Изобретение относится к области строительства, в частности к способу повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса. Технический результат заключается в обеспечении повышенной несущей способности каркаса. Способ включает соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов. Перераспределяют усилия в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы. Условными границами элемент-узлов на плане являются линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн. Условными границами элемент-узлов по вертикали являются сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей. Конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны. Формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой. 7 ил.

Рисунки к патенту РФ 2490403

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса относится к области строительства и может быть использован при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.

Известны традиционные способы сборки железобетонных безригельных каркасов из колонн и плоских перекрытий, при пересечении которых, как правило, арматура колонн не связана с арматурой перекрытия. Вследствие чего, для повышения несущей способности каркаса, при восприятии нагрузки, с увеличением размера пролета перекрытия, увеличивают толщину плиты и/или сечение колонны, а так же густо армируют приколонную зону перекрытия.

Известно, что при бетонировании, как правило, швы располагают в уровне верхней и нижней плоскостей плиты перекрытия, то есть плиты пересекают швами бетонирования колонны.

Известно, что стык продольной арматуры колонн осуществляют преимущественно внахлест и в теле колонны, что приводит к бесполезному перерасходу арматуры, особенно с увеличением диаметра арматуры.

Если, при традиционной системе армирования, при увеличении шага колонн и нагрузок на перекрытие, при сечении колонны 400×400 и толщине плиты 200 мм, в результате расчета получаем расчетную арматуру в верхней растянутой зоне плиты перекрытия: Ax+Ay=100 см 2 , где Ax, Ay - расчетные значения арматуры по взаимно перпендикулярным направлениям, то разместить такое количество арматуры в растянутой зоне плиты просто невозможно.

Известен «Способ возведения каркаса безригельного многоэтажного здания» по патенту RU 2134752 от 21.01.1998, опубликовано 20.08.1999, МПК 6 E04B 1/18, заключающийся в монтаже рядовых и наружных колонн, установке на них надколонных плит перекрытий, и монтаже межколонных и центральных плит перекрытий, при этом, после монтажа перекрытия верхнего этажа здания на верхнем этаже или на верхних этажах дополнительно монтируют диагональные подкосы, соединяющие в пределах каждого из этих этажей низ наружных колонн с верхом соседних рядовых колонн или верх наружных колонн с низом соседних рядовых колонн и расположенные нормально к соответствующему им фасаду здания, а затем удаляют размещенные под диагональными подкосами в пределах первого этажа часть наружных колонн.

Данный способ сложен в использовании за счет дополнительных подкосов, и не позволяет возводить здания с большими пролетами перекрытий.

Известен «Способ возведения безригельного каркаса здания» по патенту RU 2206674 от 11.10.2001, опубликовано 20.06.2003, МПК 7 E04B 1/18, E04B 1/22, включающий монтаж колонн и плит перекрытий, замоноличивание стыков между колоннами и плитами, пропуск арматуры сквозь колонны между плитами во взаимно перпендикулярных направлениях и натяжение ее, выдержку до набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности с последующей передачей усилия натяжения на бетон по периметру здания и омоноличиванием швов между плитами, при этом, после набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности, усилие натяжения арматуры на бетон передают попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях поэтапно - сначала 30-40% общего усилия натяжения, затем 60-75% общего усилия натяжения, с последующим полным отпуском натяжения.

Данный способ также сложен в использовании за счет того, так, как требует дополнительного натяжения арматуры на бетон, и нет конструктивной связи колонн с перекрытием.

Наиболее близким является «Способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия» по патенту RU 2394140 , от 09.06.2009, опубликовано 10.07.2010, МПК E04G 23/02, Е04В 5/43, включающий размещение на соединенной с колонной плите перекрытия, которая снабжена продольной арматурой усиливающих элементов, при этом в приколонной зоне плиты перекрытия выполняют вертикальные отверстия, в которые устанавливают усиливающие элементы в виде набора стержней с анкерными элементами на концах, образующих не связанную с продольной арматурой поперечную арматуру, и заливают раствор безусадочной расширяющейся бетонной смесью; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму четырех прямоугольников, одна сторона каждого из которых примыкает к колонне и равна ширине последней, а другая сторона превышает в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия; диаметр отверстий, выполненных в плите перекрытия, в 1,5-2,5 раза больше диаметра стержней поперечной арматуры, при этом отверстия снизу выполнены глухими с донышком или снабжены пробкой; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму описанного вокруг колонны квадрата, сторона которого равна сумме ширины колонны и удвоенного определяющего размера приколонной зоны - расстояния между внешней границей приколонной зоны и колонной, превышающего в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия.

Данный способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия усиливает только приколонную часть перекрытия и только дополнительной поперечной арматурой, не создавая единого узла сопряжения колонны с перекрытием.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.

Задача решена за счет способа повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающего соединение колонн с плитами перекрытия, и размещение арматурных элементов, при этом, повышают несущую способность каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элемент-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, позволяет увеличить сопротивление взаимному повороту колонн и перекрытий в местах сопряжения, и повысить жесткость каркаса по всем направлениям; увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам, таким как, ветер и пульсация ветра; регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн; воспринимать изгибающие моменты от ветровых и пролетных нагрузок единым элементом-узлом высотой в целый этаж, а не отдельно колонной и перекрытием; перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны, упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны, создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время, являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих, приколонных моментов; повысить сейсмостойкость каркаса.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют в каркасе, изображенном на чертежах, где на фиг.1 - каркас в сборе, на фиг 2 - монолитный конструктивный элемент - узел с арматурой 9, на фиг.3 - арматура 9, 17, 18; на фиг.4 - конструктивный разрез по каркасу, на фиг.5 - раскладка арматуры в плане по перекрытию, на фиг.6 - монолитный конструктивный узел с арматурой 18, на фиг.7 - схема расположения равноудаленных колонн по принципу равностороннего треугольника.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 изображены: каркас 1 монолитный железобетонный безригельный в сборе, жесткий конструктивный элемент-узел 2, колонна 3, перекрытие 4, линия 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сечение 6 колонн с наименьшими изгибающими моментами, место расположения швов бетонирования, армирование 7 радиального перекрытие, армирование 8 концентрическое, продольная арматура 9 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, растянутая приколонная зона 10 плитной части узла, зона 11 плиты перекрытия, растянутая пролетная, арматура 12 конструктивная, стык 13 отогнутой части продольной арматуры колонной части элемента-узла в верхней растянутой приколонной плитной части элемента-узла, консольные свесы 14 перекрытия, кольцевая распределительная арматура 15, эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну, продольная арматура 17 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, продольная арматура 18 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, колонная часть 19 элемента-узла, плитная часть 20 элемента-узла.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют при его сборке следующим образом.

Устанавливают опалубку перекрытия 4 текущего этажа. Под этой опалубкой устанавливают секции замковой опалубки на верхнюю часть колонн, от сечения 6 текущего этажа.

Формируют конструктивно организованный элемент-узел 2, из колонной части 19 и плитной части 20, вокруг центра, расположенного в месте пересечения центральной оси колонны 3 с плитой перекрытия 4, по вертикали - из половины колонны текущего этажа и половины колонны следующего этажа, с условными границами по сечению 6 колонн расположенных посередине высоты этажей, а на плане - из фрагмента перекрытия вокруг колонн, с условными границами по линии 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сопрягая плитную и колонную части, объединенных радиально направленной продольной арматурой 9, или 17, или 18 колонн, отгибами в плитную часть элемента-узла, при этом создают условия для перераспределения усилии в местах сопряжения колонн с перекрытиями, повышая несущую способность каркаса.

Арматура, с особой конфигурацией отгибов 9, 17, 18, является основной образующей арматурного каркаса элемента-узла 2.

В растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2 арматура 9, и/или 17, и/или 18, отгибами для нижнего и для верхнего этажа, жестко соединяют с вертикальным нахлестом.

Наличие у арматуры 9, 17, 18, отгибов в верхнюю растянутую приколонную зону 10 плитной части элемента-узла 2, задает, всегда присутствующий и регулируемый проектными решениями, эксцентриситет «е» 16, передачи вертикальной нагрузки перекрытия на колонну.

Наличие эксцентриситета «е» 16 передачи вертикальной нагрузки на колонную часть 3 элемента-узла 2, при жестком стыке 13 и изогнутой формы детали 9 или 17 или 18:

Создает момент в колонной части арматуры 9 или 17 или 18, выдергивающий арматуру вверх, то есть в арматуре 9 или 17 или 18 создается разгружающее колонну 3 усилие, направленное вверх;

Обеспечивает автоматическую работу механизма разгрузки: при увеличении количества этажей увеличивается и разгружающий момент в колоннах 3 нижележащих этажей.

Собранный пространственный арматурный каркас для формирования элемента-узла 2 устанавливают своими отгибами арматуры 9, и/или 17, и/или 18, на такой же пространственный арматурный каркас, выступающий из колонны 3 текущего этажа, на отгибы арматуры 9, и/или 17, и/или 18,

Отгибы продольной арматуры 9, или 17, или 18, нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры 9 или 17 или 18 верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов. При этом перекрытие при работе ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область.

Сваривают отгибы в нахлесте арматуры 9, и/или 17, и/или 18, текущего и следующего этажа. Далее раскладывают радиальную арматуру 7, сваривая ее с арматурой 9, или 17, или 18, (фиг.2), устанавливают концентрическую арматуру 8 в пролете перекрытия (фиг.2, фиг.6), и конструктивную арматуру 12, то есть формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой, создавая непрерывную систему колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, закольцованную смежными перекрытиями и колоннами радиальным армированием (см. фиг.4).

Затем устанавливают секции опалубки колонн 3 на половину следующего этажа и бетонируют перекрытие 4 текущего этажа с половиной колонны 3 текущего этажа и половиной колонны 3 следующего этажа, то есть элементы-узлы 2 бетонируются целиком за одну захватку между, расположенными посередине высоты этажей, сечениями 6 колонн 3, что резко повыщает несущую способность каркаса.

Несущая способность безригельного монолитного железобетонного каркаса повышается при работаете элемента-узла 2, следующим образом.

Основной характеристикой элемента-узла 2 является эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну.

Пролетные вертикальные нагрузки, действующие на перекрытие, передаются через арматуру 9 или 17 или 18 на колонну 3 с эксцентриситетом «e» 16. При этом, на каждом этаже в продольной арматуре колонн, кроме усилия сжатия N возникают растягивающие усилия от изгибающего момента, равного М=Ne. (фиг.4)

Вследствие наличия эксцентриситета 16 и непрерывности, закольцованности с соседствующим этажом радиального армирования колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, (фиг.4) пролетные нагрузки на перекрытие растягивают радиальную арматуру, в том числе и в колонной зоне, создавая при этом разгрузочный момент в арматуре колонны. Учитывая это, можно уменьшить расход армирования колонн.

При этом, при одинаковых параметрах этажей и нагрузках и эксцентриситетах, в арматуре колонн нижнего этажа возникнут усилия сжатия N=nN, и изгибающий момент M=nNe, где n - количество этажей.

Если, при традиционном способе сборки каркаса изгибающий момент над колонной совершал только разрушающую работу, то в предлагаемом техническом решении, изгибающий момент М, созданный эксцентриситетом «е», благодаря особой форме арматуры 9 или 17 или 18, стремится выдернуть арматуру вверх, то есть создается вертикальное усилие, направленное вверх, и противоположное вертикальной нагрузке на каркас.

Благодаря этому, в каркасе постоянно работает эффект саморазгружения в колоннах, причем с ростом количества этажей, в нижних этажах автоматически увеличивается и разгружающий эффект.

Благодаря вертикальному нахлесту отгибов продольной арматуры 9, или 17, или 18, колонн 3, в растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2, создается дополнительная жесткость сечения арматуры при восприятии изгибающего момента (фиг.4).

Благодаря жесткому стыку 13 отгибов продольной арматуры колонн и дальнейшим его разветвлением в колонны верхнего и нижнего этажа, увеличивается сопротивление изгибающему моменту в направлении от стыка 13 к колонне 3, за счет увеличения расстояния между сечениями отгибов 9 верхней и нижней колонн.

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями позволяет:

Увеличить сопротивление взаимному повороту элементов (колонн и перекрытий) в местах сопряжения и повысить жесткость каркаса по всем направлениям;

Увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам (ветер, пульсация ветра);

Регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн;

Перераспределить изгибающие моменты перекрытий, которые воспринимаются уже не колонной, а элементом-узлом, и перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов.

Техническим эффектом является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9 метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающий соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов, отличающийся тем, что повышают несущую способность каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются на плане линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой.

Архитектурные конструкции многоэтажных зданий Общие требования предъявляемые к многоэтажным зданиям Многоэтажные жилые здания жилые здания от 6 до9 этажей; здания повышенной этажности от 10 до 25 этажей. По требованию к необходимому минимальному количеству лифтов в зависимости от этажности: Здания 6 9 этажей требуют наличия 1 лифта; здания 10 19 этажей. 2 лифтов; здания 20 25 этажей. В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 2009 № 384ФЗ Технический регламент о безопасности зданий и...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Тема 1. Конструктивные системы многоэтажных зданий. Лекция 1, 2, 3

Литература:

1. Пособие по проектированию жилых зданий. Выпуск 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85).

2. Магай А.А. Архитектурное проектирование высотных зданий и комплексов. М., АСВ, 2015.

Архитектурные конструкции многоэтажных зданий

Общие требования, предъявляемые к многоэтажным зданиям

Многоэтажные жилые здания жилые здания от 6 до9 этажей; здания повышенной этажности от 10 до 25 этажей.

По требованию к необходимому минимальному количеству лифтов в зависимости от этажности:

Здания 6 9 этажей требуют наличия 1 лифта;

здания 10 19 этажей ………………. 2 лифтов;

здания 20 25 этажей………………... 3 лифтов.

В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" здания и сооружения делят на три уровня ответственности:

1) повышенный уровень ответственности - здания и сооружения, отнесенные к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам;

2) нормальный уровень ответственности - все здания и сооружения, за исключением зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности;

3) пониженный уровень ответственности - здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции здания или сооружения либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.

Расчетные значения усилий в элементах строительных конструкций и основании здания или сооружения должны быть определены с учетом коэффициента надежности по ответственности, принятое значение которого не должно быть ниже:

1) 1,1 - в отношении здания и сооружения повышенного уровня ответственности;

2) 1,0 - в отношении здания и сооружения нормального уровня ответственности;

3) 0,8 - в отношении здания и сооружения пониженного уровня ответственности.

Для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности ветровые и снеговые нагрузки рекомендуется определять на основе результатов продувки модели в аэродинамической трубе или численного моделирования. Прочностные расчеты несущих конструкций зданий и сооружений повышенного уровня ответственности следует выполнять не менее, чем по двум различным программным комплексам для повышения степени достоверности расчетов.

Типы конструктивных систем многоэтажных зданий.

Основные:

I каркасная,

II стеновая,

III ствольная (ядро),

IV оболочковая (труба).

Комбинации :

I+II каркасно-стеновая,

I+III каркасно-ствольная,

II+III ствольно-стеновая,

II+IV оболочково-стеновая,

III+IV ствольно-оболочковая (труба в трубе).

Основные конструктивные системы

1. Каркасная КС

В каркасных конструктивных системах основными вертикальными несущими конструкциями являются колонны каркаса, на которые передается нагрузка от перекрытий непосредственно (безригельный каркас) или через ригели (ригельный каркас). Прочность, устойчивость и пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается совместной работой перекрытий и вертикальных конструкций. В зависимости от типа вертикальных конструкций, используемых для обеспечения прочности, устойчивости и жесткости, различают связевые, рамные и рамно-связевые каркасные системы.

При связевой каркасной системе применяется безригельный каркас или ригельный каркас с нежесткими узлами ригелей с колоннами. При нежестких узлах каркас практически не участвует в восприятии горизонтальных нагрузок (кроме колонн, примыкающих к вертикальным диафрагмам жесткости), что позволяет упростить конструктивные решения узлов каркаса, применять однотипные ригели по всей высоте здания, а колонны проектировать как элементы, работающие преимущественно на сжатие. Горизонтальные нагрузки от перекрытий воспринимаются и передаются основанию вертикальными диафрагмами жесткости в виде стен или сквозных раскосных элементов, поясами которых служат колонны (см. рис. 4). Для сокращения требуемого количества вертикальных диафрагм жесткости их рекомендуется проектировать непрямоугольной формы в плане (уголковой, швеллерной и т.п.). С той же целью колонны, расположенные в плоскости вертикальных диафрагм жесткости, могут объединяться распределительными ростверками, расположенными в верху здания, а также в промежуточных уровнях по высоте здания.

В рамной каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимает и передает основанию каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Рамные каркасные системы рекомендуется применять для малоэтажных зданий.

В рамно-связевой каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают и передают основанию совместно вертикальные диафрагмы жесткости и рамный каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Вместо сквозных вертикальных диафрагм жесткости могут применяться жесткие вставки, заполняющие отдельные ячейки между ригелями и колоннами. Рамно-связевые каркасные системы рекомендуется применять, если необходимо сократить количество диафрагм жесткости, требуемых для восприятия горизонтальных нагрузок.

В каркасных зданиях связевой и рамно-связевой конструктивных систем наряду с диафрагмами жесткости могут применяться пространственные элементы замкнутой формы в плане, называемые стволами. Каркасные здания со стволами жесткости называют каркасно-ствольными.

Каркасные здания, вертикальными несущими конструкциями которых являются каркас и несущие стены (например, наружные, межсекционные, стены лестничных клеток), называются каркасно-стеновыми. Здания каркасно-стеновой конструктивной системы рекомендуется проектировать с безригельным каркасом или с ригельным каркасом, имеющим нежесткие узлы соединения ригелей с колоннами.

В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт, на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия. По способу опирания междуэтажных перекрытий различают ствольные системы с консольным, этажерочным и подвесным опиранием этажей.

1.1. Каркасно-стеновая система (с неполным каркасом).

Наружные или внутренние стены в этой системе заменяются отдельными стойками каркаса, что придает гибкость планировочному решению, возможность создания относительно больших по площади помещений, внутри которых размещаются только колонны. Переставить или убрать перегородки при изменении назначения помещений относительно несложно. Недостатком этой системы является значительная материалоемкость наружных стен.

1.2. Каркасно-ствольная система.

Плоские диафрагмы жесткости каркаса объединяют в пространственную опору ствол, обладающий значительно более высокой жесткостью, чем отдельные диафрагмы, и поэтому способный воспринимать более высокие горизонтальные нагрузки. Ствол воспринимает все горизонтальные нагрузки на здание и часть вертикальных. Стены ствола выполняют или из монолитного железобетона или из стали. При этой системе возможно шарнирное соединение элементов каркаса. Ствол, как правило, располагают в центральной части здания и его объем используют для размещения лифтов, лестниц и инженерных коммуникаций. Пространство между центральным стволом и наружными стенами свободно от опор. Каркас в этой системе стальной или железобетонный.

2. Несущая КС со стеновыми несущими элементами

В этих системах вертикальные несущие конструкции решаются в виде стен, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Стены объединяются в пространственную систему с помощью вертикальных диафрагм жесткости и горизонтальных дисков перекрытий.

Различают три основные схемы системы с несущими стенами: продольно-стеновая; поперечно-стеновая; перекрестно-стеновая.

Представляет собой ряд параллельно ориентированных вдоль здания стен, расстояние между которыми называют пролетом. Соответственно различают одно-, двух - и трехпролетные здания. Все пролеты могут быть одной или разной величины. Устойчивость продольных стен в их плоскости обеспечивается постановкой в перпендикулярном направлении диафрагм жесткости (отдельные стены, стены лестничных клеток). Расстояние между поперечными диафрагмами жесткости зависит от толщины стены, ее материала и расстояния по вертикали между горизонтальными опорами (перекрытиями) и регламентируется СНиП «Каменные и армокаменные конструкции».

Схема с продольными несущими стенами применяется в зданиях высотой до 17 этажей. Достоинством этой схемы является возможность изменения планировки этажей при реконструкции зданий, а также использование местных стеновых материалов. Основной недостаток толщина стен назначается не только расчетом на прочность, но и по требованиям теплозащиты помещений, что может привести к значительному расходу материалов.

Поперечно-стеновая схема применяется в зданиях высотой до 70 этажей. Расстояние между поперечными стенами называют шагом. Различают узкий (до 3,6 м) и широкий (свыше 3,6 м) шаг поперечных стен. Толщина стен определяется только расчетом на прочность и может быть незначительной. Наружные стены выполняют только ограждающие функции и могут быть выполнены из легких эффективных материалов. Их толщина определяется прежде всего необходимостью теплозащиты помещений. Продольная устойчивость здания обеспечивается диафрагмами жесткости (это, как правило, ориентированные по продольной оси здания стены лестничных клеток) и дисками перекрытий.

Достоинство этой схемы применение легких ограждающих конструкций, возможность устройства в них значительных по площади проемов. Основной недостаток трудности при модернизации зданий из-за относительно часто расположенных поперечных капитальных стен.

Перекрестно-стеновая схема . Применяется в зданиях ячейковой планировочной структуры, особенно в сейсмоопасных районах.

3. КС в виде перекрестных плоских стен ,

Воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузк

Пример для п.2 и 3: Конструктивная система с поперечными несущими стенами гостиницы «Измайлово», Москва, Россия :

Конструктивное решение: свайное поле с монолитным ростверком, сборный железобетонный каркас по номенклатуре типовых изделий со сборными стенками жёсткости. Ограждающие конструкции по индивидуальной разработке. Было предусмотрено выполнение сборных ограждающих панелей и пилонов на белом цементе в опалубке из нержавеющей стали.

4. Ствольная конструктивная система.

Вертикальными несущими конструкциями служат пространственные замкнутой формы в плане элементы стволы, воспринимающие все действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки. Перекрытия опираются непосредственно на стволы и могут быть одно-и многоствольными.

В зависимости от способа опирания перекрытий на ствол различают две основные схемы:

С консольными и

Подвешенными перекрытиями.

В соответствии с этим здания ствольной КС классифицируют как здания с консольными и подвешенными этажами.

В зданиях с консольными этажами наружные стены не доходят до уровня фундамента, а поддерживаются либо консольными конструкциями опертых на ствол перекрытий, либо консольными поясами. Размеры консольных этажей в плане превышают размеры нижнего этажа, который обычно остается открытым.

В зданиях с подвешенными этажами конструкции перекрытий опирают с одной стороны на центральный лестнично-лифтовый ствол, а с другой на вертикальные подвески (стальные или железобетонные). Подвески закрепляют или к вершине ствола, или к консольному оголовку.

По типу главных опор, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, конструктивные схемы зданий с подвешенными этажами условно делят на следующие основные группы:

Со ствольными опорами;

Со стоечными опорами;

С арочными опорами;

С комбинированными опорами, например в виде ствола и стоек.

Рассматриваемая конструктивная схема открывает широкий простор для поиска интересных композиционных решений зданий. Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, канатов, стержней, монолитные железобетонные предварительно напряженные, сборные предварительно напряженные, сталежелезобетонные.

4.1. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции.

4.2. Оболочково-ствольная конструктивная система.

В отличие от оболочковой системы характерна тем, что в восприятии горизонтальных и вертикальных нагрузок совместно с внутренним стволом участвует замкнутая наружная оболочка-коробка, образованная конструкциями наружных стен здания и способная благодаря соответствующим связям работать под действием горизонтальных нагрузок как одно целое.

5. Оболочковые (коробчатые) и подвесные системы .

Примеры: «Сире Тауэр»:

Здания «Джон Хэнкок» в Бостоне

Центр Джона Хэнкока 100-этажный небоскрёб в Чикаго. Главная особенность небоскрёба заключается в его пустотелой конструкции, напоминающей большую четырехугольную колонну.

4. Ствольные конструктивные системы

С 1960 х годов в высотное строительство активно внедряются вновь изобретенные конструктивные системы ствольная и оболочковая. Их изобретение запатентовано американским инженером Ф. Каном (Khan) в 1961 г.

Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания, воспринимающей нагрузки и воздействия, содержит вертикальный пространственный стержень ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания. Поскольку ствол чаще всего располагают в геометрическом центре плана, возник и распространенный термин «ядро жесткости». Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Перекрытия опираются непосредственно на стволы, здания могут быть одно- и многоствольными. Самый распространенный вариант конструкции - центрально расположенный монолитный железобетонный ствол. В зависимости от нагрузки (этажности) толщина стен ствола в нижнем ярусе может достигать 60-80 см, а в верхних сокращаться до 2030 см.

Стальные конструкции стволов представляют собой в большинстве случаев решетчатую систему, обетонируемую после монтажа. Исключения из этого правила встречаются крайне редко, когда ствол имеет не только несущие, но и архитектурно-композиционные функции.

Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Она присуща большинству высотных зданий различных конструктивных систем: ствольных, ствольно-стеновых, каркасно-ствольных и оболочково-ствольных.

Ствольная конструктивная система характеризуется тем, что все горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются конструкциями ствола, состоящего из монолитных стен или отдельных диафрагм, объединенных в пространственный элемент. Применяется в случаях, когда необходимо повысить амортизационную способность сооружения к сейсмическим толчкам. В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт, на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия.

Ствольные системы имеют свои разновидности: консольное опирание перекрытий на ствол, подвешивание внешней части перекрытия к верхней несущей консоли «висячий дом» или его опирание посредством стен на нижерасположенную несущую консоль, промежуточное расположение несущих консолей высотой в этаж с передачей в них нагрузки от части этажей.

Стволом или ядром в высотных зданиях является жесткий (монолитно выполненный) лестнично-лифтовой узел. В первом случае перекрытия жестко защемляются в стенах ствола, во втором свободно опираются на ствол и, кроме того, удерживаются подвесками, закрепленными в верхней или промежуточной части ствола. В зданиях с консольными перекрытиями (этажами) наружные стены не доходят до уровня фундамента, а поддерживаются либо консольными конструкциями опертых на ствол перекрытий, либо консольными поясами. Перекрытия опираются с одной стороны на центральный лестнично-лифтовой ствол, а с другой на вертикальные подвески (стальные или железобетонные). Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, канатов, стержней, монолитные железобетонные предварительно напряженные, сборные предварительно напряженные, сталежелезобетонные. Подвески закрепляют или к вершине ствола, или к консольному оголовку. Размеры консольных этажей в плане превышают размеры нижнего этажа, который, как правило, остается открытым.

По типу главных опор, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, конструктивные схемы зданий с подвешенными этажами условно делят на три основные группы: со ствольными опорами; со стоечными опорами; с арочными опорами. Особую группу представляют здания с комбинированными опорами, например в виде ствола и стоек.

Данная конструктивная схема открывает широкие возможности для поиска интересных архитектурно-планировочных и композиционных решений зданий.

Еще одной системой применяемой при строительстве высотных зданий является подвесная система, которая обычно возводится снизу вверх, когда этажи могут подвешиваться к ядру жесткости и фермам (покрытия). Так как каждый этаж вначале монтируется на земле и затем поднимается, внутренние работы могут продолжаться на верхних этажах, пока новый ярус монтируется на нулевой отметке. Процесс может также идти в обратном направлении в подвесных конструкциях, т. е. после завершения монтажа ядер жесткости и ферм этажи монтируются сверху вниз и внутренние работы идут в той же последовательности. Существует несколько возможных преимуществ в связи с такой обратной схемой: защитные строительные леса по всей высоте здания уже больше не нужны, а используются только для одного этажа, в то время как отдельные рабочие уровни защищены этажом выше. На развертывание зимней стройплощадки требуется меньше усилий, первый этаж остается открытым и может быть использован для строительных приспособлений, что особенно удобно в центре города. Подвесные конструкции не подвержены риску продольного изгиба это позволяет использовать гибкие стяжки. Данное преимущество может быть быстро утеряно при обязательной огнезащитной облицовке (например, в случае с Банком Гонконга и Шанхая, (архитекторы Фостер и партнеры). Длина соединительных стяжек подвержена изменениям в результате разности зимней и летней температур, и эти изменения усугубляются с каждым дополнительным этажом. Требования подвесных систем к фасаду очень свободны. Стяжки могут переноситься внутрь для предотвращения их расширения из-за разности температур или же устанавливаться снаружи с соответствующей защитой. В обоих случаях изменения длины должно абсорбироваться температурным (компенсационным) швом.

Одним из самых высоких зданий с подвешенными этажами является 31-этажное здание банка «Стандарт Банк Сентер» в ЮАР с четырьмя подземными ярусами. Размеры здания в плане 33,1х33,1 м, высота -130 м. Основной несущей конструкцией является 4-х секционный ствол размерами 14,2х14,2 м с монолитными железобетонными стенами. В уровнях 11-го, 21-го и 31-го этажей на ствол опираются железобетонные предварительно напряженные консольные пояса вылетом 10,45 м. К концам консолей с каждой стороны здания прикреплены по две предварительно напряженные железобетонные подвески, которые поддерживают конструкцию девяти нижележащих этажей. Конструкции перекрытий решены в виде ребристых железобетонных плит, опирающихся одной стороной на стены центрального ствола, а другой на контурные железобетонные балки, прикрепленные к подвескам. Пролет контурных балок14,2 м, вылет 5 м.

Примером применения подвесной системы может служить здание фирмы «ВМW Тауэр» (г. Мюнхен, Германия), в котором объемно-пространственное решение представляет четырехлепестковый план, что позволило максимально использовать световой фронт всего здания и придать ему пластичную выразительную форму, а углубленный на фасаде технический этаж разделяет объем на две неравных части, перебивая монотонность фасада (рис.3.4.6). Поскольку башня представляет собой здание с подвешенными этажами, строительство его велось особенным способом. Все 22 этажа были выполнены на земле, а затем их подняли. Четыре мощных ствола с дополнительными колоннами поддерживают подвешенные этажи. Высота здания составляет 101 метров, а диаметр составляет 52 метров.

Схема с консольными перекрытиями применена при возведении 37-этажного административного здания Тур дю Миди» высотой 149,2 м в Брюсселе (рис. 3.4.7). Размеры здания 38,6х38,6 м. Опорой здания служит центральный лестнично-лифтовой ствол размерами 19,7х19,7 м со стальным обетонированным каркасом. Несущими элементами перекрытий являются консольные сборно-монолитные железобетонные балки длиной на все здание, заделанные в стены ствола. Вылет консолей 9,65 м.

Рассматриваемые ствольные системы не являются распространенным конструктивным решением. Наиболее распространены системы с комбинированными решениями: ствол в сочетании либо с рамным каркасом, либо с несущей коробкой наружных стен, либо с несущими стенами диафрагмами.

В конструктивно-планировочном отношении удачна относительно редко принимаемая конструкция ствола открытого профиля, например крестообразного сечения. Она исключает трудоемкое и металлоемкое устройство многочисленных надпроемных перемычек, необходимых в стволах закрытого сечения, и упрощает установку лифтов. Ограничение в их применении оправдано только в особо высоких сооружениях, когда жесткость ствола открытого сечения может оказаться недостаточной. Стальные конструкции стволов представляют собой в большинстве случаев решетчатую систему, обетонируемую после монтажа. Исключения из этого правила встречаются крайне редко, когда ствол имеет не только несущие, но и архитектурно- композиционные функции.

Примером высотного здания каркасно-ствольной конструктивной системы является 57-этажное административное здание «Мэн Монпарнас» в Париже (Франция) высотой 200 м. Здание имеет двояковыпуклую форму в плане со стальным каркасом и монолитным стволом размерами в плане 37х16 м и ступенчатой формы по высоте. Наружные колонны стальные двутаврового профиля, расположены с шагом 5,7 м.; cтены из навесных панелей. Другой пример 39-этажное здание гостиницы «Штадт Берлин» в Берлине, Германия. Здание прямоугольное в плане, размером 50х24 м; выполнено с железобетонными наружными колоннами, расположенными с шагом 3,0 м и внутренними стенами многоячеистый ствол лестнично-лифтовых шахт общим размером48х9,3 м. толщиной от 70 см до 30 см. Одним из дополнительных способов повышения жесткости зданий каркасно-ствольной конструктивной системы является устройство горизонтальных поясов - ферм, связывающих каркас со стволом жесткости в нескольких уровнях по высоте здания, что позволяет проектировать здания высотой 250 и более метров. Горизонтальные пояса жестко соединяются с конструкциями ствола и шарнирно с наружными колоннами. При изгибе ствола пояса работают как распорки, передающие осевые напряжения непосредственно колоннам по периметру здания. Эти колонны в свою очередь работают как стержни, препятствующие прогибу ствола. Таким образом, ствол полностью воспринимает горизонтальные сдвигающие силы, а горизонтальные пояса передают вертикальную сдвигающую нагрузку от ствола на каркасные конструкции наружных стен. При этом здание работает как единое целое по схеме, аналогичной схеме консольного стержня коробчатого сечения. Примером подвесной системы является здание высотой 114 метров «Hypo-дом» в Мюнхене, по высоте это третий высокий небоскреб в городе. По конструктивному решению это здание похоже на здание БМВ, те же четыре цилиндра, но уже по внешнему контуру поддерживают перекрытия. Здание в 2006 году было реконструировано. Дальнейшее переустройство здания будет касаться перевода его в "Green Building" зеленое здание, что потребует при дальнейшей реконструкции значительных изменений в части инженерных систем и оборудования, поскольку в настоящее время в здании работает центральное кондиционирование.

5. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции.

6. Оболочковые (коробчатые) и подвесные системы.

Оболочковые (коробчатые) системы

С 1960 х годов в высотное строительство активно внедряются вновь изобретенные конструктивные системы коробчатая (оболочковая) и ствольная. Их изобретение запатентовано американским инженером Ф. Каном (Khan) в 1961 г.

Коробчатая конструктивная система является максимально жесткой конструктивной системой, поскольку ее несущие конструкции расположены по внешнему контуру. Поэтому она наиболее часто применяется в проектировании самых высоких зданий 200 м и выше.

Основной коробчатой системе сопутствуют два варианта комбинированных оболочково-ствольная («труба в трубе») и оболочково-диафрагмовая («пучок труб»).

В коробчатой системе в центре плана располагают ствол с размещенными в его пространстве лифтовых шахт и общих холлов. Ствол воспринимает основную долю всех нагрузок, и расположенные по периметру здания несущие элементы в виде отдельных стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, которые также могут быть объединены в единую конструкцию. Жесткость ствольной системы, ее устойчивость и способность к гашению вынужденных колебаний обеспечиваются заделкой центрального ствола в фундамент.

Индивидуальной специфической задачей проектирования оболочковых зданий стало решение конструкции несущей наружной оболочки, совмещающей несущие и ограждающие функции.

Средством повышения жесткости оболочки может служить также переход от оболочковой к оболочково-диафрагмовой конструкции («пучку труб»). Конструкцию оболочки выполняют как из стальных элементов, так и из железобетона. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или сборными, но чаще всего из конструктивного легкого бетона, совмещая несущие и теплоизолирующие функции стены. В последние годы оболочки в Европе выполняют преимущественно монолитными из тяжелого бетона (перфорированная стена) с последующим утеплением и внешней облицовкой.

Для элементов стальных оболочек чаще всего применяют прокатные или сварные элементы закрытого прямоугольного сечения также с последующим утеплением и облицовкой.

Для повышения сопротивления внешним воздействиям несущей системы зданий высотой более 250 м применяют преимущественно ствольные конструктивные системы: “труба в трубе” и “труба в ферме”. Большинство высотных зданий оболочкового типа построено на оболочково-ствольной системе, хотя отдельные выдающиеся объекты, такие как 100-этажное здание «Джон Хэнкок» в Чикаго и Международный финансовый центр в Тайбее имеют оболочковую конструктивную систему «труба в ферме», (рис.3.3.1). По этой схеме наружный периметр стен жестко связан со стволом и дополнительно укреплен мощными диагональными связями. В этом случае все здание работает как жесткая консоль, заделанная в тело фундамента.

Оболочковая (коробчатая) КС основана на принципе восприятия всех горизонтальных нагрузок только наружной стеновой коробкой, которая решается обычно в виде жесткой пространственной решетки (безраскосной или раскосной).

По сути, решетка представляет собой элементы каркаса, вынесенные на периметр здания. Стойки каркаса служат простенками, ригели каркаса надоконными перемычками. Внутренние опоры (чаще всего центрально расположенный ствол) работают только на вертикальные нагрузки. В пределах центрального ствола располагаются лифты, лестничные клетки, все основные инженерные коммуникации. При такой системе можно проектировать широкие в плане здания и глубокие рабочие помещения с искусственным освещением и микроклиматом.

Поскольку основная масса несущих конструкций расположена по контуру здания, то это повышает сопротивляемость здания горизонтальным нагрузкам и дает оболочковой системе преимущество перед другими системами, прежде всего при строительстве высотных зданий. Кроме того, возможно облегчение конструкции перекрытий, поскольку они освобождаются от передачи горизонтальных нагрузок на ствол.

Оболочковая (коробчатая) конструктивная система основана на принципе восприятия всех горизонтальных нагрузок только наружной стеновой коробкой, которая решается обычно в виде жесткой пространственной решетки (безраскосной или раскосной).

Примеры: «Сире Тауэр»:

Чикаго называют «Городом ветров» средняя скорость ветра здесь составляет 16 миль в час. Чтобы обеспечить устойчивость небоскреба, архитектор Брюс Грэм использовал конструкцию из стальных связанных труб квадратного сечения, образующих жесткий каркас здания.

Нижняя часть «Сире Тауэр» до 50-го этажа состоит из девяти труб, объединенных в единую структуру и образующих в основании здания квадрат, раскинувшийся на территории двух городских кварталов.

Выше 50-го этажа каркас начинает сужаться. Семь труб идут до 66-го этажа, еще пять до 90-го этажа, а две трубы формируют оставшиеся 20 этажей. Количества стали, потраченной на строительство этого трубчатого каркаса, хватило бы для создания 52 000 автомобилей. Он очень жесток: вершина постройки раскачивается с максимальной амплитудой всего в 1 фут (0,3 м).

Общая масса здания составляет 222 500 тонн. Оно стоит на 114 бетонных с каменной засыпкой сваях, глубоко вбитых в твердое скальное основание. Самый нижний уровень башни залегает на 13 м ниже уровня улицы. На заливку фундамента пошло более 600 000 кубометров бетона этого количества хватило бы, чтобы построить 8-рядную автостраду протяженностью в пять миль. В здании проложено 3220 км электрического кабеля. А телефонными кабелями (их протяженность составляет 69 200 км) можно 1,75 раза обернуть всю нашу планету по экватору.

Каркасно-ствольная система «Петронас Тауэр», Куала Лумпур, Малайзия:

Башни-близнецы торгово-делового центра «Петронас Тауэр» высотой по 452 м каждая. Опоры фундамента башен находятся под землей на глубине свыше 100 м, общая площадь комплекса около 1 млн. м2.

Проект этого строения из стекла, бетона и стали создавали Ранхилл Берсекуту и Торнтон Томасетти. В ходе изучения местности выяснилось, что под башнями располагается разный грунт, что вызвало бы просадку одной из башен. Поэтому было решено передвинуть их на 60 метров и забить сваи на 100 метров, сделавшие его самым большим в мире фундаментом. В плане строение имеет символ ислама восьмиугольную звезду. Этому способствовало участие премьер-министра Малайзии, желающего построить здание в стиле ислама. Оба строения соединяются воздушным мостом на уровне 42 этажа. Мост обеспечивает не только противопожарную безопасность, но также влияет на общую надежность здания, спроектированную и без того на высоком уровне. Огромное количество стали ушло на постройку Петронас Тауэр 36 910 тонн. В силу использования материалов только из Малайзии, пришлось попытаться заменить сталь новым эластичным бетоном, который успешно производился здесь для новой высотки. Здание имеет подземную парковку на 4500 автомобилей. Постройка оборудована скоростными лифтами, так для того, чтобы добраться до самого верхнего этажа потребуется всего 90 секунд. Для лифта в силу ограниченности пространства была использована интересная схема сами лифты являются двухэтажными, соответственно, один из них останавливается только на четных этажах, а другой на нечетных.

6.1. Коробчато-ствольная (оболочково-ствольная) конструктивная система (или «труба в трубе»)

Коробчато-ствольная (оболочково-ствольная) конструктивная система (или «труба в трубе») характеризуется тем, что горизонтальные и вертикальные нагрузки в здании воспринимаются совместно внутренним стволом и замкнутой наружной коробкой (оболочкой), образованной несущими конструкциями наружных стен. Наружная коробка обычно выполняется в виде жесткой пространственной безраскосной решетки, элементами которой являются стальные или железобетонные колонны, устанавливаемые, как правило, с малым шагом, и поэтажные обвязочные балки. Элементы решетки наряду с несущими выполняют и ограждающие функции. При большом шаге колонн решетку усиливают раскосами или раскосными поясами, располагаемыми в два и более ярусов по высоте здания. Иногда наружная коробка образуется монолитными железобетонными стенами с проемами.

Совместная работа наружной оболочки и внутреннего ствола обеспечивается вертикальными связями (ростверками) в пределах технических этажей, а также жесткими дисками перекрытий. За счет совместной работы наружной оболочки и ствола при применении оболочково-ствольной системы жесткость всего сооружения повышается на 3050% по сравнению с кар-касно-ствольной конструктивной системой и, соответственно, уменьшаются прогибы от горизонтальных нагрузок.

Эта система получила название «Tube-A-Tube» («труба в трубе»). Наружную оболочку обычно выполняют в виде жесткой пространственной безраскосной решетки, элементами которой являются стальные или железобетонные колонны и поэтажные обвязочные балки. Колонны устанавливают, как правило, с малым шагом. При большом шаге колонн решетку усиливают раскосами или раскосными поясами, размещаемыми в два и более яруса по высоте здания. Иногда наружная оболочка образуется монолитными железобетонными стенами с проемами.

Примеры:

Ствольно-каркасная система здания фирмы БМВ, Мюнхен, Германия

Строительство здания проходило с 1968 по 1972 года и было построено как раз к началу Олимпийских игр, проходивших в городе. Архитектором стал австриец Карл Шванцер. 22-этажный небоскрёб высотой 101 метр был открыт 18 мая 1973 год. Внешне здание создано наподобие четырёхцилиндрового двигателя, а расположенный рядом музей изображает собой головку цилиндра. Все четыре «цилиндра» стоят не на земле, а на незаметном центральном основании. Диаметр здания 52,3 метра. Стоимость строительства 109 миллионов марок. По состоянию на 2013 год в здании работают около 1500 сотрудников.

Факты

На несущей крестовине вверху башни изначально планировалось расположить огромный корпоративный логотип, но архитектурное ведомство Мюнхена посчитало это слишком броским. Компания начала судебный процесс, и во время него, в начале Олимпиады, вывесила свои эмблемы, отпечатанные на полотне, так, чтобы их было видно с олимпийского стадиона. За это BMW была оштрафована на 110 тысяч марок. Лишь осенью 1973 года концерн получил разрешение вывесить свои логотипы со всех четырёх сторон

7. Крупнопанельные здания

При малопролетных перекрытиях рекомендуется применять перекрестно-стеновую конструктивную систему. Размеры конструктивных ячеек рекомендуется назначать из условия, чтобы плиты перекрытий опирались на стены по контуру или трем сторонам (двум длинным и одной короткой).

При среднепролетных перекрытиях могут применяться перекрестно-стеновая, поперечно-стеновая или продольно-стеновая конструктивные системы.

При перекрестно-стеновой конструктивной системе наружные стены рекомендуется проектировать несущими, а размеры конструктивных ячеек назначать так, чтобы каждая из них перекрывалась одной или двумя плитами перекрытий.

При поперечно-стеновой конструктивной системе наружные продольные стены проектируются ненесущими. В зданиях такой системы несущие поперечные стены рекомендуется проектировать сквозными на всю ширину здания, а внутренние продольные стены располагать так, чтобы они хотя бы попарно объединяли поперечные стены.

При продольно-стеновой конструктивной системе все наружные стены проектируются несущими. Шаг поперечных стен, являющихся поперечными диафрагмами жесткости, необходимо обосновывать расчетом и принимать не более 24 м.

В крупнопанельных зданиях для восприятия усилий, действующих в плоскости горизонтальных диафрагм жесткости, сборные железобетонные плиты перекрытия и покрытия рекомендуется соединять между собой не менее чем двумя связями вдоль каждой грани. Расстояние между связями рекомендуется принимать не более 3,6 м. Требуемое сечение связей назначается по расчету. Рекомендуется сечение связей принимать таким (рис. 6), чтобы они обеспечивали восприятие растягивающих усилий не менее следующих значений:

для связей, расположенных в перекрытиях вдоль длины протяженного в плане здания, - 15 кН (1,5 тс) на 1 м ширины здания;

для связей, расположенных в перекрытиях перпендикулярно длине протяженного в плане здания, а также связей зданий компактной формы, - 10 кН (1 тс) на 1 м длины здания.

Монолитное строительство

Как всё начиналось. История монолитного строительства

Древний Рим. Интересна история развития монолитного строительства. Первый и самый известный пример сооружения с использованием этого метода датируется 118-120 гг. н.э. В Риме сохранился замечательный памятник эпохи императора Адриана - храм всех богов - Пантеон (зодчий Аполлодор).

Россия. В начале XX века в связи с поиском новых форм были открыты новые возможности бетона, и традиционная эстетика архитектурной композиции заменилась иной эстетикой конструктивизма.

Новые технологии появились и в России, причем появились еще в XIX веке, благодаря строительству храмов и дворцов. В 1802 году армированный монолитный бетон был использован при устройстве перекрытий дворца в Царском селе (ныне - г. Пушкин). В 80-х годах XIX века в С.-Петербурге построили ряд зданий, в том числе здание Госбанка (наб. реки Фонтанки, 70-72), стены и перекрытия которых были выполнены из монолитного железобетона.

Начиная с конца 20-х годов в строительную практику внедряются различные монолитные конструкции: оболочки, купола, шатры и т.д. Так, в Москве были построены Центральный телеграф (ул. Тверская, 7 (1927-1929 гг.)), дом «Известий» на Пушкинской площади (1927-1929 гг.), здания министерств легкой промышленности и земледелия (ул. Садово-Спасская, д.11/1); в Ленинграде - Дом Советов (Московский проспект, 212). Универсальность монолитного строительства позволяла изменять привычные формы, создавая новый архитектурный облик страны.

В 1947 году было решено возвести небоскребы, ни в чем не уступающие американским образцам, а в идеале их превосходящие (задача едва ли не сходная с той, что была поставлена императором Адрианом при строительстве Пантеона).

До начала строительства высотных зданий в Москве отсутствовала практика возведения сооружений выше 10 этажей. Приходилось строить и проектировать параллельно. Нужно было также учитывать сложную геологию московских грунтов. Поэтому при всей схожести наших высоток с американскими небоскребами они значительно ниже своих прототипов.

Все «Семь сестер» были заложены в один день, 7 сентября 1947 года - в день восьмисотлетия Москвы: здание МГУ на Воробьевых горах (310 м), имеет сходство с фасадом правительственного здания в Манхэттене (Manhattan Municipal Building); гостиница «Украина» (200 м); жилой дом на Кудринской площади (156 м, напоминает Кливлендский небоскреб Терминал Тауэр (Terminal Tower)); жилой дом на Котельнической набережной (176 м); административно-жилое здание на площади Красных ворот (138 м); здание Министерства иностранных дел (172 м, есть сходство с Вулворт-билдинг в Манхэттене (Woolworth Building)) и гостиница «Ленинградская» (136 м, аналог здания суда в Манхэттене (Manhattan United States Courthouse)).

Перспективы. В монолитном домостроении прослеживаются два направления развития. Одно из них связано с массовым возведением ординарных зданий (преимущественно жилых), другое - нацелено на возведение уникальных сооружений. Первое направление охватывает огромный рынок жилья всех категорий. Спрос на качественное жилье растет, одновременно с этим растет потребность в разнообразных архитектурных решениях, создающих современный облик «спальных» районов. Сомнений быть не может: работы в этой области хватит на 100 лет.

Второе направление - это строительство по индивидуальным проектам целых комплексов, выполняющих роль градостроительных акцентов (примером может служить офисный центр «Москва-Сити»). (Марина Алазнели, пресс-служба «СВЕЗА»)

Сборные ж/б здания

Панелью называется плоскостной сборный элемент, применяемый для возведения стен и перегородок. Панель, высотой на этаж и длиной в плане не менее размера помещения, которое она ограждает или разделяет, называется крупной панелью, панели других размеров называются мелкими панелями.

Сборной плитой называется плоскостной элемент заводского изготовления, применяемый при возведении перекрытий, крыш и фундаментов.

Блоком называется самоустойчивый при монтаже сборный элемент преимущественно призматической формы, применяемый для возведения наружных и внутренних стен, фундаментов, устройства вентиляции и мусоропроводов, размещения электротехнического или санитарно-технического оборудования. Мелкие блоки устанавливают, как правило, вручную; крупные блоки - с помощью монтажных механизмов. Блоки могут быть сплошными и пустотелыми.

Крупные блоки бетонных зданий выполняются из тяжелого, легкого или ячеистого бетона. Для зданий высотой один-два этажа при предполагаемом сроке службы не более 25 лет могут применяться блоки из гипсобетона.

Объемным блоком называется предварительно изготовленная часть объема здания, огражденная со всех или некоторых сторон.

Объемные блоки могут проектироваться несущими, самонесущими и ненесущими.

Несущим называется объемный блок, на который опираются расположенные над ним объемные блоки, плиты перекрытия или другие несущие конструкции здания.

Самонесущим называется объемный блок, у которого плита перекрытия поэтажно опирается на несущие стены или другие вертикальные несущие конструкции здания (каркас, лестнично-лифтовой ствол) и участвует вместе с ними в обеспечении прочности, жесткости и устойчивости здания.

Ненесущим называется объемный блок, который устанавливается на перекрытие, передает на него нагрузки и не участвует в обеспечении прочности, жесткости и устойчивости здания (например, санитарно-техническая кабина, устанавливаемая на перекрытие).

Сборные здания со стенами из крупных панелей и перекрытиями из сборных плит называются крупнопанельными. Наряду с плоскостными сборными элементами в крупнопанельном здании могут применяться ненесущие и самонесущие объемные блоки.

Сборное здание со стенами из крупных блоков называется крупноблочным.

Сборное здание, выполненное из несущих объемных блоков и плоскостных сборных элементов, называется панельно-блочным.

Сборное здание, выполненное целиком из объемных блоков, называется объемно-блочным.

Унификация и индустриализация решений в многоэтажном гражданском строительстве

К настоящему времени создан Общесоюзный строительный Каталог типовых конструкций и изделий из различных материалов для зданий и сооружений всех видов строительства.

На основе и в развитие Общесоюзного созданы отраслевые и территориальные каталоги для жилищно-гражданского строительства, ориентированные на сложившиеся местные производственные и сырьевые базы. Всего в настоящее время в жилищно-гражданском строительстве используется свыше 130 каталогов. В стране создана мощная строительная индустрия. Столь грандиозная производственная база потребовала разработки новой системы открытой системы типизации. Смысл ее состоит в том, что объектом типизации являются не здания или их части, а строго выверенный ограниченный сортамент индустриальных изделий, из набора которых в различных комбинациях должны комплектоваться здания, разнообразные по объемно-планировочным решениям и архитектуре фасадов.

Эта принципиально новая система типизации в значительной мере реализована в методе Единого каталога унифицированных изделий для строительства в Москве (территориальный каталог ТК1-2). В его состав входят: панельные конструкции для строительства жилых зданий; каркасно-панельные конструкции (со сборным железобетонным унифицированным каркасом) для строительства гражданских и производственных зданий.

Основные положения Единого каталога: все размеры подчинены правилам модульной координации (МКРС); регламентированы правила привязки всех сборных изделий к координатным осям зданий; выявлены комбинаторики характерных архитектурно-конструктивных ситуаций; отобраны наиболее прогрессивные и экономичные виды конструкций; разработаны унифицированные узлы сопряжений конструктивных элементов; унифицированы нормативные нагрузки и ряд других параметров (теплофизических и т.п.); унифицированы ряды геометрических размеров пролетов, шагов, высот.

Геометрические параметры, принятые в качестве базы Единого каталога, подчинены определенным закономерностям, основанным на математических модульных рядах; в качестве основного принят модуль 0,6 м а в случае необходимости дополнительный модуль 0,3 м. На этом модульном ряде и основан каталог. Он содержит необходимую номенклатуру для строительства жилых домов с высотой этажа 2,8 м и с единым модульным рядом размеров в плане 1,2; 1,8; 2,4; ...; 6,6м (М = 0,6 м), общественных зданий с высотой этажа 3; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0 м, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 1,8; 2,4; 3; 3,6; 4,8; 6; 7,2; 9; 12; 15; 18; 24 м.

При составлении каталога предусмотрено осуществление различных конструктивных систем зданий: панельных с узким, широким и смешанным шагом поперечных несущих стен для жилых домов; каркасных с поперечным и продольным направлениями ригелей для жилых и общественных зданий и др. Этажность жилых домов предусматривается 9, 12, 16, 25 этажей, общественных до 30 этажей.

Каталог включает широкий набор изделий, обеспечивающий создание разнообразных архитектурно-планировочных и объемных структур зданий (дома с прямоугольной. конфигурацией, угловой, ступенчатой, со сдвижкой в плане, трилистник и т, п.).

Для Каталога выбраны наиболее рациональные экономические и вместе с тем перспективные конструкции и конструктивные схемы индустриальных панельных и каркасных жилых домов, общественных и производственных зданий.

Идея Единого каталога «от изделия к проекту» допускает и такие методы типового проектирования, как блок-секционный, блок-квартирный и др. В укрупненных объемно-планировочных элементах (КОПЭ) применены изделия и методы Единого каталога (см. ниже).

Монолитные и сборно-монолитные жилые здания рекомендуется проектировать на основе стеновых конструктивных систем. При технико-экономическом обосновании допускается применение ствольных и каркасно-ствольных конструктивных систем.

Для монолитных и сборно-монолитных зданий с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами рекомендуется применять перекрестно-стеновую конструктивную систему с несущими поперечными и продольными стенами, в том числе наружными. Монолитные и сборно-монолитные перекрытия рассматривают как защемленные по контуру.

Сборные перекрытия рассматривают как защемленные стенами и опертые по двум или трем сторонам.

Для сборно-монолитных зданий со сборными наружными стенами при наличии сквозных внутренних продольных стен рекомендуется принимать перекрестно-стеновую систему с ненесущими наружными стенами. При наличии отдельных продольных диафрагм жесткости применяется поперечно-стеновая конструктивная система, при которой перекрытия рассматриваются как защемленные стенами по двум противоположным сторонам.

Для сборно-монолитных зданий, с защемленными по двум сторонам монолитными перекрытиями, допускается применять поперечно-стеновую конструктивную систему с плоской рамой или радиальным расположением стен.

В зависимости от назначения и размеров помещений, располагаемых в первых этажах монолитных и сборно-монолитных зданий, может быть использована стеновая или каркасная конструктивные системы:

стеновые системы с полным совпадением осей нижних и верхних этажей;

стеновые системы с неполным (частичным) совпадением осей стен нижних и верхних этажей;

каркасные системы с полным совпадением осей каркаса нижних и стен верхних этажей;

каркасные системы с неполным (частичным) совпадением осей каркаса нижних и стен верхних этажей.

Стеновые системы с полным совпадением осей стен нижних и верхних этажей следует применять, если в нижних этажах жилых зданий размещаются предприятия, не требующие больших помещений.

Стеновые системы с неполным (частичным) совпадением осей стен нижних и верхних этажей целесообразно применять, если в нижних этажах расположены помещения больших размеров (пролет 9 м и более) и допускается наличие опор в виде пилонов, колонн сложного профиля, арок, стен, лестнично-лифтовых узлов.

Монолитные и сборно-монолитные здания по методу их возведения рекомендуется применять следующих типов :

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в скользящей опалубке (рис. 2, а) и монолитными перекрытиями, возводимыми в мелкощитовой опалубке методом "снизу вверх" (рис. 2, б), или в крупнощитовой опалубке перекрытий методом "сверху вниз" (рис. 2, в);

с монолитными внутренними и торцевыми наружными стенами, монолитными перекрытиями, возводимыми в объемно-переставной опалубке, извлекаемой на фасад (рис. 2, г), или в крупнощитовых опалубках стен и перекрытий (рис. 2, д). Наружные стены в этом случае выполняются монолитными в крупнощитовой и мелкощитовой опалубках после возведения внутренних стен и перекрытий (рис. 2, е) или из сборных панелей, крупных и мелких блоков кирпичной кладки;

с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами и монолитными внутренними стенами, возводимыми в переставных опалубках, извлекаемых вверх (крупнощитовой или крупнощитовой в сочетании с блочной) (рис. 2, ж, з). Перекрытия в этом случае выполняются сборными или сборно-монолитными с применением сборных плит-скорлуп, выполняющих роль несъемной опалубки;

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в объемно-передвижной опалубке (рис. 2, и) способом поярусного бетонирования, и сборными или монолитными перекрытиями;

с монолитными внутренними стенами, возводимыми в крупнощитовой опалубке стен. Перекрытия в этом случае выполняются из сборных или сборно-монолитных плит, наружные стены - из сборных панелей, крупных и мелких блоков, кирпичной кладки;

с монолитными ядрами жесткости, возводимыми в переставной или скользящей опалубке, сборными панелями стен и перекрытий;

Скользящей опалубкой называется опалубка, состоящая из щитов, закрепленных на домкратных рамах, рабочего пола, домкратов, насосных станций и других элементов, и предназначенная для возведения вертикальных стен зданий. Вся система элементов скользящей опалубки по мере бетонирования стен поднимается вверх домкратами с постоянной скоростью.

Мелкощитовой опалубкой называется опалубка, состоящая из наборов щитов площадью около 1 м2 и других элементов небольшого размера массой не более 50 кг. Допускается сборка щитов в укрупненные элементы, панели или пространственные блоки с минимальным числом доборных элементов.

Крупнощитовой опалубкой называется опалубка, состоящая из крупноразмерных щитов, элементов соединения и крепления. Щиты опалубки воспринимают все технологические нагрузки без установки доборных несущих и поддерживающих элементов и комплектуются подмостями, подкосами, регулировочными и установочными системами.

Объемно-передвижной опалубкой называется опалубка, представляющая собой систему вертикальных и горизонтальных щитов, шарнирно-объединенных в П-образную секцию, которая в свою очередь образуется путем соединения двух Г-образных полусекции и, в случае необходимости, вставкой щита перекрытия.

Объемно-передвижной опалубкой называется опалубка, представляющая собой систему из наружных щитов и складывающегося сердечника, перемещающегося поярусно по вертикали по четырем стойкам.

Блочной опалубкой называется опалубка, состоящая из системы вертикальных щитов и угловых элементов, шарнирно объединенных специальными элементами в пространственные блок-формы.

Каменные здания могут иметь стены из каменной кладки или из сборных элементов (блоков или панелей).

Каменная кладка выполняется из кирпича, пустотелых керамических и бетонных камней (из естественных или искусственных материалов), а также облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем, засыпкой из пористых заполнителей или вспениваемых в полости кладки полимерных композиций.

Крупные блоки каменных зданий выполняются из кирпича, керамических блоков и из природного камня (пиленого или чистой тески).

Панели каменных зданий выполняются из виброкирпичной кладки или керамических блоков. Панели наружных стен могут иметь слой из плитного утеплителя.

Конструктивная система	Расстояние между температурно- усадочными швами, м, при перекрытиях
Конструктивная система		монолитных	сборных
Перекрестно-стеновая с несущими наружными и внутренними стенами, продольно-стеновая
Перекрестно-стеновая с ненесущими наружными стенами, поперечно-стеновая с отдельными продольными диафрагмами
Поперечно-стеновая без продольных диафрагм

Стены из монолитного бетона

Наружные и внутренние стены из монолитного бетона при применении переставных опалубок возводятся одновременно или последовательно (сначала внутренние стены, а затем наружные или наоборот).

Для возведения несущих стен из монолитного бетона рекомендуется применять тяжелые бетоны класса не ниже В7,5 и легкие бетоны класса не ниже В5. В зданиях высотой четыре и менее этажей допускается в несущих стенах применять легкие бетоны класса В3,5. Для внутренних стен плотность легких бетонов должна быть не ниже 1700 кг/м3.

Монолитные однослойные наружные стены рекомендуется проектировать из легкого бетона плотной структуры. При межзерновой пористости бетона не более 3 % и класса бетона не ниже В3,5 в нормальной и сухой по влажности зонах допускается наружные стены проектировать без защитно-декоративного слоя. Наружные легкобетонные стены без защитно-декоративного слоя следует окрашивать гидрофобными составами.

Наружные однослойные стены рекомендуется проектировать из легких бетонов с плотностью не более 1400 кг/м3. При технико-экономическом обосновании в однослойных наружных стенах допускается применять легкие бетоны плотностью более 1400 кг/м3.

Слоистые наружные стены можно проектировать из двух или трех основных слоев. Двухслойные наружные стены могут иметь утепляющий слой с наружной или внутренней стороны. В трехслойных наружных стенах утепляющий слой располагается между бетонными слоями.

Двухслойные наружные стены с утеплителем с наружной стороны могут быть монолитными и сборно-монолитными.

Монолитные стены возводят в два этапа. На первом этапе в переставных опалубках из тяжелого бетона возводят внутренний слой стены, на втором - наружный слой из теплоизоляционного легкого монолитного бетона.

Сборно-монолитная стена состоит из внутреннего монолитного слоя, выполняемого из тяжелого бетона, и наружного слоя - из сборных элементов.

Двухслойная наружная стена с утеплением с внутренней стороны состоит из наружного монолитного бетонного слоя, внутреннего утепляющего слоя - из газобетонных блоков толщиной не более 5 см или из жестких плитных утеплителей (например, из пенополистирола) толщиной не более 3 см и внутреннего отделочного слоя (рис. 26, а).

Ограничение толщин утепляющих слоев связано с обеспечением нормального тепловлажностного режима стен.

Тяжелый бетон целесообразно применять при расчетных зимних температурах, не превышающих минус 7°С. В остальных случаях необходимо применять легкие бетоны.

сначала на внутреннем щите опалубки укладывают слой утеплителя, затем опалубку собирают и бетонируют слой из монолитного бетона. При этом можно применять некалиброванные по толщине плиты утеплителя;

плиты утеплителя устанавливают после бетонирования стен.

При этом необходимо применять калиброванные по толщине плиты утеплителя.

При проектировании двухслойных стен с утеплителем с внутренней стороны следует учитывать, что возведение таких стен проще, чем стен с утеплителем с наружной стороны, но их применение ограничивается условием отсутствия точки росы в пределах толщины утепляющего слоя.

Трехслойные наружные стены рекомендуется проектировать сборно-монолитными, состоящими из внутреннего несущего слоя монолитного тяжелого бетона и утепленной сборной панели-скорлупы, устанавливаемой с наружной стороны. Панель-скорлупу можно устанавливать до и после возведения монолитной части стены (рис. 26, б).

Допускается трехслойные наружные стены проектировать с наружными и внутренними слоями из монолитного бетона и утепляющим слоем из жестких плитных утеплителей (рис. 26, в).

Монолитные здания определение по СНиП 2.08.01.-85

Монолитные и сборно-монолитные здания по методу их возведения рекомендуется применять следующих типов:

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в скользящей опалубке и монолитными перекрытиями, возводимыми в мелкощитовой опалубке методом «снизу-вверх», или в крупнощитовой опалубке перекрытий методом «сверху-вниз» ;

с монолитными внутренними и торцевыми наружными стенами, монолитными перекрытиями, возводимыми в объемно-переставной опалубке , извлекаемой на фасад, или в крупнощитовых опалубках стен и перекрытий . Наружные стены в этом случае выполняются монолитными в крупнощитовой и мелкощитовой опалубках после возведения внутренних стен и перекрытий или из сборных панелей, крупных и мелких блоков кирпичной кладки;

с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами и монолитными внутренними стенами, возводимыми в переставных опалубках, извлекаемых вверх (крупнощитовой или крупнощитовой в сочетании с блочной). Перекрытия в этом случае выполняются сборными или сборно-монолитными с применением сборных плит - скорлуп, выполняющих роль несъемной опалубки;

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в объемно- передвижной опалубке способом поярусного бетонирования , и сборными или монолитными перекрытиями;

с монолитными внутренними стенами, возводимыми в крупно-щитовой опалубке стен . Перекрытия в этом случае выполняются из сборных или сборно-монолитных плит, наружные стены - из сборных панелей, крупных и мелких блоков, кирпичной кладки;

с монолитными ядрами жесткости , возводимыми в переставной или скользящей опалубке, сборными панелями стен и перекрытий;

с монолитными ядрами жесткости, сборными колоннами каркаса, сборными панелями наружных стен и перекрытиями, возводимыми методом подъема.

Монолитные здания

Несущая КС монолитного железобетонного здания состоит из фундамента, опирающихся на него вертикальных несущих элементов (колонн и стен) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных элементов (плит перекрытий и покрытия).

В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на (рис. 5.1, а, б, в):

Колонные, где основным несущим вертикальным элементом являются колонны;

Стеновые, где основным несущим элементом являются стены;

Колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

Фрагменты планов зданий:

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 стены

Нижние этажи часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

В зависимости от инженерно-геологических условий, нагрузок и проектного задания фундаменты выполняют в виде отдельных плит переменной толщины под колонны (рис. 5.2, а), ленточных плит под колонны и стену (рис. 5.2, б) и общей фундаментной плиты по всей площади конструктивной системы (рис. 5.2, в). При большой толщине плит применяют более экономичные, чем сплошные, ребристые и коробчатые плиты (рис. 5.2, г, д). При слабых грунтах устраивают свайные фундаменты.

Прямоугольные колонны (пилоны) с вытянутым поперечным сечением имеют соотношения b/а<4 или hэт/b>4. Более вытянутые в плане колонны следует относить к стенам.

Безбалочные перекрытия: а - гладкая плита; 6 - плита с капителями

В многоэтажных зданиях наиболее часто применяют смешанные колонно-стеновые КС.

Несущую конструктивную систему рекомендуется проектировать таким образом, чтобы вертикальные несущие элементы (колонны, стены) располагались от фундамента один над другим по высоте здания, т.е. были соосными. В тех случаях, когда колонны и стены не выполняются по одной оси, под «висячими» колоннами и стенами следует предусматривать устройство ребер жесткости и балок-стенок.

Конструктивную систему зданий рекомендуется разделять осадочными швами при различной высоте здания, а также в зависимости от длины здания - температурно-усадочными швами. Требуемые расстояния между температурно-усадочными швами по длине здания следует устанавливать расчетом. На период строительства возможно устройство временных деформационных швов, которые потом ликвидируются.

Современные системы остекления фасадов

Перенос тепла в светопрозрачных ограждающих конструкциях может происходить с помощью излучения, конвекции и теплопроводности. Изменить теплозащитные свойства можно путём влияния на эти составляющие теплообмена.

Существует несколько способов влияния на тепловые характеристики оконных конструкций:

─ увеличение количества слоев остекления, что недостаточно эффективно, так

как снижает проникновение видимого света через оконные конструкции;

─ изменение толщины зазора между стелами стеклопакета (термическое сопро-тивление воздушной прослойки постепенно увеличивается до определенной толщины, а затем практически не изменяется);

─ применение заполнения межстекольного пространства различными газами

или газовыми смесями (сегодня воздух заменяют на газы: аргон, криптон, ксенон или образующиеся в комбинации с воздухом газовой смеси; при замене воздуха аргоном термическое сопротивление прослойки увеличивается на 10%);

─ применение вакуумных стеклопакетов (конструкция вакуумного стеклопакета

представляет собой два листа стекла, спаянные между собой с небольшим зазором.

Такая конструкция обладает высокой прочностью. Применение специальных стекол с низкоэмиссионным теплоотражающим покрытием для влияния на лучистую составляющую теплообмена и совместное применение покрытия и газового заполнения (при использовании теплоотражающих покрытий происходит существенное уменьшение количества тепловой энергии, теряемой в виде инфракрасного излучения через поверхность оконного стекла, пропускающего видимые и отражающие инфракрасное излучение. За счет снижения величины лучистой составляющей теплообмена теплопотери через окна существенно снижаются, однако теплоотражающие покрытия уменьшают коэффициент пропускания света через окна. В качестве теплоотражающих покрытий широко используются покрытия на основе различных металлов: серебра, золота, меди с системой просветляющих окислов, полупроводниковых оксидов олова и индия); использование электронагреваемого остекления (обогрев либо поверхности стекла, либо воздушного пространства между стеклами стеклопакета.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
9749.		Разработка внешней молниезащитной системы для комплекса из двух зданий, с помощью двойного стержневого молниеотвода	97.3 KB
	Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства.
229.		СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ РАМ	10.96 KB
	Рамные конструкции СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ РАМ Рамы представляют собой плоские конструкции состоящие из прямолинейных ломаных или криволинейных пролетных элементов называемых ригелями рамы и жестко связанных с ними вертикальных или наклонных элементов называемых стойками рамы. Такие рамы целесообразно проектировать при пролетах более 60 м однако они могут успешно конкурировать с фермами и балками при пролетах 24 60 м. В статическом отношении рамы могут быть трехшарнирными двухшарнирными и бесшарнирными рис. Трехшарнирные...
2375.		ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ	1.05 MB
	Определенные особенности связаны лишь с устройством слоев непосредственно контактирующих с прослойкой и введением дополнительной операции по укладке геосетки. Последняя операция ввиду технологичности геосетки удобной формой их поставки не сдерживает строительный поток. В связи с этим принимаемая длина захватки не связана обычно с укладкой геосетки но желательно соблюдать кратность длины захватки длине материала в рулоне. Армирование асфальтобетонных покрытий рекомендуется производить путем устройства прослойки из геосетки ССНПХАЙВЕЙ...
7184.		СХЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ	37.41 KB
	В начальной стадии развития централизованного теплоснабжения им были охвачены только существующие капитальные и отдельно строящиеся здания в зонах действия источника тепла. Подача тепла потребителям осуществлялась через тепловые вводы предусматриваемые в помещениях домовых котельных. В дальнейшем с развитием централизованного теплоснабжения особенно в районах нового строительства резко возросло количество абонентов присоединяемых к одному источнику тепла. Появилось значительное количество как ЦТП так и МТП у одного источника тепла в...
230.		СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ АРОК	9.55 KB
	По статической схеме арки подразделяют на трехшарнирные двухшарнирные и бесшарнирные рис. Двухшарнирные арки менее чувствительны к температурным и деформационным воздействиям чем бесшарнирные и обладают большей жесткостью чем трехшарнирные арки. Двухшарнирные арки достаточно экономичны по расходу материала просты в изготовлении и монтаже и благодаря этим качествам находят преимущественное применение в зданиях и сооружениях. В арках загруженных равномерно распределенной...
2261.		КОНСТРУКТИВНЫЕ И СИЛОВЫЕ СХЕМЫ НАЗЕМНЫХ ГТД	908.48 KB
	Одновальные ГТД Одновальная схема является классической для наземных ГТД и применяется во всем диапазоне мощности от 30 кВт до 350 МВт. По одновальной схеме могут быть выполнены ГТД простого и сложного циклов в том числе и парогазовые установки ПГУ. Конструктивно одновальный наземный ГТД аналогичен одновальным авиационным ТВД и вертолетным ГТД и включает компрессор КС и турбину рис.
2191.		КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ	1.05 MB
	Опоры воздушных линий связи должны обладать достаточной механической прочностью сравнительно продолжительным сроком службы быть относительно легкими транспортабельными и экономичными. До последнего времени на воздушных линиях связи применялись опоры из деревянных столбов. Затем начали широко применяться железобетонные опоры.
20041.		Электроснабжение гражданских зданий	221.94 KB
	Электроснабжение - неотъемлемая часть жизни каждого человека, ведь без электроэнергии остановится жизнь в каждом доме, в каждой городской квартире, немыслимо функционирование ни одного государственного учреждения – больниц, почты, детских садов, школ и университетов, гигантских заводов. Электроснабжение в жизни каждого из нас занимает очень важное место, но доверить его можно только профессионалам.
6729.		Основы обследования зданий и сооружений	13.02 KB
	Основы обследования зданий и сооружений Основные положения Надежность свойство конструкции или элемента конструкции выполнять заданные требования в течение всего проектного строка службы для которого они были сконструированы при этом сохраняя свои эксплуатационные показатели. Дефект каждое отдельное несоответствие строительной конструкции элементов и деталей требованиям установленным нормативно-технической документацией. Деформация изменения формы и размеров конструкции изменение устойчивости осадка сдвиг крен и др. Неисправность...
6744.		Методика проведения обследования зданий и сооружений	13.91 KB
	Методика проведения обследования зданий и сооружений Мониторинг строительных конструкций зданий и сооружений предполагает систематическое проведение циклов наблюдения оценки и прогноза их технического состояния для своевременного принятия мер по обеспечению предотвращения чрезвычайных ситуацій ЧС.; периодические обследования зданий и их конструкций в процессе плановых и внеочередных осмотров а также в ходе сплошного технического обследования жилищного фонда; техническое обследование зданий для проектирования капитального ремонта...

Выбор той или иной конструктивной схемы здания зависит от его этажности, объемно-планировочной структуры, наличия стройматериалов и базы стройндустрии.

Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций – продольному, поперечному или др.

В каркасных зданиях применяют три конструктивные схемы (рис.3.4):

С продольным расположением ригелей;

С поперечным расположением ригелей;

Безригельная.

Каркас с продольным расположением ригеля применяют в жилых домах квартирного типа и массовых общественных зданиях сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.

Каркас с поперечным расположением ригеля применяют в многоэтажных зданиях с регулярной планировочной структурой

Рис. 3.4. Конструктивные схемы каркасных зданий:

а – с продольным расположением ригеля; б – с поперечным; в –

безригельная.

(общежития, гостиницы), совмещая шаг поперечных перегородок с шагом несущих конструкций.

Безригельный (безбалочный) каркас, в основном используют в многоэтажных промышленных зданиях, реже в общественных и жилых, в связи с отсутствием соответствующей производственной базы в сборном жилищном строительстве и относительно малой экономичностью такой схемы.

Преимущество безригельного каркаса используется в жилых и общественных зданиях при их возведении в сборно-монолитных конструкциях методом подъема перекрытий или этажей. При этом имеется возможность произвольной установки колонн в плане здания: их размещение определяется только статическими и архитектурными требованиями и может не подчиняться закономерностям модульной координации шагов и пролетов.

Варианты каркасной конструктивной схемы представлены на рис.3.5.

Рис.3.5.Варианты каркасной конструктивной схемы:

А – с полным; Б – с неполным; В – с безригельным каркасом; 1 – полный каркас с продольным расположением ригелей; 2 – то же, с поперечным; 3 – полный каркас с продольным расположением ригелей колонн (только у наружных стен) и большепролетными перекрытиями; 4 – неполный продольный каркас; 5 – то же, поперечный; 6 – безригельный каркас; К – колонна; Р – ригель; Дж – вертикальная диафрагма жесткости; НП – настил перекрытия, НР – настил-распорка; I – несущие стены; II – ненесущие стены.

При проектировании зданий наиболее распространенной бескаркасной системы используют следующие пять конструктивных схем (рис.3.6):

схема I – с перекрестным расположением внутренних несущих стен при малом шаге поперечных стен (3; 3,6 и 4,2 м). Применяют в проектировании многоэтажных зданий, в зданиях, строящихся в сложных грунтовых и в сейсмических условиях. Конструкции сборных перекрытий, применяемые в массовом строительстве, в зависимости от величины перекрываемого пролета условно делят на перекрытия малого (2,4-4,5 м) и большого (6-7,2 м). ;

Рис.3.6. Конструктивные схемы бескаркасных зданий:

I – перекрестно-стеновая; II и III – поперечно-стеновые; IV и V – продольно-стеновые; А – варианты с ненесущими или самонесущими продольными наружными стенами; Б – то же, с несущими; а – план стен; б – план перекрытий.

схема II – с чередующимися размерами (большим и малым) шага поперечных несущих стен и отдельными продольными стенами жесткости (схема со смешанным шагом стен). Схемы I-II позволяют более разнообразно решать планировку жилых зданий, размещать встроенные нежилые помещения в первых этажах, обеспечивают удовлетворительные планировочные решения детских учреждений и школ;

схема III – с редко расположенными поперечными несущими стенами и отдельными продольными стенами жесткости (с большим шагом стен). Имеет преимущества при применении полносборных конструкций;

схема IV – с продольными наружными и внутренними несущими стенами и редко расположенными поперечными стенами – диафрагмами жесткости (через 25-40). Применяют при проектировании жилых и общественных зданий малой, средней и повышенной этажности с каменными и крупноблочными конструкциями. В панельном строительстве применяют редко;

схема V - с продольными наружными несущими стенами и редко расположенными поперечными диафрагмами жесткости. Применяют в экспериментальном проектировании и строительстве жилых домов высотой 9-10 этажей. Обеспечивает свободу планировки квартир.