ТехЛиб СПБ УВТ

Конструктивная система здания – это совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания обеспечивающая его прочность, жесткость и устойчивость.

Несущие конструкции здания. Состоят из горизонтальных и вертикальных  элементов. Горизонтальные элементы покрытия и перекрытия воспринимают вертикальные и горизонтальные  нагрузки. Они являются горизонтальные  диафрагмами жесткости и передают горизонтальные нагрузки на вертикальные конструкции либо на все равномерно или на отдельно взятые вертикальные диафрагмы жесткости: ветровые связи или стволы жесткости.

Для равномерного перераспределения горизонтальных нагрузок и совместных горизонтальных перемещений сопряжение горизонтальных  и вертикальных  конструкций  делают жестким.

Вид несущих конструкций определяет  тип конструктивной системы.

Вертикальные несущие конструкции:

На основе этих несущих конструкции создано 5 видов конструктивных систем:

Конструктивной схемой здания называют систему вертикальных (стены, столбы) и горизонтальных (перекрытия, покрытия) элементов, которые воспринимают все нагрузки на здание и обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость зданию.

В зависимости от вида несущего остова различают две основные конструктивные схемы зданий – с несущими стенами и каркасную. В зданиях с несущими стенами нагрузку от перекрытий и крыши воспринимают стены: продольные, поперечные или одновременно те и другие. В каркасных зданиях все нагрузки передаются на каркас, т.е. на систему связанных между собой вертикальных колонн и горизонтальных балок, называемых прогонами или ригелями. Если колонны каркаса как по периметру наружных стен, так и внутри здания, такой каркас называют полным.

Помимо схем с несущими стенами и каркасной, возможна также схема с несущими наружными стенами и внутренним каркасом, колонны и столбы которого заменяют внутренние несущие стены. В этом случае каркас называют  неполным.

Строительные системы зданий

Строительная система – комплексная характеристика конструктивного решения зданий по материалу и технологии возведения основных несущих конструкций.

Классификация:

Строительные системы зданий с несущими стенами из кирпича и мелких блоков из керамики бывают традиционные и полносборные. Традиционная обладает существенными архитектурными преимуществами. Благодаря малым размерам основного конструктивного элемента стены (кирпича, камня) эта система позволяет проектировать здания любой формы с различными высотами этажей и разнообразными по форме и размерам проемами. Конструкции зданий надежны в эксплуатации – они огнестойки, долговечны и теплоустойчивы. Вместе с тем ручная кладка стен является причиной основных технических и экономических недостатков каменных зданий: трудоемкости возведения и нестабильности прочностных характеристик кладки, подверженных влиянию сезона возведения и квалификации каменщика.

Рис. 1. Конструктивные элементы здания: 1 – подошва фундамента; 2 – подвальное перекрытие; 3 – фундамент;  4 – потолок подвального помещения; 5 – нижнее перекрытие; 6 – подполье;  7 – перегородка; 8 – нагрузка от веса людей и оборудования; 9 – междуэтажное перекрытие; 10 – продольная внутренняя стена; 11 – наружная стена;12 – оконный проем; 13 – карниз; 14 – чердачное перекрытие; 15 – пространство чердака; 16 – стропильная балка; 17 – кровля; 18 – дымовая труба; 19 – зонт; 20 – коньковый прогон; 21 – подкос; 22 – стойка; 23 – конек; 24 – слуховое окно; 25 – снег; 26 – карниз; 27 – мауэрлат; 28 – оконный переплет; 29 – дверное полотно; 30 – крыльцо; 31 – цоколь; 32 – помещение подвала; 33 – грунтовые воды.

Повышение экономичности и индустриальности: применение камня или кирпича высоких марок (150, 200, 300), замена ручной кладки монтажом кирпичных (каменных) панелей.

Панели несущих стен изготовляют высотой в этаж и длиной в 1-2 конструктивных планировочных шага (одно-, двухмодульные панели). Прочность конструкции увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению со стеной ручной кладки, что обеспечивает экономию 40-50% кирпича или камня и позволяет снизить затраты труда на 25%, приведенные затраты на 6-7% и сроки строительства на 30%.

Полносборные здания с  несущими конструкциями из бетонных и ж/б элементов

Крупноблочная строительная система применяется для возведения жилых зданий высотой до 22 этажей. Масса сборных элементов 3-5 т. установку крупных блоков осуществляют горизонтальными рядами, на растворе, с взаимной перевязкой швов. Преимущества: простота технологии возведения, обусловленная самоустойчивостью блоков при монтаже; возможность  широкого применения системы в условиях различной сырьевой базы, гибкости номенклатуры блоков, позволяющая при ограниченном числе типоразмеров изделий возводить различные типы жилых домов и массовых общественных зданий; простота и меньшая металлоемкость формовочного оборудования по сравнению с панельным и объемно-блочным домостроением; ограниченная масса позволяет использовать распространенное монтажное оборудование. Крупноблочная система по сравнению с традиционной каменной дала снижение затрат труда на 10% и сроков строительства на 15-20%.

 Панельная строительная система применяется при проектировании зданий высотой до 30 этажей в обычных грунтовых условиях и  до 14  этажей в сейсмических районах. Стены таких зданий монтируют из бетонных панелей высотой в этаж, массой до 10 т и длиной в 1-3 конструктивно-планировочных шага. Конструкции панелей не самоустойчивы: при возведении их устойчивость обеспечивают монтажные приспособления, а в эксплуатации – специальные конструкции стыков и связей. Панели несущих стен устанавливают на цементном растворе, без взаимной перевязки швов. По сравнению с традиционной системой с каменными стенами она позволяет снизить стоимость строительства на 6-7%, массу конструкций на 30-40% и затраты труда на 40%. Техническим преимуществом панельных конструкций является их значительно большая по сравнению с традиционными прочность и жесткость. Панельные конструкции сейсмостойки.

Рис. 2. Основные элементы здания с панельной системой: 1- фундамент, 2 — пол подвала; З — перекрытие над подвалом; 4 — гидроизоляция; 5 — наружные стены; 6 — междуэтажные перекрытия; 7 — внутренние стены; 8 — перегородки;9 — чердачное перекрытие;10 — чердак; 11 — крыша; 12 — лестница; 13 — парапет; 14 — окна; 15 — отмостка.	Рис. 3. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольным расположением несущих стен; б — то же, с поперечным; в — смешанная

Каркасно-панельная строительная система с несущим сборным ж/б каркасом и наружными стенами из бетонных панелей применяется в строительстве зданий высотой до 30 этажей. В жилищном строительстве систему применяют в ограниченном объеме, поскольку она уступает панельной по технико-экономическим показателям.

Рис. 3. Основные элементы зданий: а — традиционной постройки; б — каркасно-панельных; в — из объемных блоков: 1 — фундамент; 2 — цоколь; 3 — несущие продольные стены; 4 — междуэтажные перекрытия; 5 — перегородки; 6 — стропила крыши; 7 — кровля; 8 — лестничная клетка; 9 — чердачное перекрытие; 10 — ригели и колонны каркаса; 11 — навесные стеновые панели; 12 — сваи; 13-15 — объемные блоки (13 — комнаты; 14 — санузлов и кухонь; 15 — лестничной клетки); 16 – отмостка.

Каркасно-панельная строительная система (с неполным каркасом) с несущим сборным ж/б каркасом и наружными стенами из бетонных панелей применяется в строительстве зданий высотой до 30 этажей. В жилищном строительстве систему применяют в ограниченном объеме, поскольку она уступает панельной по технико-экономическим показателям.

Объемно-блочная строительная система применяется для строительства жилых домов высотой до 16 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях и для жилых домов малой и средней этажности при сейсмичности 7-8 баллов. Объемно-блочные здания возводят из крупных объемно-пространственных ж/б элементов массой до 25 т, заключающих в себе жилую комнату или другой фрагмент здания. Объемные блоки, как правило, устанавливают друг на друга без перевязки швов. Объемно-блочное строительство приводит к снижению суммарных трудозатрат в строительстве (на 12-15% по сравнению с панельным). Из-за сложности технологического оборудования капиталовложения при создании заводов объемно-блочного домостроения на 15% больше по сравнению с заводами панельного домостроения. Наиболее эффективно объемно-блочное домостроение при значительной концентрации строительства, необходимости его осуществления в сжатые сроки, при дефиците рабочей силы.

Рис. 4. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольным расположением ригелей; б — то же, с поперечным; в — безригельное решение	Рис. 5. Объемно-блочная строительная система

Монолитная и сборно-монолитная строительные системы применяются для возведения зданий повышенной этажности. К системе монолитного домостроения относят здания, все несущие конструкции которых выполняют из монолитного бетона, к сборно-монолитной – здания, в которых несущие конструкции выполняют частично сборными, частично монолитными.

Монолитные здания, как правило, проектируют бескаркасными, сборно-монолитные – каркасными или бескаркасными. В монолитном домостроении наибольшее распространение получили при возведении бескаркасных зданий методы бетонирования в скользящей, объемно-переставной и крупноразмерной щитовой опалубке, при возведении каркасных – методы подъема перекрытий и подъема этажей. Метод скользящей опалубки предусматривает непрерывное бетонирование несущих стен.

Метод объемно-переставной опалубки основан на цикличном (поэтажном) бетонировании стен и перекрытий с последующим перемещением опалубки. Метод крупноразмерной щитовой опалубки заключается в цикличном (поэтажном) бетонировании несущих стен в поэтажно устанавливаемых крупных плоских опалубочных щитах.

Метод подъема перекрытий сводится к бетонированию плит междуэтажных перекрытий и покрытия размером на всю площадь здания на нулевой отметке с последующим перемещением этих плит по вертикальным несущим конструкциям и креплением к этим конструкциям на проектных этажных отметках. При этом вертикальные ограждающие конструкции устанавливают после закрепления перекрытий на проектных отметках. А при методе подъема этажей ограждающие конструкции каждого этажа монтируют на нулевой отметке и перемещают на проектную отметку весте с плитой перекрытия.

Наиболее распространенная из сборно-монолитных – система с вертикальными монолитными элементами жесткости, возводимыми в скользящей опалубке, в сочетании со сборно-панельными или каркасно-панельными конструкциями. Эта комбинированная строительная система позволяет повысить прочность несущих конструкций, а следовательно, и этажность зданий по сравнению с этажностью полносборного здания из тех же конструктивных элементов.

Применение монолитного и сборно-монолитного домостроения целесообразно при отсутствии или недостаточной мощности предприятий панельного домостроения; в сложных грунтовых условиях и сейсмических районах (по жесткости одинаковы, а иногда и превосходят панельные): до 25 этажей в обычных условиях, до 20 эт. – при сейсмичности 7-8 баллов. Применение монолитных конструкций, возводимых в объемно-пространственной опалубке: выше 8 эт. в обычных условиях, выше 4 эт. — при сейсмичности; в скользящей опалубке: 15 и 8 этажей соответственно.

Строительные системы с несущими конструкциями из дерева применяются для возведения жилых и общественных зданий в 1-2 этажа. Традиционные системы – с несущими рублеными стенами из уложенных по периметру стен горизонтальных рядов («венцов») бревен – имеют ограниченное применение, в богатых лесом районах. Индустриальные системы: брусчатая (брусья квадратного или прямоугольного сечения), каркасная (с заполнением пространства между стойками утеплителем и обшивками на постройке (каркасно-обшивная) или щитами заводского производства (каркасно-щитовая), бескаркасная (щитовая и панельная). Применяют индустриальные панельные клеефанерные конструкции – панели высотой в этаж и длиной 2,4…6 м имеют деревянный каркас, обшивки из водостойкой фанеры (снаружи), древесно-стружечных плит (изнутри) и эффективный утеплитель.

Затраты пиломатериалов на строительство панельных зданий в 2,6 раза ниже, чем на брусчатые дома. Эксплуатационные качества наружных ограждений панельных зданий значительно выше, чем каркасно-обшивных или щитовых, благодаря малой протяженности стыков сборных элементов и практической воздухонепроницаемости обшивок.