Конструктивная схема каркасных зданий
В зависимости от вида несущего остова различают две основны конструктивные схемы зданий и сооружений — каркасную и бескаркасную.
Каркасные здания и сооружения делят на полнокаркасные и неполнокаркасные.
В полнокаркасных зданиях все нагрузки передаются на каркас, т. е. на систему связанных между собой вертикальных колонн и горизонтальных балок (ригелей). В этих зданиях колонны каркаса располагают как по периметру наружных стен, так и внутри здания.
Полнокаркасные здания и сооружения проектируют главным образом в случаях, когда имеют место значительные нагрузки (тяжелое технологическое оборудование, мостовые краны). Промышленные здания, как одноэтажные, так и многоэтажные, проектируют преимущественно с полным каркасом.
Рис. 1. Конструктивные схемы каркасных зданий: а — с продольным расположением ригелей; б — то же, с поперечным; в — то же, с перекрестным; г — безригельное решение
В индустриальном строительстве в основном используются железобетонные каркасы, поскольку металлические каркасы имеют ограничения по огнестойкости и теплопроводности. Рассмотрим узлы каркасов, в которых восприятие горизонтальных усилий и общая устойчивость конструктивной системы обеспечиваются рамами двух направлений (рис. 1, в). Указанное обстоятельство требует решения узлов соединения колонны и ригеля (распорной плиты) как жестких, способных воспринимать возникающие в несущей системе опорные моменты ригелей.
Элементы и узлы рамной системы трудно поддаются унификации, что связано со значительным изменением внутренних усилий по высоте каркаса. Вместе с тем рамная система обеспечивает равномерную передачу нагрузок на фундамент и хорошо согласуется с архитектурно-планировочными требованиями.
Элементы рамных каркасов те же, что и связевых (кроме диафрагм жесткости, которые в рамных каркасах не применяются), но у них иное конструктивное решение, связанное с восприятием ригелями значительных опорных моментов и участием колонн в восприятии горизонтальных нагрузок и моментов защемления ригелей. Рамные каркасы применяются для формирования несущей системы зданий различного назначения (торговых, производственных, учебных, лечебных и т. д.), в которых по каким-либо причинам затруднено устройство вертикальных диафрагм жесткости (требуются большие свободные пространства), а также для зданий, строящихся в сейсмических районах (при необходимости иметь относительно гибкую несущую систему, способную воспринимать динамические нагрузки).
Рис. 2. Каркасы с нарезкой на нелинейные элементы: а – типы нелинейных элементов; б – формирование несущего остова сооружения из Н-образных элементов; в – формирование несущей системы из крестообразных элементов
Но видам разрезки на конструктивные элементы рамные каркасы подразделяют на каркасы с нелинейной и линейной разрезкой (разрезка аналогична принятой в связевых каркасах); по типу применяемых сборных железобетонных элементов и способов формирования несущей системы — на предварительно напряженные (в процессе строительства) и ненапряженные; по условиям замоноличивания конструкций — на сборные и сборно-монолитные.
 |
 |
| Рис. 3. Узлы соединения ригелей продольного и поперечного направлений с колонной: а- с плоскими ригелями; б – с ригелями таврового профиля | Рис. 4. Стык крестообразных элементов двух направлений: 1 – крестообразные элементы; 2 – ригеля с перпендикулярным направлением; 3 – настил; 4 – стык крестообразных элементов; 5 – стык крестообразных элементов перпендикулярного направления |
В каркасах с нелинейными элементами последние выполняют высотой в этаж при длине элемента до 12 м. Стыки элементов каркаса решаются с применением сварки арматурных выпусков с последующим замоноличиванием. Каркасы с нелинейной разрезкой собирают из различных по форме элементов, которые образуют поперечные рамы. В продольном направлении рамы соединяют ригелями таврового (высотой 45… 60 см) или прямоугольного поперечного сечения (высотой 25…45 см).
К каркасам с нелинейной разрезкой относятся каркасы из крестообразных элементов, образующих трехпролетные рамы (с пролетами 4,2+4,2+4,2 м) с шагом 6,4 м в продольном направлении, и соединяемые продольными ригелями. Стык стоек крестообразных элементов располагается посередине высоты этажа, а ригелей — в середине пролетов поперечных рам.
 |
 |
|
Рис.5. Стык колонны с ригелями и панелями вставками для малоэтажного строительства: 1 – колонна; 2 – балка основная; 3 – межколонная панель-вставка |
Рис. 6. Стык колонны с ригелями увеличенных сечений в двух направлениях: а – стык ригеля основного направления с колонной; б — стык ригеля перпендикулярного направления с колонной; 1- колонна; 2 – ригель основного направления с колонной; 3 — ригель перпендикулярного направления с колонной |
Для зданий малой этажности (до 4 этажей) применяют полносборный рамный каркас линейной разрезки, включающий колонны на всю высоту здания и однопролетные балки. Жесткость каркаса в основном направлении обеспечивается жесткостью узла соединения колонны с, ригелями; в перпендикулярном направлении — конструкцией стыка колонны с межколонной панелью-вставкой или жесткостью стыка колонны с ригелем второго направления.
К каркасам с линейной разрезкой относится также каркас с увеличенным (против аналогичного связевого каркаса) сечением колонн и ригелей, имеющий узел сопряжения основных конструктивных элементов.
Для использования бортоснастки для производства элементов конструктивной системы связевого каркаса для создания рамного (с линейными элементами) применяют жесткий стык ригеля с колонной. В этом узле усилие растяжения воспринимается арматурой из стали класса А-Ш, состоящей из трех пар стержней (диаметром 36 мм), соединяемых при монтаже ванной сваркой.
 |
 |
|
Рис. 7. Стык ригеля с колонной со сваркой выпусков араматуры и ригеля колонны: 1 – накладная пластина соединения в нижней зоне стыка; 2 – сварной шов; 3 – сварка спаренные арматурных выпусков: 4 – колонна; 5- ригель |
Рис. 8. Преднапряженный узел поперечной рамы каркаса: 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – напрягаемая арматура; 4 – зона замоноличивания |
Для передачи сжимающего усилия от опорного момента к стальным закладным деталям консоли колонны и ригеля приваривают стальные накладки, упирающиеся в торец консоли.
При этом сечение накладок подбирается исходя из предположения, что усилие сжатия передается по центру сечения накладок. В предварительно напряженных каркасах из линейных элементов соединение ригеля с колонной выполняется с помощью «скользящих» стыков (без закладных деталей и выпусков арматуры) путем натяжения (на бетон) арматуры, располагаемой в открытых каналах с последующим их замоноличиванием.
Аналогично осуществляется поперечное соединение панелей перекрытия с помощью арматуры, расположенной поверху конструкции с анкеровкой в середине пролетов.
В зданиях и сооружениях с неполным каркасом (внутренним) все возникающие в них нагрузки передаются на внутренний каркас и наружные стены. Неполный каркас чаще проектируют для жилых и общественных гражданских зданий. В зданиях с полным и неполным каркасом ригели могут иметь продольное, поперечное или перекрестное расположение.
Рис. 9. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольным расположением ригелей; б — то же, с поперечным; в — безригельное решение
В бескаркасных зданиях и сооружениях (рис. 9) все нагрузки от перекрытий и крыши воспринимаются стенами. Несущими могут быть стены: наружные и внутренние, продольные и поперечные, а также одновременно продольные и поперечные. Наиболее эффективной конструктивной схемой бескаркасных зданий является схема зданий с внутренними поперечными несущими стенами. Эта схема наиболее распространена в крупнопанельном домостроении.
По долговечности ограждающих конструкций здания подразделяют на три степени: I; II и III. К I степени относятся здания со сроком службы не менее 100 лет, ко II — со сроком службы не менее 50 лет, к III — со сроком службы не менее 20 лет. По капитальности здания делят на четыре класса: I, II, III и IV. К I классу относятся здания, к которым предъявляются повышенные требования, а к IV — здания, удовлетворяющие минимальным требованиям. Капитальность зданий определяется исходя из совокупности требований к огнестойкости, долговечности основных конструктивных элементов, а также эксплуатационных качеств здания (внутренняя отделка, техническое оборудование, планировка).
В зависимости от качественных показателей здания различных конструктивных схем подразделяют на степени или классы. К важнейшим качественным показателям относятся: огнестойкость, долговечность, капитальность. По огнестойкости здания делятся на пять степеней: I, II, III, IV, V. К I, II и III степеням относятся каменные оштукатуренные.
Читать по теме:
