Конструктивные схемы многоэтажных зданий: рамные, рамно-связевые, связевые. Обеспечение пространственной жесткости.

Выбор схемы каркаса и его компоновку производят с учетом назначения и объемно-планировочного решения здания, технологических решений, производственной ба­зы и технико-экономического анализа. Важнейшим при выборе схемы каркаса мно­гоэтажного здания является вопрос о воспринятии гори­зонтальных нагрузок, т. е. об обеспечении пространствен­ной жесткости. По этому признаку несущие системы каркаса делят на рам­ные, рамно-связевые и связевые.

- Рамная система. В рамной системе каркаса несущие функции выполняют колонны и ригели. Ригели жестко связываются с колоннами, в результате чего образуется пространственная система, состоящая из плоских рам. Рамы воспринимают все действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки и пе­редают их фундаментам.

 

- С увеличением этажности здания изгибающие момен­ты от ветровой нагрузки возрастают, что требует увеличения сечения ко­лонн, а следовательно, изменения длин и сечений риге­лей. Это затрудняет унификацию конструкций зданий, поэтому рамные системы применяют в зданиях не более 8 этажей.

Рамно-связевая система. В зданиях более 8 этажей горизонтальные нагрузки воспринимают­ся рамами с жесткими узлами и вертикальными элемен­тами жесткости, а вертикальные нагрузки — рамами и частично — элементами жесткости. В качестве таких элементов обычно используют железобетонные стенки — диафрагмы, а также металлические связи и другие кон­струкции. Часто в качестве диафрагм используют торцовые и внутренние стены, стены лестнич­ных клеток и др. Все элементы каркаса связаны в пространственную систему перекрытиями, которые воспринимают вертикальные и горизон­тальные нагрузки и перераспределяют их между рамами и диафрагмами. Доля горизонтальных нагрузок, воспри­нимаемых рамами и диафрагмами, зависит от их жест­костей. Если перекрытие в своей плоскости работает как жесткое, то сооружение может рассматриваться как еди­ный пространственный блок.

- Связевая система. Вертикальная на­грузка воспринимается рамами и частично диафрагма­ми. Стык ригеля с колонной решается таким образом, чтобы он мог воспринять заранее заданный небольшой опорный момент (55 кН-м), необходимый для обеспече­ния пространственной жесткости здания в период его монтажа. Также внедряются чисто шарнирные стыки ригелей с колонна­ми, позволяющие дополнительно сократить расход ме­талла. Пространственная жесткость в период монтажа здания в этом случае обеспечивается временными свя­зями.

 

- Обеспечение пространственной жесткости (частично расписано выше) зависит от конструктивной схемы и проводится путём установки диафрагм, жёстких каркасов, ядер жёсткости а также перекрытий.

В зданиях высотой более 20 этажей во многих случа­ях вертикальные конструкции лифтовых шахт, вентиля­ционных камер, лестничных клеток объединяют в ядра жесткости. Стенки ядер жесткости выполняют из монолитного железобетона. Ядро воспринимает все действующие на здание горизонтальные нагрузки и ту часть вертикальных, которая приходится собственно на ядро; остальные вертикальные нагрузки воспринимают­ся каркасом.В зданиях высотой более 50 этажей ядра жесткости не в состоянии воспринять ветровую нагрузку. В этом случае наружные колонны здания с помощью горизон­тальных диафрагм (ростверков) объединяются с ядром жесткости и работают совместно с ним.

41.Основные несущие конструкции: диафрагмы, колонны, ригели.

- Колонны здании массового строительства при высо­те до 16 этажей имеют унифицированное сечение 400Х Х400 мм (рис. 12.3,а). Увеличение их несущей способно­сти достигается повышением класса бетона (до В60) и процента армирования гибкой арма­турой (до 15 %). Продольная арматура из стали класса A-III. Для колонн зданий большей этажности мо­жно применять жесткую арматуру, однако использование ее в колоннах приводит к большому рас­ходу стали. В случае поперечного армирования предельные продольные деформации бетона при сжатии повышаются более чем в 2 раза и на­пряжения в сжатой высокопрочной арматуре достигают условного предела текучести.

Разрезают колонны на несколько этажей. Иногда увеличивают длину колонн до 4...5 этажей (до 15 м) в целях уменьшения числа стыков и исключения случайных эксцентриситетов. Для таких гибких элементов существенное значение приобретает расчет прочности и трещиностойкости в стадиях транспортиро­вания и монтажа. Целе­сообразно предварительно напрягать продольную арма­туру колонн. Стыкование колонн по высоте производится ванной сваркой выпусков рабочей арматурыили без сварки через тонкие растворные швы.

- Диафрагмы, воспринимающие главным образом го­ризонтальные нагрузки, обычно образуются из железо­бетонных панелей толщиной 14-18 см, располагаемых между колоннами и соединенных с ними с помощью свя­зей, воспринимающих сдвигающие усилия. Панели диа­фрагм могут быть плоскими или двухконсольными. Армируют панели каркасами из стержней 12-16 мм или сетками из проволоки 0.5...6 мм с ша­гом 200 мм, располагаемым у обеих граней. Связи меж­ду панелями и колоннами осуществляют путем сварки закладных деталей. Горизонтальные стыки диа­фрагм могут быть шпоночными и плоскими. При таком соединении диафрагмы рабо­тают как сплошные монолитные столбы. Количество и расстановка диафрагм в плане здания должны обеспечивать необходимую прочность и прост­ранственную жесткость здания, препятствовать кручению, не создавать боль­ших температурных усилий или неравномерных дефор­маций вертикальных элементов.

- Ригели составляют сборные перекрытия. Ригели проектируют таврового сечения с полкой в ниж­ней зоне, на которую опираются плиты перекрытий. Соедине­ние ригелей с колоннами в связевых системах осуществ­ляют с помощью стыка со скрытой консолью, воспринимающего небольшой опорный момент. Ограничение опорного момента заданной величиной (55 кН*м) достигают с помощью специальной металли­ческой накладки по верху ригеля — «рыбки», приварива­емой к ригелю и колонне. «Рыбка» имеет суженный участок, поперечное сечение которого соответствует растя­гивающему усилию при заданном опорном моменте. Уве­личение нагрузки вызывает в суженной части накладки пластические деформации, обеспечивающие поворот се­чения ригеля без увеличения опорного момента. Стык связевого каркаса может также решаться шарнирным.