Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Применение стальных конструкций в зданиях повышенной этажности (16—30 этажей) и в высотных зданиях (более 30 этажей) объясняется преимуществами, которые имеет сталь как материал и как способ строительства: возможность проектирования большего шага колонн при их минимальном поперечном сечении; высокая несущая способность каркаса при малой собственной массе; достижение максимальной гибкости планировки прн высоком коэффициенте использования объема здания; индустриальность строительства из элементов полной заводской готовности, снижающая сроки возведения зданий; отсутствие мокрых процессов на монтаже; возможность трансформации несущего каркаса D процессе эксплуатации применительно к новым условиям технологии; возможность демонтажа здания после истечения срока службы.

Элементами каркаса являются колонны, балки перекрытий (ригели), вертикальные связи жесткости и горизонтальные диски перекрытий, включающие плиту перекрытия. Каркасы высотных зданий и зданий повышенной этажности воспринимают и передают на фундамент все вертикальные и горизонтальные нагрузки. С увеличением высоты здания наиболее опасным воздействием становится горизонтальная нагрузка от ветра, поэтому современная классификация каркасов многоэтажных зданий связана со способом восприятия горизонтальных нагрузок

В зданиях до 20 этажей наибольшее распространение получила связевая схема с податливыми узловыми соединениями ( 121, а). Она имеет целый ряд преимуществ перед остальными схемами, главными из которых являются простота сопряжения балок с колоннами и меньшая трудоемкость возведения. Горизонтальная жесткость обеспечивается вертикальными связями, устанавливаемыми, как правило, во всех поперечных и продольных плоскостях рам. Вертикальные связи вы-, полняют в виде раскосной, полураскосной или крестовой решетки, расположенной в одном пролете рамы снизу доверху ( 122). Предпочтение следует отда вать полураскосной схеме, имеющей наименьшую длину связевых элементов и уменьшающей пролет главных балок, а следовательно, снижающей расход материала.

При увеличении этажности до 30—50 этажей применяют рамные, когда по условиям эксплуатации в каркасе невозможно   разместить   связи,   и комбинированные рамно-связевые схемы. Для увеличения горизонтальной жесткости в, связевых пролетах путем заполнения их бетоном создают диафрагмы жесткости или устраивают коробчатое железобетонное ядро, используемое одновременно в качестве вертикальной коммуникационной шахты. Дальнейшее увеличение жесткости в таких схемах достигается устройством в двух или более ярусах по высоте решетчатых жестких ростверков

При количестве этажей более 60 применяют бескаркасные схемы с поперечными несущими стенами, выполняющими роль диафрагм жесткости (см.  121,5, е). Совместная работа поперечных стен при действии горизонтальных нагрузок обеспечивается дисками перекрытий, стеновым заполнением и системой горизонтальных и вертикальных связей, лежащих в плоскости наружных и внутренних стен. Такие схемы предполагают применение монолитных железобетонных стен с жестким армированием (из прокатных профилей).

Для облегчения    высотных зданий и повышения их жесткости используют коробчатые (оболочковые) схемы, с внутренним каркасом и коробчатые многосекционные схемы

Особенность этих конструктивных схем в том, что горизонтальные нагрузки воспринимаются развитым поперечным сечением коробки наружных стен, а вертикальные — внутренними элементами каркаса. Благодаря этому коробчатые схемы обладают повышенной сопротивляемостью горизонтальным воздействиям.

В отличие от схем с несущими поперечными стенами, в коробчатых системах стена решается в виде жесткой пространственной решетки безраскосного типа. Это позволяет устраивать остеклённым весь периметр здания. Наибольшей горизонтальной жесткостью обладает коробчатая система с пространственной раскосной решеткой, лежащей в плоскости наружного ограждения

В большинстве случаев высотные здания проектируют башенного типа; в этом случае они играют роль архитектурных доминант городской застройки. Независимо от формы в плане длину башен проектируют 15— 60 м, а ширину 15—30 м.

Распространенные типы поперечных сечений колонн: двутавровые, прямоугольные и квадратные коробчатого профиля, крестообразные, трубчатые, а также комбинированные профили из набора -уголков или толстолистовой стали ( 123). Наибольшее применение имеют двутавровые сечения, требующие минимальной трудоемкости каркаса при монтаже ( 123, а).

Прямоугольные сечения часто применяют для несущих решетчатых стен в коробчатых (оболочковых) схемах, причем габариты таких сечений в плоскости стены 30—150 см, а из плоскости 20—60 см. Для внутренних колонн каркаса, к которым примыкают перегородки, удобными являются крестообразные сечения, позволяющие спрятать колонну в толщину перегородок ( 123,6).

В последнее время для высотных зданий используют комбинированные профили ( 123, е, ж), обеспечивающие максимальную несущую способность сечения при минимальных габаритных размерах. Для балок используют главным образом двутавровые, швеллерные и коробчатые сечения, развитые по высоте ( 124). С целью экономии стали составные сварные балки двутаврового сечения могут быть переменной высоты, соответствующей изменению эпюры изгибающих моментов. Балки образуют балочную клетку, основы проектирования которой изложены в гл. 3.

Строительную высоту междуэтажного перекрытия по экономическим соображениям ограничивают размерами 350—400 мм. Для этого высоту главных балок принимают ниже оптимального значения, задаваясь отношением ft// = l/10—1/18. В высотных зданиях коробчатой (оболочковой) схемы ввиду большого пролета несущая конструкция междуэтажного перекрытия может быть выполнена из перекрестных балок или ферм ( 196, 209), работающих в двух или более направлениях в зависимости от формы плана здания.

В связевых, рамных и рамно-связевых каркасах, получивших преимущественное распространение в стране, наружные стены выполняют навесными в виде однослойных панелей из легкого бетона либо многослойными с наружным и внутренним слоями из профилированной стали или алюминиевого сплава и средним слоем из легкого эффективного утеплителя. В коробчатых системах стены проектируют несущими решетчатыми, состоящими из двутавровых или коробчатого сечения колонн и обвязочных балок. Шаг колонн в таких стенах не превышает 3 м.

В качестве ограждающих   конструкций   перекрытий применяют монолитные перекрытия по стальному профилированному настилу или железобетонные плиты по стальным балкам. Пролеты   перекрытий по стальному настилу, как правило, не превышают 3 м, а по стальным балкам — 6 м.  При больших пролетах устраиваю ребристые железобетонные плиты