Обеспечение пространственной жесткости стального каркаса

Чтобы избежать вибрации нижнего  пояса ферм вследствие динамического  воздействия мостовых кранов, ограничивается гибкость растянутой части нижнего  пояса из плоскости рамы: при кранах с числом циклов загружения 2х106 и более - величиной 250, для прочих зданий - величиной 400. Для сокращения свободной длины растянутой части нижнего пояса приходится в некоторых случаях предусматривать растяжки, закрепляющие нижний пояс в боковом направлении. Эти растяжки воспринимают условную поперечную силу Q_УСЛ.

В длинных зданиях, состоящих  из нескольких температурных блоков, поперечные связевые фермы по верхним  и нижним поясам ставят у каждого  температурного шва (как у торцов), имея в виду, что каждый температурный блок представляет собой законченный пространственный комплекс.

Стропильные фермы обладают незначительной боковой Жесткостью, а потому процесс монтажа без  их предварительного взаимного раскрепления недопустим. Поэтому необходимо устраивать вертикальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости  вертикальных стоек стропильных  ферм; для удобства крепления элементов  связей эти стойки часто проектируют  крестового сечения (из двух уголков). Обычно устраиваются одна-две вертикальные связи по ширине пролета (через 12-15 м).

При опирании опорного нижнего узла стропильных ферм на оголовок колонны (железобетонной или стальной) сверху вертикальные связи необходимо располагать также по опорным стойкам ферм.

Вертикальные связи вместе с поперечными связевыми фермами  по верхним и нижним поясам обеспечивают создание жестких пространственных блоков у торцов здания. К этим блокам распорками и растяжками привязывают  промежуточные фермы.

В зданиях с подвесным  транспортом вертикальные связи  способствуют перераспределению между  фермами крановой нагрузки, приложенной  непосредственно к конструкциям покрытия. В этих случаях, а также  когда к стропильным фермам подвешены  электрические кранбалки значительной грузоподъемности, целесообразно вертикальные связи между фермами располагать в плоскостях подвески непрерывно по всей длине здания.

В многопролетных цехах Связи  по верхним поясам ферм и вертикальные ставятся во всех пролетах, а горизонтальные по нижним поясам - по контуру здания и некоторым средним рядам  колонн через 60 - 90 м по ширине здания. В зданиях, имеющих перепады по высоте, продольные связевые фермы ставят и  вдоль этих перепадов.

В зданиях со светоаэрационными фонарями сжатый пояс ригеля имеет свободную длину, равную ширине фонаря, поэтому необходимо предотвратить возможную потерю устойчивости из плоскости сжатого пояса ригеля в пределах ширины фонаря. Это обеспечивается постановкой стальных распорок 
4 по оси фонаря (рис. 1.9), которые крепят к горизонтальным крестовым связям 
3, устанавливаемых в уровне верхнего пояса ригеля в пределах ширины фонаря по концам температурного блока (рис. 1.9). Если же фонарь не доходит до конца температурного блока, то горизонтальные связи по верхнему поясу ригеля не ставятся и достаточно одних распорок.

Жесткость фонарей  в продольном направлении обеспечивается вертикальными стальными связями 5 (рис. 1.9, сеч. I—I).

Рис. 1.9. Схема связей покрытия при наличии фонаря: 1 — ригель покрытия; 
2 — светоаэрационный фонарь; 3 — горизонтальные крестовые связи; 4 — распорки по оси фонаря; 5 — вертикальные связи в плоскости остекления фонаря

Рис. 1.7. Виды связей в одноэтажных промышленных зданиях: 1 — колонна; 
2 — ригель; 3 — диск покрытия; 4 — вертикальные связи-фермы; 5 — распорки; 6 — вертикальные связи по колоннам

Рис. 1.8 — Горизонтальные связи: 1 — торцевая стена; 2 — фахверковая колонна; 
3 — горизонтальные связи; 4 — колонна; 5 — вертикальные связи по колоннам; 6 — подкрановые балки; 7 — распорки; 8 — ригель; 9 — диск покрытия

 

 

2. Конструктивные схемы крупнопанельных зданий. Конструкции стеновых панелей.

 

Конструктивные  схемы крупнопанельных зданий

 

По конструктивной схеме  крупнопанельные здания делят на две группы: бескаркасные и каркасные.

К бескаркасным зданиям относят  такие, в которых панели наружных и внутренних стен воспринимают вес  нагрузки, действующий на здание. Пространственная жесткость и устойчивость этих зданий обеспечивается взаимной связью между  панелями наружных и внутренних стен и панелями перекрытий.

В каркасных панельных здания и действующие на них нагрузки воспринимают ригели и стойки каркаса, а панели стен выполняют лишь ограждающие функции. 
Бескаркасные панельные здания могут иметь четыре конструктивных варианта:

• с тремя продольными несущими стенами — двумя наружными и одной внутренней с опиранием перекрытий по двум коротким сторонам;
• с несущими наружными стенами и внутренними продольными и поперечными с опиранием панелей перекрытий по контуру;
• с несущими наружными степами и внутренними поперечными с опиранием перекрытий по трем сторонам;
• с несущими поперечными степами, когда перекрытия опираются на них по двум сторонам.

В каркасных крупнопанельных  зданиях каркасы состоят из системы  стоек и ригелей из сборного железобетона.

По типам каркасные  панельные дома различают с поперечным каркасом, продольным и пространственным. Применяют также конструктивную схему с неполным внутренним каркасом и несущими панелями наружных стен. Однако эту схему применяют редко. 
При увеличении размеров панелей перекрытий на всю комнату возможно безригельное решение каркасных панельных зданий. При этом панели перекрытий опираются по углам непосредственно на 4 стойки каркаса или на 1 наружную стену и 2 внутренние стойки. 
Пространственная жесткость каркасных панельных зданий обеспечивается совместной работой элементов каркаса, перекрытий, связями или панелями, устанавливаемыми с плоскости каркаса, или вертикальными диафрагмами жесткости, образованными отдельно стоящими стенами.

При выборе конструктивной схемы (бескаркасной или каркасной) следует исходить из следующих соображений. В тех случаях, когда нужны  сравнительно небольшие площади  изолированных друг от друга помещений (например, жилых комнат), бескаркасная схема более целесообразна. В  общественных зданиях с большими помещениями (залы, холлы и др.) предпочтительнее каркасная схема.

В настоящее время крупнопанельные  жилые дома высотой в 5, 9 и 12 этажей, а в больших городах высотой  в 16 этажей и более проектируют, как  правило, бескаркасными. Уменьшение веса конструкций на 1 м жилой площади, что весьма существенно снижает транспортные расходы

Многоэтажные гражданские  здания, особенно жилые дома, общежития, гостиницы и др., как правило, решаются в виде каркасно-панельных или  крупнопанельных (бескаркасных) конструктивных систем, состоящих из крупноразмерных  сборных железобетонных изделий  заводского изготовления.

Каркасно-панельные здания проектируют с полным или неполным каркасом. При полном каркасе панели перекрытия опираются по углам на колонны. Колонны и ребра перекрытий образуют пространственный каркас здания. Панели стен и внутренних перегородок - самонесущие и крепятся к стойкам  каркасов. При неполном (внутреннем) каркасе крайних колонн нет, а  панели наружных стен несущие. Панели перекрытий опираются на несущие  наружные стены и внутренние колонны  каркаса.

Широко распространены, особенно в жилищном строительстве, крупнопанельные (бескаркасные) здания; благодаря отсутствию каркаса и повышению степени  заводской готовности элементов  уменьшается трудоемкость монтажа  и стоимость таких зданий.

Крупнопанельные здания делят  на две группы (рис. 6): с продольными  несущими стенами и с поперечными  несущими перегородками. Конструктивная схема с поперечными несущими перегородками более выгодна, так  как панели перекрытий опираются  на внутренние поперечные перегородки, что позволяет предельно укрупнить  и облегчить наружные стеновые панели, которые, не воспринимая нагрузки от перекрытий и выполняя лишь ограждающие  функции, могут быть изготовлены  из легких эффективных материалов (керамзитобетона, ячеистого бетона и др.). Панели перекрытий и стен в крупнопанельных зданиях  проектируются преимущественно  размером на комнату.

Рис.6. Конструктивные схемы крупнопанельных зданий

 

Панельные здания, особенно в районах с невысокой сейсмичностью, могут достигать 20 и более этажей и иметь выразительный архитектурный  облик.

Дальнейшим развитием  крупнопанельного строительства явилась  разработка и внедрение в строительную практику конструкций жилых домов  из объемных железобетонных элементов  – блок-комнат и блок-квартир. Объемные блоки изготовляют из отдельных плоских панелей стен и перекрытий укрупненной заводской сборкой или в виде монолитного «стакана» или «колпака» с раздельным перекрытием (панелями потолка или пола). Всю внутреннюю отделку блок-комнат или блок-квартир производят в заводских условиях, поэтому трудоемкость строительных работ, выполняемых на площадке, предельно снижается.

Крупнопанельные здания благодаря  механизированному заводскому изготовлению крупноразмерных изделий и значительному  уменьшению трудовых затрат при монтаже  в экономическом отношении весьма эффективны. Стоимость 1 м² площади в таких зданиях обычно ниже, чем в кирпичных или крупноблочных домах.

Весьма перспективными являются многоэтажные здания из монолитного  железобетона, возводимые в скользящей или объемно-переставной опалубке. 17-20-этажные жилые дома подобного  типа построены во многих городах  страны.

Получили распространение  также здания, возводимые методом  подъема этажей. В таких зданиях  после бетонирования сплошной плиты  каждого перекрытия на нулевой отметке, оно с помощью мощных домкратов  поднимается по направляющим - колоннам на проектную отметку.

Многоэтажные здания, особенно гражданские, могут иметь конструктивную схему с центральным монолитным ядром жесткости различной конфигурации, в котором располагаются подсобные  помещения, лифтовые и вентиляционные шахты, лестничные клетки и т. п.

В подобных решениях могут  быть предусмотрены два и более ядер жесткости замкнутого или открытого профилей. В основу объемно-планировочного решения гостиничного комплекса кладется, как правило, деление общего объема на высотную и малоэтажную части. В высотной части размещаются жилые номера, а в малоэтажной - рестораны, помещения бытового обслуживания и др. Примером такого решения может служить также гостиничный комплекс в Алма-Ате на 1000 мест (рис. 7). Высотная часть имеет в плане эллипсовую форму, ее основным несущим элементом является монолитное железобетонное ядро с расходящимися от него поперечными железобетонными диафрагмами жесткости. Ограждающие конструкции выполнены в виде легких навесных стеновых панелей. Монолитные конструкции высотной части возведены с помощью скользящей и объемно-переставной опалубки.

Рис.7. Высотная гостиница в г. Алма-Ате: а - разрез; б - план высотной части;

1 - машинное помещение  лифтов; 2 - кафе;

3 - валунно-галечное  основание; 4 - фундаментная плита

Конструктивные  типы и схемы зданий

 

Конструктивный тип здания определяется пространственным сочетанием стен, колонн, перекрытий и других несущих элементов, которые образуют его остов.

В зависимости от пространственной комбинации несущих элементов различают  следующие конструктивные типы зданий:

 

• с несущими стенами (бескаркасные), в которых большинство конструктивных элементов совмещает несущие и ограждающие функции;
• каркасные с четким разделением конструкций по их функциям - несущие и ограждающие. Пространственная система (каркас), состоящая из колонн, балок, ригелей и других элементов, вместе с перекрытиями в данном случае воспринимает все нагрузки, действующие на здание. Помещения от воздействия внешней среды защищаются наружными стенами.
• с неполным каркасом, в которых наряду с внутренним каркасом несущими являются и наружные стены.

 

Конструктивный тип здания характеризуется также определенными  материалами и видами основных его  строительных элементов (крупных железобетонных блоков, панелей и т.п.).

Каждый из рассмотренных  выше конструктивных типов зданий в  свою очередь может иметь несколько  конструктивных схем, которые отличаются особенностями расположения несущих  элементов и их взаимосвязью.

Для бескаркасных зданий характерны следующие конструктивные схемы:

 

• с продольными несущими стенами, на которые опираются перекрытия;
• с поперечными несущими стенами, когда наружные продольные стены, освобожденные от нагрузки перекрытий, являются самонесущими;
• совмещенная, - с опиранием перекрытий на продольные и поперечные стены.

 

Конструктивные схемы  зданий с неполным каркасом могут  быть:

 

• с продольным расположением ригелей;
• с поперечным расположением ригелей;
• безригельными.

 

В этих схемах несущие внутренние стены заменены колоннами и перегородками  между ними, что уменьшает расход стеновых материалов. Нагрузки от ригелей  и перекрытий воспринимаются также  и наружными стенами.