с подвеской этажей по периметру здания на стальных полосах, круглых тягах или канатах к верхним консольным балкам (рис. 10.46);

- с подвеской этажей к предварительно напряженным канатам, заделанным внизу в фундаменты (рис.10.4в);

- с консольными балками, заделанными в стволе здания и поддерживающими этажи вокруг ствола (рис.10.4г).

Каркасно-ствольная система с нагруженными колоннами позволяет присоединять колонны к ригелям шарнирно и передавать все горизонтальные нагрузки на центральный ствол здания. Колонны в этом случае в основном работают на центральное сжатие, что значительно уменьшает расход стали на колонны.

Каркасно-ствольная система с подвеской этажей к верхним консольным балкам позволяет освободить 1-й этаж от колонн для тротуаров. Это сокращает затраты металла, т.к. вместо колонн используются стальные растянутые элементы. Каркасно-ствольная система с предварительно напряженными внешними подвесками, заделанными в фундаментную плиту, позволяет включить канаты в работу на ветровую нагрузку (за счет предварительного напряжения) и тем самым облегчить работу центрального ядра на горизонтальные силы. В каркасе коробчато-ствольной системы горизонтальные силы воспринимаются не только стальным жестким ядром (как в каркасно-ствольной), но и наружным контуром здания - коробкой, представляющей собой жесткий каркас, соединенный с центральным ядром горизонтальными диафрагмами. Такая система, получившая название «труба в трубе», состоит как бы из 2-х труб, вставленных одна в другую и работающих совместно, хорошо сопротивляется горизонтальным силовым воздействиям и обладает большой жесткостью и меньшей дефомативностью, чем приведенные выше конструкции. Коробчато-ствольная система целесообразна для зданий выше 50...60 этажей и выше.