2. Конструктивные системы зданий с каркасным несущим остовом

В каркасном несущем остове вертикальными опорами являются колонны. Однако для характеристики конструктивной системы каркасного несущего остова используют расположение несущих элементов перекрытий – ригелей. Внешние стены в каркасных зданиях ненесущие или навесные (высотой на этаж), или самонесущие (высотой равной высоте здания). Размещение ригелей в плане может быть: поперечное; продольное; смешанное.

Для каркасных промышленных зданий с большими нагрузками, а за последнее время и для гражданских зданий, характерны безригельные перекрытия и покрытия.

В каркасных зданиях диафрагмы жесткости располагаются равномерно и, по возможности, симметрично по всему плану здания (рис. 1.19):

- в плоскости рам;

- в перпендикулярном направлении по отношению к раме каркаса (из плоскости рам);

- в плоскости и из плоскости рам (смешанное расположение).

Рис. 1.19 Распределенное расположение диафрагм жесткости в плане каркасного здания. 1 – колонны каркаса; 2 - ригели поперечных рам; 3 – диафрагмы жесткости, расположенные из плоскости рам; 4 – диафрагмы жесткости в плоскости рам; 5 – навесные стены.

Диафрагмы жесткости конструктивно выполняются сплошными из железобетона (рис. 1.20) и сквозными ферменного типа (рис. 1.21).

Рис. 1.20. Конструкции диафрагм жесткости из железобетона.

А, В – глухие; Б – с проемами; А,Б – расположенные в плоскости рам;

В – расположенные из плоскости рам.

А Б В

Для зданий со стальным каркасом применяют как железобетонные (глухие и с проемами), так и сквозные пилоны. Сквозные пилоны выполняются в виде вертикальных ферм с раскосной, крестовой или полураскосной решеткой, расположенной в одном пролете рамы снизу доверху (рис. 1.21). Использование полураскосной решетки считается более рациональным в расходе металла, так как приводит к сокращению длины связевых элементов и уменьшению пролетов главных балок.

Диафрагмы жесткости можно расположить, как было отмечено выше, сосредоточенно, сгруппировав их в один пространственный элемент – ствол (рис. 1.24).

Ствол или ядро жесткости представляет собой пространственную конструкцию, в которую объединены плоские диафрагмы, распределенные

по плану здания (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Сосредоточенное расположение диафрагм жесткости в плане каркасного здания. 1 – колонны каркаса; 2 - ригели поперечных рам; 3 – навесные стены; 4 – ствол (ядро жесткости).

В зависимости от протяженности здания в плане могут одновременно быть один, два или более ядер жесткости и отдельные плоские диафрагмы жесткости – пилоны.

Несущий остов каркасных зданий с ядром жесткости может иметь два вида вертикальных несущих элементов – элементы, работающие на сжатие (колонны, стойки, столбы), и элементы, работающие на растяжение (подвески).

Ствольно – каркасная конструктивная система применяется для обычных каркасных зданий различного назначения.

В зависимости от расположения ригелей в плане каркаса и опирания колонн каркаса ствольно – каркасная конструктивная система, в свою очередь, подразделяется на подсистемы. Так в зависимости от размещения ригелей различают подсистемы: с поперечным расположением ригелей; с продольным расположением ригелей; с перекрестным расположением ригелей; безригельные..

Колонны, расположенные вокруг ядра жесткости, могут опираться на собственные фундаменты или располагаться на консолях, жестко закрепленных в стволе в одном или нескольких уровнях по его высоте. В этом случае ствольно – каркасная конструктивная система имеет следующие подсистемы:

- с опиранием на самостоятельные фундаменты (рис. 1.27, Б);

- с опиранием на жесткие консоли ствола (рис. 1.27, В).

Рис. 1.27. Каркасное здание ствольно – каркасной конструктивной системы.

А –план; Б – опирание колонн на собственный фундамент; В – опирание колонн на жесткие консоли. 1 – колонны; 2 – ядро жесткости; 3 – ригели; 4 – плиты перекрытий; 5 – навесные стены; 6 – жесткие консоли.

Отметим еще некоторые подсистемы ствольно – каркасной конструктивной системы, которые широко применяют при строительстве высотных зданий и небоскребов.

Для повышения жесткости несущего остова в плоскости наружных стен устраивают дополнительные каркасы, жестко сопряженные с элементами перекрытий. В зависимости от конструктивного решения таких каркасов различают следующие подсистемы: с фасадным каркасом (рис. 1.28); с фахверковым каркасом (рис. 1.29).

Фасадный каркас состоит из часто расположенных колонн (шаг колонн 1, 2 - 3 м) и подоконных балок, жестко сопряженных между собой. Подоконные балки жестко сопрягают с главными балками перекрытий (рис. 1.28).

Рис. 1.28. Фрагмент фасадного каркаса; 1 – ядро жесткости; 2 – главные балки; 3 - колонны крайнего ряда; 4 – фасадная балка; 5 – стеновые панели.

Фахверковый каркас представляет собой жесткую раму, расположенную на расстоянии 400-600 мм от наружных стен. Жесткая рама фасадного каркаса состоит из мощных редко расположенных основных колонн (возможны промежуточные дополнительные стойки) и связей. Балки перекрытий жестко соединяются с элементами фахверкового каркаса (рис. 1.29, А).

Рис. 1.29. Фрагмент фасадного

каркаса.

Пилоно - каркасная конструктивная система применяется для зданий гражданского назначения с подвешенными этажами (в основном общественных). Подвеска этажей может осуществляться в одном или нескольких уровнях по высоте ствола.

На рис. 1.30 приведен несущий остов здания, этажи которого подвешены к системе перекрестных ферм, расположенных в верхней части ствола.

Рис. 1.30. Несущий остов здания с подвешенными этажами. Конструктивная система пилоно – каркасная. 1 –подвески (растянутые вертикальные опоры); 2 – ствол; 3 – опорные перекрестные фермы; 4 – перекрытия; 5 – ранд-ферма; 6 – легкие стены; 7 – ранд-балка.

Таким образом, каркасный несущий остов многоэтажных и высотных зданий может иметь достаточно большое количество конструктивных систем, вид которых зависит от расположения ригелей рам, условий опирания колонн и работы вертикальных несущих элементов (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Виды конструктивных систем каркасного несущего остова