Системы со стволами жесткости

ЛЕКЦИЯ № 9

СИСТЕМЫ СО СТВОЛАМИ ЖЕСТКОСТИ.

14.1. Общие положения

Если система несущих стен является достаточно эф­фективной для жилых зданий средней этажности, то вы­сотные (в особенности общественные) здания требуют максимума планировочной гибкости, больших внутренних пространств, которые могут разделяться мобильными пе­регородками. В этом случае оптимальным решением яв­ляется сосредоточение систем вертикального транспорта, инженерного обеспечения и др. (лифтов, лестниц, инже­нерных коммуникаций, туалетов и других подсобных поме­щений) с образованием ствола или нескольких стволов в зависимости от назначения и размеров здания. 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.

Конструктивные системы зданий со стволами жестко­сти характеризуются следующими особенностями:

• формой ствола жесткости (квадрат, прямоуголь­ник, треугольник, многоугольник, круг и др.);

• количеством стволов (один или несколько);

• расположением стволов (в центре здания - цен­тральное, по периметру - периферийное, вне здания -примыкающее);

• компоновкой ствола относительно объема зда­ния (симметричная, асимметричная);

• влиянием геометрии здания на форму ствола жесткости (определяющее, косвенное).

В зависимости от формы здания в плане сечению оди­ночного ствола придается разнообразная форма (рис. 14.1 а). При значительных размерах стволы выполняются в виде нескольких концентрических оболочек или многосекцион­ными (рис. 14.1 б), что позволяет существенно повысить их жесткость. Не существует каких-либо ограничений по фор­ме и расположению стволов в пределах площади здания или их полному или частичному выносу за контуры здания.

Рис. 14.1. Формы стволов жесткости:

а - односекционные; б - многосекционные

Стволы жесткости выполняются из железобетона, из стали (рис. 14.2) и их комбинаций. Применение стальных стволов ограничивается сравнительно невысокими зда­ниями из-за их недостаточной жесткости и невысокой ог­нестойкости. Преимущества стальных стволов заключа­ются в возможности их быстрого монтажа.

Рис. 14.2. Схемы стальных стволов жесткости.

Стволы жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборном варианте эле­менты малоповторяемы; кроме того, при монтаже значи­тельно увеличивается объем сварочных работ.

Монолитный железобетонный ствол имеет стены по­стоянной (для сравнительно невысоких зданий) или пере­менной толщины: от 40-120 см в нижних этажах до 20-60 см - в верхних. Кроме восприятия нагрузок железобе­тонные стволы являются ограждающими пространство конструкциями и для их огнезащиты не требуется допол­нительных мероприятий.

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

Монолитные стволы жесткости армируют вертикаль­ными пространственными каркасами, которые на монта­же стыкуют соединительными стержнями (рис. 14.3). 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 конструкция, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки, применяется достаточно редко. Наряду со стволом (стволами) в зданиях применяют и др. вертикальные конструкции - стены, каркас, объемные бло­ки, подвески. Соответственно образуются комбинирован­ные конструктивные системы: ствольно-стеновая, стволь-но-каркасная, ствольно-блочная, ствольно-подвесная.

14.2. Ствольные системы

Определяющий признак ствольной конструктивной системы - все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются одним или не­сколькими стволами жесткости. Нижние этажи в таких зданиях оставляются открытыми для проезда транспорта и движения пешеходов. Здания характеризуются мень­шей площадью застройки (основания) и, соответственно, уменьшенными объемами работ по возведению фунда­ментов, пониженной чувствительностью к неравномер­ным осадкам фундаментов, повышенной сопротивляемо­стью сейсмическим воздействиям.

В зависимости от способов опирания конструкций этажей к передаче нагрузки на стволы различают разно­видности ствольной системы:

• с консольными перекрытиями на каждом этаже (рис. 14.4 а);

• с несущей конструкцией перекрытия высотой в этаж, расположенной через этаж (рис. 14.4 б);

• с опиранием несущих конструкций этажей на одну мощную опорную консоль ствола (рис. 14.4 в, д)\

• с опиранием несущих конструкций этажей на ре­гулярно расположенные по высоте ствола опорные кон­соли (рис. 14.4 г, е);

• с опиранием перекрытий на консольные стены-балки ствола (рис. 14.5)',

• с опиранием несущих конструкций этажей на балки или фермы между стволами (рис. 14.6 а, б);

• с опиранием перекрытий на пояса стальных или железобетонных ферм (рис. 14.6 в);

• с опиранием перекрытий на стены-балки в виде стальных решетчатых или железобетонных перфориро­ванных конструкций (рис. 14.6 г, д).

Системы с консольными конструкциями перекрытий на каждом этаже не являются распространенным реше­нием в связи с гибкостью консольных участков и необхо­димостью усиленного армирования для восприятия изги­бающих моментов, В зависимости от величины вылета консольные перекрытия в ствольных зданиях выполняют­ся плоскими (для меньших вылетов) или балочными.

Рис. 14.4. 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 две опоры; 1 - ствол жесткости; 2 - плита перекрытия; 3 -консольная монолитнобетонная балка; 4 - контурная балка; 5 -консольная ферма; 6 - контурная ферма; 7 - железобетонная консольная опора; 8 - стальная консольная опора; 9 - стойка (ко­лонна); 10 – перекрытие

Большими формообразующими возможностями при получении значительных по площади этажей обладают ствольные здания с несколькими стволами, располагае­мыми периферийно (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Схемы планов зданий с периферийным расположени­ем нескольких стволов жесткости

3