Высотные здания. Виды конструктивных схем, узловых соединений, особенности расчета
Проектирование высотного здания независимо от его целевого назначения (жилой дом, школа, больница, административный комплекс) требует системного учета различных аспектов проектирования, изготовления строительных конструкций и производства строительно-монтажных работ. Выбор конструктивной схемы здания, материалов для несущих и ограждающих конструкций, схем инженерных коммуникаций и обеспечение функционирования здания должно рассматриваться как единое целое. Поэтому при экономической оценке строительного материала, который будет использован для несущего каркаса здания, необходимо учитывать не только стоимость каркасов из разных материалов, а рассматривать все расходы на сооружение здания с учетом специфики эксплуатационных свойств этих материалов. Стальные несущие конструкции можно применять для многоэтажны* зданий любой высоты, однако практика проектирования и строительства рекомендует использовать металлический каркас при количестве этажев 40 и более. Главным преимуществом стального каркаса является возмо*' ность использовать большой шаг колонн при их малом поперечном сечении и большие пролеты перекрьттий от 6 до 18 м. С применением стальных ферм, имеющих высоту этажа, возможно перекрывать пролеты <я до 60 м. Большой шаг расположения колонн повышает гибкость лдав* ровки помещений здания. Объемно-планировочные и конструктивные решения многоэтажных зданий
Объемно-планировочное решение здания должно удовлетворять функциональным и санитарно-гигиеническим требованиям, для чего необходимо определить состав, размеры и взаимное расположение основных, обслуживающих, коммуникационных и технических помещений. Помещения, близкие по назначению и размерам, размещают в типовых этажах здания; входные узлы, большие залы — в нетиповых. Инженерное оборудование устанавливают в специально предусматриваемых технических этажах. Обычно на 8...12 типовых этажей приходится один технический. Инженерные коммуникации прокладывают в вертикальных шахтах и горизонтальных каналах, под которые используют свободное пространство в пределах габаритов колонн и межбалочное пространство перекрытий. Применяемые планировочные решения должны вписываться в модульную сетку разбивочных осей и высоты этажей. Для общественных зданий рекомендуются следующие сетки колонн: 6 х 6; 6 х 9; 6 х 12; 9 х 9; 12 х 12 м, допускаются размеры 3,0,4,5 и 7,5 м. Высоту этажей принима-^травной 3,3; 3,6; 4,2 м и более с модулем 0,6 м. Форма плана, общая пространственная композиция и высота здания взаимосвязаны, они зависят от градостроительных факторов, природно-климатических условий, а также технологических, экономических и эксплуатационных возможностей применяемых конструкций. Возможные планы многоэтажных здании приведены на рис. 4.3. Здания с компактными планами (рис. 4.3, о) обычно нуждаются лишь в опорах вдоль наружных стен и центральном ядре жесткости. Протяженные узкие здания имеют, как правило, ряд колонн у наружных стен и один или два донолшттельных ряда внутри зда-(рис. 4.3, б). Конструктивное решение многоэтажного здания непосредственно связано с планировочными решениями и решением систехМ инженерного ^луживания здания и должно удовлетворять требованиям прочности, Устойчивости и жесткости, что обеспечивает долговечность сооружения. начимость рационального конструктивного решения здания возрастает с увеличением его высоты (рис 4.4) [8]. Из рис. 4.4 (где ось абсцисс характеризует этажность, а ось ординат — стоимость несущих конструкций, отнесенная к суммарной площади здания в %) следует, что при использовании традиционных каркасных схем стоимость несущих конструкций, например, 60-этажного здания по сравнению с 20-этажным возрастает на 75 %. При оптимальных конструктивных схемах соответствующее увеличение стоимости зданий составляет всего 27 % - Любое каркасное здание состоит из отдельных элементов, выполняющих в общей системе определенные функции. В систему высотного каркаса к этим элементам относят вертикальные элементы (колонны, VaH ^ диафрагмы и стволы жесткости) и горизонтальные элементы (плиты балки перекрытий, горизонтальные связи). Вертикальные элементы полняют в системе главные несущие функции, воспринимая все деи# вующие на здание нагрузки с передачей их на фундамент. Горизонта^ ные элементы обеспечивают неизменяемость системы в плане, переде прилагаемые к ним нагрузки на вертикальные элементы, обеспечив пространственую работу всей системы, выступая в качестве рзспреД6-тельных горизонтальных дисков. Некоторые из наиболее распростри ных конструктивных схем каркасов представлены на рис. 4.5. В зависимости от их вида конструктивной схемы многоэтажные зД3 ния подразделяют на: бескаркасные системы, состоящие из пластинок-стен, оболочек открытого или замкнутого профиля, объемных тонкостенных блоков {рис. 4.5, а — г); каркасные системы, состоящие из стержней (рис. 4.5, % л, м): смешанные системы, состоящие из элементов, присущих как каркасным, так и бескаркасным системам (рис. 4.5, к н, р). Стальные несущие конструкции рационально применять в каркасных и смешанных системах. Такие системы являются наиболее перспективными, так как обеспечивают свободу для архш^ктурной планировки и яозможность ее изменения при эксплуатации здания. Каркасные и смешанные системы в зависимости от распределения Функций между элементами каркаса для обеспечения пространственнойжесткости и устойчивости подразделяют на рамные (рис. 4,6), связевые (см. рис. 4.8) и рамно-связевые (см. рис. 4.9). Рамные системы. Рамные каркасы обычно состоят из прямоугольной сетки горизонтальных балок и вертикальных колонн, соединенных между собой жесткими узлами. В обычной рамной системе (рис. 4.6, а) колонны регулярно расположены по всему плану здания с шагом 6,9 м. Жесткие рамы при горизонтальных нагрузках работают за счет изгиба колонн и балок. Горизонтальный прогиб рамного каркаса определяется двумя факторами: прогибом от изгиба каркаса как консоли (рис. 4,7, б), при этом удлинение и укорочение колонн приводит к горизонтальным перемещениям, составлпйощим около 20 % общего прогиба; прогибом за счет работы балок и колонн на изгиб (рис. 4.7, в). На последний вид деформирования приходится около 80 % обшег° перемещения здания, из которых 65 % из-за изгиба балок и 15 % из-за из-иба колонн, Поэтому подобные системы экономичны в зданиях высотой не более 30 этажей. Системы с внешней пространственной рамой (см. рис. 4.6, б) обладают повышенной изгибной жесткостью, так как при расположении колонн по контуру увеличивается момент инерции горизонтального сечения каркаса. Система отличается высокой жесткостью на кручение. Кроме того, при частом расположении колонн конструктивные элементы внешней рамы выполняют функции фахверка наружной стены и для ее устройства не требуется дополнительных элементов. При большой ширине здания система может быть дополнена внутренними колоннами, вос-принимающими только вертикальные нагрузки от шарнирно примыкающих ригелей перекрытий. Дальнейшим развитием рамных систем является рамно-секционная система (см. рис. 4.6, в). Благодаря дополнительной жесткости внутренних рам и более равномерному включению граней внешней рамы в работу на изгиб, общая жесткость этой системы по сравнению с предыдущей повышается. Рамно-секционная система позволяет завершать различные секции на разной высоте без существенного усложнения конструкций, придавая зданию ступенчатый объем. Ригели пег^крытий в пределах отдельных секций обычно опирают на колонны шарнирно. Связевые системы. В связевых системах (рис. 4.8) горизонтальная жесткость обеспечивается за счет работы диагональных элементов и колонн при шарнирном примыкании ригелей. Связевая система работает на горизонтальные нагрузки как консоль, защемленная в фундаменте, нагрузки на которую передаются посредством жестких дисков перекрытий. Связевая конструющя может быть решена в виде плоских диафрагм (рис. 4.8, а) или в виде пространственных стволов жесткости (рис. 4.8, б, в, г), которые могут располагаться как внутри здания (рис. 4.8, б, в), так и снаружи, образуя внешний ствол (рис. 4.8, г). Внутренний ствол жесткости может быть решен в виде стальной пространственной решетчатой системы или в виде замкнутой железобетонной конструкции. Такой ствол целесообразно совмещать с лифтовыми или коммуникационными шахтами. Связевая система отвечает принципу концентрации материала и позволяет проектировать большинство элементов каркаса и их сопряжения более легкими, простой конструктивной формы и в максимальной степени типизировать. По расходу стали связевые системы более эффективны, чем рамные, так как большая часть колонн освобождена от внутренних усилий изгиба. Рамно-связевые системы (рис. 4.9) имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположёнными в одной или разных плоскостях со связями. Обратите внимание на несколько иное определение рамно-связевых систем по сравнению с одноэтажными зданиями, что обычно не вносит тгутаницы и понятно из контекста. Функции обеспечения жесткости распределены в системе между связевой и рамной частями не одинаково,, в большинстве случаев связевая часть воспринимает 70...90% горизонтальных нагрузок. В качестве примера на рис. 4.10 показан каркас 16-этажного жилого дома [9], выполненного по рамно-связевой схеме. В продольном направлении жесткость обеспечивается за счет рамных узлов примыкания ригелей к колоннам, а в поперечном — за счет связевых диафрагм по торцам зданий. Ветровые нагрузки в поперечном направлении передаются через горизонтальные диски перекрытий на торцовые диафрагмы. Жесткость пере*крытий в горизонтальной плоскости увеличена постановкой крестовых связей. При проектировании каркасов многоэтажных зданий не всегда сохраняется регулярность системы и единый принцип ее построения. Это вызвано, как правило, нерегулярностью в объемно-планировочных решениях этажей, что требует смещения осей колонн и ригелей как в плане, так и по высоте. На рис. 4.11 показаны примеры сочетания различных схем по высоте здания. В схемах рис. 4.11, а, б в верхней части каркаса ис-йользована менее жесткая рамная система, а в схеме рис. 4.11, в использована идея концентрации усилий от горизонтальных нагрузок в меньшем числе узлов и с более конструктивно гхростьгм примыканием ригелей в остальных узлах. Но для обеспечения горизонтальной жесткости каркаса до схеме в в верхнем этаже поставлена вертикальная связь (ростверк), которая способствует более полному включению в работу на горизонтальные нагрузки вертикальных элементов каркаса. Системы со стволами жесткости. Стволы жесткости, которые являются составной частью связевых систем, могут быть использованы для издания каркасов с консольными и подвесными этажами (рис. 4Л2). Конструктивно стволы жесткости можно выполнять из стали, железобетона или из их комбинаций. Преимущество стальных стволов заключает-Ся в возможности сравнительно быстрого монтажа элементов. Стволы Жесткости можно рассматривать как замкнутый тонкостенный консольный брус, защемленный в оснований и воспринимающий вертикальные и горизонтальные нагрузки. Реакция ствола на горизонтальные нагрузкизависит от его формы, степени однородности и жесткости, а также от направления действия нагрузок. Так как в уровне каждого этажа в стенках ствола жесткости предусматривают проемы, то степень изменения жесткости характеризует схему деформирования системы в целом. Ствол может работать как открытое сечение и испытывать депланацию сечений в верхней части, где отсутствует заделка, особенно при асимметричной нагрузке, вызывающей закручивание.
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (736)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |