Высотные здания со стальным каркасом
Обновлено: 20.05.2024
Осенью 2022 года должен быть разработан пилотный проект 17-этажного жилого дома на стальном каркасе, а к ноябрю 2023 года — типовые проекты подобных домов. В плане говорится, что такой тип строительства сократит сроки возведения домов в два-три раза по сравнению с монолитным домостроением. С помощью этих проектов планируется строить жилье, в том числе при реновации жилья и для расселения ветхого и аварийного жилья, следует из документа.
От себя добавлю:
ЛСТК + энергоэффективный вентфасад = ни один осчастливленный переселенец и льготный ипотечник не уйдёт из такого "негорючего" человейника.
P.S. Сегодня в Мск как раз горел очередной вентфасад. ссылка
Круто! Ну, а чё? Всё лучше, чем чушки в Китай гнать. Я так понимаю, на машиностроении окончательно большой крест поставили.
__________________
Советов у меня лучше не просить. Потому что чувство юмора у меня развито сильнее чувства жалости.
Специальный Институт Строительных Конструкций Изделий
Днище. Полное. Можно ограждайку из валежника делать. бесплатно, кстати.
----- добавлено через ~2 мин. -----
Коллега предложил не делать отопление и назвать эту шляпу сезоным жильём . ещё и на плиты ПАГ поставить. Будет не капитальное строение.
__________________
Горев В.В., том 1, стр.109, 1 абзац, 4-ое предложение. Не пугайтесь этого произвола.
Минстрой разработал план по увеличению использования стали при строительстве школ, детсадов и жилья, в том числе в программах реновации.
Жильцы отложат перфораторы и накупят сварочных аппаратов.
Решения то будут металлоемкие, ладно от огня можно обшить, еще и коррозия, которая будет протекать скрыто.
----- добавлено через ~1 мин. -----
Проектирование гидротехнических сооружений
Больше рационализаторства! Несущие колонны внешнего периметра будут стояками отопления, внутренние - стояками ХВС и ГВС
А чО, можно же наверное и вент-каналы сделать несущими?
Вот я иногда переживаю, что мы такие вещи пишем ибо в них могут увидеть идеи.
Offtop: — Пойдём, я познакомлю тебя с мудаками, — сказал одному мальчику добрый волшебник.
— Спасибо, не надо, — ответил мальчик, — у меня хватает знакомых мудаков.
— Ты таких не знаешь, это редкие мудаки! — настаивал волшебник.
— А зачем мне с ними знакомиться?
— Однажды они определят твою судьбу.
— Почему мою судьбу будут определять какие-то мудаки? — удивился мальчик.
— А кто? — в ответ удивился волшебник.
Несущие колонны внешнего периметра будут стояками отопления, внутренние - стояками ХВС и ГВС
А чО, можно же наверное и вент-каналы сделать несущими?
строительное проектирование (после АР,ОДИ,ЭЭФ,ПБ,ПЗУ, ТХ и КР и обслед. писать "архитектор" некорр.)
не знаю, насколько серьёзная новость.
Минстрой разработал план по увеличению использования стали при строительстве школ, детсадов и жилья, в том числе в программах реновации. Это нужно для стимулирования внутреннего спроса на фоне запрета на экспорт стали в Европу.
лучше бы стимулировали корректировкой цены, раз уж предложение превышает спрос. вернуть к стоимости 2-летней давности с учетом инфляции. тогда емнип цену как раз оправдывали большим спросом на экспорт.
----- добавлено через 48 сек. -----
. а насильно мил не будешь.
----- добавлено через ~17 мин. -----
. очевидно даже после принятия каких-то мер будет инерция от полугода, если только не решать директивно
Лоббирует ЛСТК "Северсталь", как основной производитель ХК проката. Даже гнутики из С590 презентовали недавно. АРСС сейчас активничает в сфере нормальных рамно-связевых каркасов из двутавров, а также в сфере сталеЖБ. Наружные сборные панели стен из ЛСТК-каркаса - вот БСК, хотя тот же LINDAB шведский давно такое строит.
----- добавлено через ~8 мин. -----
В плане жилья на МК основных проблемы три:
- огнестойкость. Нужно дешевое решение по огнезащите колонн, балок. Его нет.
- Наружные стены, которые все равно надо делать либо из штучных каменных материалов, либо из ЖБ-панелей. Ибо шумоизоляция и капитальность!
- Как ни крути, но лестнично-лифтовый узел дома должен быть R120, а значит железобетонный. В США есть фирмы, которые делают такие узлы блочными, на этаж и поставляют на стройку как сборный элемент, а у нас будет монолит.
Вот, собственно, и все! И стоит лепить стальной каркас со всеми этими заморочками?
Стальной каркас оправдан высотках от 100 этажей. Всё что ниже - ж/б и кирпич.
ЛСТК хорош для отдельностоящих "пятёрочек" и "магнитов".
----- добавлено через ~2 мин. -----
Как-то ФАХВЕРК создавал тему жилья из стали. Вот и результат.
Строй-справка.ру
Основными элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны и ригели, связанные между собой в двух направлениях в неизменяемую пространственную систему.
В зависимости от способа обеспечения пространственной жесткости и характера воспринятая горизонтальных нагрузок стальные каркасы зданий могут иметь связевую, рамную или комбинированную конструкцию. Характерной для многоэтажных зданий со стальным каркасом является рамная схема, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения.
При рамной схеме каркаса в узлах возникают усилия одного порядка. Кроме того, можно унифицировать узлы и их элементы, обеспечить плавность деформаций и равномерное нагружение фундаментов, а также применять однотипные решения‘колонн, ригелей, баз и анкеров.
Шаг колонн принимают кратным 6 м, пролеты — шириной 6, 9, 12 м и более. В целях использования для стен унифицированных панелей высоту этажей рекомендуется принимать кратной 600 мм.
Колонны выполняют, как правило, сплошного двутаврового сечения — из одного прокатного профиля или составленного из листов. Для больших нагрузок применяют колонны крестового сечения. Иногда допускают колонны сквозного сечения.
Длину монтажных единиц колонн назначают с учетом жесткости сечения, характеристики подъемных механизмов, условий изготовления и транспортировки; чаще ее принимают равной 8—15 м, т. е. на высоту 2—3 этажей.
Стыки колонн проектируют с фрезерованными торцами; монтажные элементы соединяют болтами (рис. XI-6, б). Такие стыки держатся силами трения (при больших нормальных силах). В верхних, а иногда и в средних этажах при малой величине нормальной силы стыки колонн обваривают по контуру. Устраивают также стыки, перекрытые накладкам» на сварке.
Рис. 1. Стальной каркас многоэтажного здания:
а — сечения колонн; б — стыки колонн; в — башмаки колонн; г — крепление балок к колонне двутаврового сечения; д — то же, крестового сечения; е — перекрытие из крупноразмерных панелей; ж, з — перекрытия по стальным настилам; 1 — торцы колонн (фрезерованные); 2 — опорная стальная плита; 3 — ребро жесткости; 4 — уголки; 5 — электрозаклепки
Башмаки колонн многоэтажных зданий работают под действием больших нормальных сил при незначительных эксцентриситетах и поперечных силах. С учетом этого башмакам придают простую форму и выполняют их из стальной плиты толщиной 100—200 мм. Давление от колонн на башмаки передается через фрезерованные поверхности торцов колонн и верха плит. Поперечные силы в местах сопряжений воспринимаются трением. Колонны соединяют с плитами сваркой.
Колонну опорной плитой устанавливают на подливку из цементного раствора толщиной слоя не менее 50 мм. Анкерные болты, заделываемые в железобетонные фундаменты, рассчитывают только на монтажные нагрузки.
Ригели междуэтажных перекрытий, имеющие в большинстве случаев двутавровое сечение, выполняют из прокатных или сварных профилей. С колоннами ригели соединяют сваркой с помощью горизонтальных накладок.
Перекрытия в многоэтажных зданиях наряду с высокой несущей способностью должны удовлетворять требованиям звуко- и виброизоляции, а также обладать достаточной жесткостью. Применяют несколько типов перекрытий.
По стальным ригелям укладывают железобетонные крупноразмерные или мелкие плиты; в последнем случае к ригелям крепят стальные балки с шагом 2—3 м. Применяют также обычные монолитные железобетонные перекрытия.
Хорошие технико-экономические показатели имеют перекрытия по стальным настилам коробчатого, ребристого или волнистого профиля, по которым укладывают слой бетона. Стальные настилы выполняют одновременно функции арматуры и несъемной опалубки плит.
Каркасы промышленных зданий. Металлический (стальной каркас) промышленных зданий в основном состоит из тех же элементов, что И железобетонный. К основным из этих элементов относятся колонны, подкрановые балки, стропильные и подстропильные фермы, связи (рис. 66).
Соединение элементов в каркас осуществляется с помощью болтов, заклепок или путем сварки. Для этой цели при изготовлении элементов в них предусматривают специальные отверстия, косынки, монтажные столики.
Рис. 66. Основные элементы стального каркаса промышленного здания:1 — колонна рамы; 2 — стропильная ферма (ригель); 3 — подкрановая балка; 4 — фонарь; 5 — связи фонаря; 6 — вертикальные связи между колоннами; 7—связи покрытия горизонтальные; 8 —то же, вертикальные; 9— ригель; 10— прогоны
Колонны. Стальные колонны (рис. 67) по конструкции делят на сплошные и сквозные. Сплошная колонна состоит из одного профиля, нескольких вертикальных листов, или профилей и листов, сваренных между собой по всей высоте. Эти колонны имеют сплошное, без разрывов, поперечное сечение.
Сквозные колонны состоят из нескольких отдельных ветвей, соединенных между собой планками или решетками.
В стальных колоннах различают две основные части: стержень (ветвь) и базу (башмак). В зависимости от конструкции стержня колонны могут быть постоянного сечения, ступенчатые и раздельного типа. Колонны раздельного типа состоят из шатровых и подкрановых ветвей, соединенных между собой, но нагрузки от покрытия и кранов воспринимающих самостоятельно.
Рис. 67. Типы стальных колонн: а — постоянного сечения с консолью; б—ступенчатая; в — раздельная; 1 — стержень колонны; 2 — башмак; 3 — отверстие в колонне для прохода; 4 — шатровая ветвь колонны; 5 — подкрановая ветвь колонны; 6 — соединяющая планка
В строительстве наиболее широко применяют колонны ступенчатого типа. Надкрановая часть (над-колонник) такой колонны состоит из одной ветви, подкрановая — из двух вет-В€й, соединенных между собой решеткой.
Основной частью башмака колонны является стальная плита толщиной 40-75 мм, на которую опирается ветвь колонны. Башмаки служат для передачи нагрузки от колонны на фундамент.(К фундаменту башмаки крепят анкерными болтами. Башмаки и нижняя часть колонн, соприкасающиеся с землей, во избежание коррозии обетонируют.
Подкрановые балки. Стальные подкрановые балки изготовляют сплошными или решетчатыми (рис. 68).
Сплошные балки состоят из прокатных двутавров или составного сечения на сварке. Решетчатые балки изготовляют в виде сварных шпренгеля или фермы.
Рис. 68. Сечения и схемы стальных подкрановых балок и крепление к ним рельса: а и б — сплошные балки; в — балки в виде шпренгеля; г — балки в виде ферм
Наиболее распространены сплошные подкрановые балки. Они имеют двутавровое сечение со сплошной стенкой — симметричное или несимметричное (с развитым верхним поясом). Несимметричные сечения применяют для балок пролетом 6 м, симметричное —12 и 24 м. Стальные подкрановые балки имеют длину 6, 12 и Им. Балки длиной 6 и 12 м могут опираться как на стальные, так и на железобетонные колонны, а длиной 24 м — только на стальные колонны. Наряду с разрезными балками в строительстве применяют также и неразрезные подкрановые балки, которые по сравнению с разрезными имеют меньшую высоту, требуют меньшего расхода металла, но более трудоемки в изготовлении и монтаже. Для крепления балок к колоннам и между собой в нижнем поясе балок у опор и в торцовых ребрах предусмотрены отверстия для болтов. Балки могут быть изготовлены из стали марки СтЗ, низколегированной стали или из стали двух марок: пояса — из низколегированйой, стенка — из СтЗ.
Стропильные фермы. Стальные стропильные фермы применяют в покрытиях зданий пролетом 18, 24, 30, 36 м и более при стальных или железобетонных колоннах с шагом 6 и 12 м.
В зависимости от очертания верхнего пояса фермы могут быть с параллельными поясами, треугольные, полигональные (рис. 69).Фермы с параллельными поясами применяют в плоских покрытиях промышленных зданий при пролете 18—36 м и шаге колонн б и 12 м. Конструктивные преимущества ферм с параллельными поясами состоят в том, что длина элементов поясов и решетки одинаковая и, следовательно, имеется возможность применить стандартные элементы и тИповые узлы, что способствует индустриализации изготовления ферм.
Треугольные фермы применяют в зданиях при крутых уклонах кровли, например, при устройстве кровли из асбестоцементных листов.
Полигональные фермы используют в покрытиях зданий с рулонной кровлей, с фонарями и без фонарей, с внутренним и наружным водостоком, с пролетом 18, 24, 30 и 36 м при стальных и железобетонных колоннах, с шагом 6 и 12 м. Эти фермы представляют собой сквозную (решетчатую) несущую конструкцию, состоящую из отдельных стержней, соединенных в узлах сваркой при помощи фасонок.
Стальные фермы обычно изготовляют из прокатных уголков. Стержни этих ферм состоят из парных уголков. Элементы фермы соединяют в узлах также сваркой при помощи фасонок (косынок) из листовой стали, располагаемых между парными уголками. Решетка в стальных фермах принята треугольной.
Опоры для ферм устраивают неподвижными, кроме ферм, устанавливаемых в температурных швах. В этих фермах одна из опор устанавливается на катках или сферических поверхностях и является подвижной.
На стальные колонны фермы опираются непосредственно выступающим краем торцовой фасонки. Опорный узел фермы соединяют с колонной болтами, для чего к верхнему концу колонны приваривают горизонтальную диафрагму.
При жестком соединении фермы с колонной (не шарнирном) колонну делают выше на 2200 мм. В этом случае нижний опорный узел фермы устанавливают на монтажный столик из уголка, приваренного к колонне, и соединяют с ней болтами. При опирании ферм на железобетонные (или кирпичные) опоры их крепят с помощью анкеров. При кирпичных опорах под концы (опорные части) ферм укладывают бетонные подушки.
Фермы могут быть изготовлены полностью из стали марки СтЗ или из стали двух марок: пояса — из низколегированной стали, решетка—из стали марки Ст 3.
Подстропильные фермы. Стальные подстропильные фермы применяют в покрытиях промышленных зданий в тех случаях, когда колонны располагаются с шагом 12 м, а стальные стропильные фермы — с шагом 6 м. Фермы устанавливают на стальные или железобетонные колонны.
Подстропильные стальные фермы (рис. 70) представляют собой сквозную решетчатую конструкцию, состоящую из стальных стержней, соединенных между собой в узлах сваркой при помощи фасонок. Все стержни фермы, кроме средних стоек, состоят из прокатных парных Уголков. Средние стойки — из швеллеров. Номинальный пролет фермы 12 м. Фермы, устанавливаемые у торцовых стен и у температурных швов, имеют пролет 11,5 м.
Стропильные фермы, расположенные в плоскости колонн, опираются на стальные подколенники подстропильных ферм. Для опи-рания стропильной фермы, расположенной между колоннами в подстропильной ферме, устроена специальная горизонтальная площадка из стальнсго листа, приваренного поверх средней фасонки нижнего пояса.
Рис. 71. Связи в покрытии по стальным фермам (схема): а — по верхнему поясу; б —- по нижнему поясу; 1 — торцовая стена; 2 — стропильные фермы; 3,6— распорки; 4 — горизонтальные связи поперечные; 5 — вертикальные связи; 7 — горизонтальные связи продольные; 8 — промежуточный жесткий блок (при длине температурного блока больше 60 м); 9 — плиты покрытий; 10 — ось температурного шва
Подстропильные фермы могут быть изготовлены полностью из стали марки Ст 3 или из стали двух марок: пояса — из низколегированной стали, решетка — из стали марки Ст 3.
Связи. Пространственная жидкость стального каркаса обеспечивается креплением колонн к фундаментам анкерными болтами и установкой связей.
Продольные вертикальные связи между стальными колоннами выполняют так же, как и в железобетонном каркасе. Связи покрытия (совместно с настилом, приваренным к фермам) соединяют все стропильные фермы в пределах температурного блока в единую жесткую пространственную систему (рис. 71). При этом две фермы с каждого конц температурного блока соединяют горизонтальными (поперечными) и вертикальными связями в жесткий блок, а остальные фермы крепят к этим блокам верхними распорками и нижними растяжками.
Вертикальные связи покрытия устанавливают в плоскостях продольных рядов колонн, а также по середине пролета (в фермах пролетом 24 и 30 м) и в третях пролета (в фермах пролетом 36 м). Элементы связей, распорок и растяжек состоят из одиночных или спаренных прокатных профилей (уголков, швеллеров и др.). В покрытиях с фонарями связи устраивают также и в фермах фонаря.
Каркасы специальных сооружений. Каркасы мачт. Мачтой называют вертикально установленный ствол, шар-нирно опирающийся на фундамент и удерживаемый в вертикальном положении одним или несколькими ярусами оттяжек (рис. 72).
Стволы (каркасы) мачт, как правило, бывают решетчатые.
Решетчатые мачты имеют поперечное сечение в виде равностороннего треугольника или квадрата и высоту до 600 м. Типовые мачты изготовляют на заводах отдельными сварными пространственными секциями длиной 6,75 м. По своему устройству и назначению секции делятся на опорные, оттяжечные (предназначенные для крепления канатов оттяжек), промежуточные и специальные (для крепления к ним площадок и установки каких-либо устройств).
Решетчатые мачты треугольного и квадратного сечений имеют пояса и ре-щетку из труб или прокатных профилей. Соединение секций на монтаже производят болтами через фланцы, приваренные к торцам поясов.
Устойчивость радиомачт обеспечивается оттяжками. Оттяжки в большинстве случаев направлены под углом 45° к горизонту и представляют собой стальные канаты, закрепленные к стволу мачты и к анкерным фундаментам, специально сооружаемым для этой цели. В случае если мачта находится под током, в канат оттяжки встраивают изоляторы. Для возможности изменения длины оттяжек, а следоваельно, усилия в них закрепление оттяжек к якорям осуществляют через стяжные устройства.
Каркасы башен. Башня — свободно стоящая простран. ственная конструкция, заделанная в основание путем крепления ее к фундаментам анкерными болтами (рис. 73).
Металлические каркасы типовых башен имеют высоту до 260 и уникальные — до 600 м. Башни проектируют преимущественно четырехгранной, реже трех ,шести и восьмигранной пирамидальной формы. Верхняя часть башни обычно призматическая с размером поперечного сечения 1,75 X 1,75 м и более. Конструкции пирамидальной части отгружают на монтажную площадку в виде отдельных элементов поясов и решетки, а призматической — в виде пространственных секций высотой 5—7,5 м. Элементы поясов и распорки изготовляют из труб длиной 7,5— 9 м, а решетки — из уголков.
Рис. 74. Схема резервуара: а — разрез и план; б — кольцевые соединения; 1 — песчаная подушка; 2 — корпус; 3 — обвязочный уголок; 4 — настил покрытия; 5 — световой люк; 6 — лестница; 7 — днище; 8 — лаз; 9 — люк для замера; 10 — ограждение; 11 — сплошной шов; 12 — прерывистый шов; 13 — тавровый шоз
В телевизионных башнях уголковые раскосы заменены гибкими предварительно напряженными из круглой стали. В башнях, сооружаемых по индивидуальным проектам, в некоторых случаях применяют раскосы из катаных труб.
Каркасы резервуаров. Резервуары служат для хранения жидкостей. По конструкции резервуары могут быть металлическими или железобетонными. Наиболее распространены резервуары вертикальные стальные (рис. 74). Они состоят из трех основных частей: днища, корпуса и покрытия.
Днище выполняют из стальных листов толщиной 4—6 мм, опирающихся непосредственно на песчаное основание, поверх которого устраивают специальный изоляционный слой. Листы соединяют электросваркой. Сварку листов днища выполняют в два слоя обратносту-пенчатым способом. Вертикальные швы первого пояса корпуса на высоту 250—300 мм — в два слоя с подваркой с внутренней стороны корня шва. Для прихватки и сварки швов применяют электроды Э-42А. Толщина листов корпуса составляет обычно от 10 мм в нижнем поясе до 4 мм в верхнем.
В сварных резервуарах, собираемых на месте из отдельных листов, наибольшее распространение имеет телескопическое расположение поясов, при котором каждый вышележащий пояс ставится внутрь нижележащего, с тем чтобы наложение всех наружных кольцевых сплошных швов производилось в нижнем положении. Вертикальные соединения в поясах делают встык. Покрытие резервуара обычно выполняют из ферм с радиальными балками и прогонами, по которым укладывают настил из листов толщиной 2,5 мм, соединяемых между собой внахлестку. Листы настила сваривают тонким ниточным швом, приваривают к радиальным балкам прихватками и проплавочным щвом или соединяют электрозаклепками. К обвязочному уголку настил приваривают сплошным кольцевым швом. В настоящее время при строительстве резервуаров применяют также щитовые покрытия без ферм, что значительно упрощает их монтаж.
Каркасы градирен. Башенные градирни, применяемые для охлаждения промышленной воды, состоят из резервуара, фундамента в виде пространственной железобетонной рамы, на котором располагается оросительное устройство, и вытяжной башни. Градирни обычно проектируют многоугольного, круглого или прямоугольного сечения. Число граней наиболее простой в конструктивном отношении многоугольной градирни колеблется в зависимости от ее размера от 6 до 16. Одним из распространенных типов круглой градирни является башня-оболочка, выполняемая в виде цилиндра, усеченного конуса или гиперболоида вращения (рис. 75).
Вытяжная башня градирни состоит из металлического каркаса и внутренней деревянной или асбестоцементной обшивки.
Характерными особенностями градирни являются ее значительная высота при сравнительно малой площади в плане и небольшая масса элементов каркаса.
В настоящее время в связи с развитием методов крупноблочного монтажа башни градирен, как правило, собирают из укрупненных панелей каркаса, масса которых составляет 3—5, а иногда 8,5 т. Ширина таких блок-панелей обычно равна ширине грани градирни. Высота панелей каркаса может быть принята равной высоте башни (при сравнительно небольшой высоте градирни) или составлять часть высоты башни, т. е. равняться одному ярусу башни по высоте.
Основы проектирования стальных каркасов высотных зданий и сооружений.
Высотными считаются здания высотой 20 этажей и более. Каркас таких зданий может быть стальным с жесткими сварными узлами в продольном и поперечном направлении; связевой системы с металлическими колоннами, горизонтальными и раскосными связями и железобетонным ядром жестокости; комбинированным — стальные и железобетонные колонны с монолитными или сборными стенками жесткости.
Конструктивные системы каркасов зданий зданий и материалы для устройства несущих конструкций надземных частей высотных зданий выбираются на основании:
- требований технического задания на проектирование;
- укрупненных технико-экономических показателей вариантов строительства;
- объемно-планировочных решений зданий;
- анализа работы конструктивных систем на восприятие расчетных нагрузок, а также особых воздействий при возникновении чрезвычайных ситуаций;
- требований по противопожарной защите;
- требований комплексной безопасности, включая антитеррористическую защищенность и устойчивость зданий к прогрессирующему обрушению.
В качестве несущей основы задний первоначально конструктора зданий отдавали предпочтение стальным каркасам благодаря высокой его прочности. В последнее же время всё больнее применение находят железобетонные каркасы.
Стальной каркас рамной конструкции формируется из сварных колонн высотой в несколько этажей и жестко связанных с ними стальных ригелей двутаврового сечения с нижней уширенной полкой, на которую укладываются плиты перекрытия. При связевой схеме кроме стальных колонн и связей используются железобетонные диафрагмы жестокости. При комбинированном каркасе используются колонны в виде металлических сердечников из стандартных профилей, заключенных в железобетонную обойму, и сборные железобетонные ригели. Колонны верхних этажей могут быть сборными железобетонными. Для зашиты от огня и в целях повышения срока службы стальные колонны обетонировываются или оштукатуриваются по сетке. Торцы стальных колонн (или сердечников) обрабатываются фрезерованием. После выверки и закрепления болтами они обвариваются по контуру.
Стыки железобетонных колонн выполняются преимущественно в виде выпусков рабочей арматуры, свариваемых встык ванной сваркой на высоте 0,8. 1,2 м от уровня перекрытия. Для обеспечения устойчивости каркаса в период возведения стыки следует немедленно обетонировывать.
Междуэтажные перекрытия могут быть сборными железобетонными из многопустотных или беспустотных ТТ-образных плит, а также сборно-монолитными.
Ядро жесткости обычно выполняется в монолитном варианте.
Для обеспечения устойчивости каркаса и включения в работу в период монтажа всего диска междуэтажного перекрытия узлы сопряжения перекрытия с колоннами, ригелями и ядром жесткости, а также швы между плитами замоноличивают сразу после окончания крановой сборки этажа.
При проектировании каркасов следует учитывать, что предельные горизонтальные перемещения верха высотных зданий с учетом крена фундаментов при расчете по недеформированной схеме в зависимости от h (где h – расстояние от верха фундамента до верха несущих конструкций покрытия) не должны превышать:
до 150 м (включительно) - 1/500;
при h = 200 м - 1/600,
при высотах от 150 до 200 м значения предельных горизонтальных перемещений следует определять по интерполяции.
Жесткость каркасов зданий в условиях нормальной эксплуатации следует назначать из условий обеспечения нормальной работы инженерного и технологического оборудования зданий, а также комфортных условий пребывания людей по критерию ускорений колебаний.
Для обеспечения комфортного пребывания людей в высотных зданиях ускорение колебаний перекрытий пяти верхних этажей при действии ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с 2 .
При проектировании каркаса зданий, их частей и отдельных элементов следует предусматривать материалы, обеспечивающие при проектных воздействиях упруго-пластическую работу бетона и упругую работу стали, а при особых воздействиях – развитие пластических деформаций в пределах, обеспечивающих локализацию возможных разрушений и общую устойчивость зданий
69. Каркасы большепролетных зданий. Балочные, рамные и арочные системы большепролетных зданий. Пространственные системы большепролетных зданий. Структурные плиты, стальные оболочки, купола. Висячие и мембранные системы.
Каркас здания - это комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п.
Материал несущих конструкций каркаса - из железобетона, смешанные (т.е. часть конструкций — железобетонные, часть — стальные) и стальные. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.
Конструктивные элементы каркаса: Колонны, Болтовые соединения, Ригели междуэтажных перекрытий
В балочных, рамных и арочных системах покрытий, состоящих из отдельных несущих элементов, нагрузка передаётся только в одном направлении — вдоль несущего элемента. В этих системах покрытий несущие элементы соединены между собой лёгкими связями, которые не предназначены для перераспределения нагрузок между несущими элементами, а только обеспечивают их пространственную устойчивость, т.е. с их помощью обеспечивается жёсткий диск покрытия.
Балочные системы (как правило, фермы) включаются в состав поперечных рам, что улучшает статическую схему работы. Балочные большепролётные конструкции покрытий состоят из главных несущих поперечных конструкций в виде плоских или пространственных ферм (пролёт ферм от 40 до 100 м) и промежуточных конструкций в виде связей, прогонов и кровельного настила. Рамные конструкции для покрытий зданий применяют при пролёте L=40 — 150м, при пролёте L > 150м они становятся неэкономичными.
Преимущества рамных конструкций по сравнению с балочными — это меньший вес, большая жёсткость и меньшая высота ригелей. Недостатки — большая ширина колонн, чувствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям температур.
Рамные конструкции эффективны при погонных жесткостях колонн, близких к погонным жесткостям ригелей, что позволяет перераспределить усилия от вертикальных нагрузок и значительно облегчить ригели. При перекрытии больших пролётов применяют, как правило, двухшарнирные и бесшарнирные рамы самых разнообразных очертаний. Бесшарнирные рамы более жёсткие и экономичные по расходу материала, однако, они требуют устройства мощных фундаментов, чувствительны к изменению То.
При больших пролётах и нагрузках ригели рам конструируют как тяжёлые фермы, при сравнительно малых пролётах (40-50м) они имеют такие же сечения и узлы, как лёгкие фермы. Поперечные сечения рам аналогичны балочным фермам.
Арочные конструкции покрытий большепролётных зданий оказываются более выгодными по затрате материала, чем балочные и рамные системы. Однако в них возникает значительный распор, который передаётся через фундаменты на грунт или устраивается затяжка для его восприятия (т.е. погашение распора внутри системы). Схемы и очертания арок весьма разнообразны: двухшарнирные, трёхшарнирные, бесшарнирные (см. рис. 3). Наиболее выгодная высота арок: f=1/4 ч 1/6 пролёта L.
Самыми распространёнными являются двухшарнирные арки — они экономичны по расходу материала, просты в изготовлении и монтаже легко деформируются вследствие свободного поворота в шарнирах в них не возникает значительных дополнительх напряжений от То и осадок опор.
Перекрёстные конструкции представляют собой системы взаимно пересекающихся балок и ферм (рис. 13).
Балки или фермы могут располагаться вертикально или наклонно. В местах пересечения они жёстко скреплены между собой, что обеспечивает статическую работу всей системы как единого целого в виде пространственной плиты, опёртой на колонны по периметру. Эффект пространственной работы перекрестных систем тем заметнее, чем ближе очертания перекрываемого плана к квадрату, по условиям равномерного распределения усилий в двух направлениях
Материалом перекрестных конструкций может служить металл, железобетон и дерево.
По сравнению с плоскостными конструкциями покрытия перекрестные конструкции имеют ряд преимуществ: – примерно вдвое меньшую строительную высоту, поэтому они являются более экономичными по расходу металла; – малую строительную высоту покрытия или перекрытия, что позволяет снизить общий объём здания; – значительную жесткость покрытия, что дает возможность крепить к нему подвесное оборудование; – повышенную степень надёжности покрытия от внезапного разрушения благодаря многосвязанности системы; – разнообразную область применения конструкции.
СТРУКТУРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ . Стержневые металлические структуры
Стержневые структуры представляют собой систему пространственных перекрещивающихся ферм из металлических труб или прокатных профилей (уголок, двутавр, швеллер). Верхний и нижний пояса структурной плиты из стержневых элементов образуются из квадратных ячеек (рис. 17).
Конструкции узловых элементов чрезвычайно разнообразны. Для трубчатых элементов наиболее логична конструкция узла, где главным соединительным звеном является болт, соосный со стержнями и работающий на продольные усилия. Существуют две композиционные схемы этого узла: болт, выходя из трубчатого стержня, ввинчивается в узловой элемент; болт, выходя из узлового элемента, ввинчивается в трубчатый стержень. По первой схеме выполнен изобретенный в довоенные годы в Германии узел «Меро», отличающийся универсальностью и простотой монтажа и считающийся наиболее совершенным из всех существующих, а также созданный на его основе узел «МАрхи» (рис. 18).
Структурное покрытие является прежде всего стержневой плитой, поэтому основные принципы проектирования сплошных плит справедливы и для них.
1. Наиболее выгодной формой прямоугольных плит является квадратная.
2. Чем чаще расположены опоры по контуру, тем лучше, хотя польза от слишком частого их расположения становится незаметной. В наихудших условиях работает плита, опертая по углам.
3. Эффективен конструктивный прием постановки опор с некоторым отступом от контура покрытия. Образующиеся консольные свесы способствуют снижению величин изгибающих моментов в пролете, причем создается самостоятельный планировочный модуль, легко поддающийся блокировке с другими подобными модулями.
Сплошностенчатые структурные конструкции не типичны для исполнения в металле.
3.2. Армоцементное структурное покрытие
Конструктивные формы структурных покрытий из древесных материалов, пластмасс, железобетона и армоцемента основаны на использовании форм сплошностенчатых пирамид, чаще всего четырехгранных. Возможны два способа расположения пирамид – вершинами книзу и вершинами кверху. Каждый из них формирует свою специфическую пластику потолка и решающим образом влияет на интерьер
Применение структурных конструкций в современном строительстве позволяет:
– перекрывать помещения с любой конфигурацией плана;
– существенно облегчать массу покрытия, повышая за счет этого эффективность работы конструкции на полезные напряжения;
– за счет многократной повторяемости унифицировать элементы и узловые детали, обеспечивать их поточное изготовление.
– легко и удобно транспортировать сборные элементы;
– свести работу на строительной площадке к простой быстрой сборке элементов. Недостатками является: повышенная трудоёмкость изготовления элементов и трудность выполнения узлов по сравнению с традиционными.
Оболочкой называется пространственная конструкция, форма которой образована перемещением образующей по направляющей. В зависимости от формы образующей и направляющей оболочки подразделяют на оболочки одинарной положительной кривизны (цилиндрические оболочки), конусоидальные оболочки (складки), оболочки двойной положительной кривизны, оболочки отрицательной гауссовой кривизны. Конструкция оболочки состоит из трех основных элементов – тонкой оболочки, бортовых элементов и торцевых диафрагм. Материалом для устройства оболочек может служить железобетон, дерево, армоцемент, металл. Железобетонные оболочки выполняются в виде монолитных конструкций. При классификации оболочек, определяющее значение имеет признак статической работы конструкции. По этому признаку оболочки подразделены на два класса – распорные и безраспорные. К безраспорным оболочкам относятся цилиндрические и конусоидальные (складки) оболочки. Данные конструкции могут воспринимать распор только за счёт специально установленных диафрагм. К распорным относятся купола, своды и оболочки отрицательной кривизны. Оболочки нулевой гауссовой кривизны, применяемые для покрытия прямоугольных помещений, могут быть гладкими, ребристыми, складчатыми, цилиндрического и параболического очертания.
Современные тонкостенные конструкции куполов принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, которые позволяют перекрыть пролеты до 150 м при толщине оболочки в 1/600–1/800 пролета. В классических каменных куполах это соотношение составляет 1/10–1/12 пролета. Однако основные отличия современных купольных конструкций от традиционных связаны со своеобразием формы поверхности (волнистой, складчатой), обусловленной необходимостью повышения местной устойчивости тонкостенной оболочки. Купол, в основании которого круг, имеет поверхность, образованную вращением кривой (арки) вокруг центральной оси. В зависимости от образующей кривой купола могут иметь сферическую форму, параболическую, стрельчатую и эллиптическую (рис. 32). Преимуществом купольных конструкций является равномерное распределение усилий по конструктивному элементу, что приводит к наиболее эффективному использованию материала. Жесткость конструкции порождает сама форма, так как она не развертывается в плоскость, тем самым образуется дополнительный резерв несущей способности конструкции. Выпуклая форма купольных покрытий обеспечивает простую систему водоотвода.
При применении данных конструкций можно отметить следующие недостатки: 1) увеличивается строительный объем помещений, особенно при большой стреле подъема; 2) они неблагоприятны в акустическом отношении, так как форма покрытия способствует фокусированию звуковой энергии. Наибольшая фокусировка звука имеет место в тех случаях, когда радиус кривизны купола близок к высоте помещения; 3) для возведения купольных покрытий необходимы специальные устройства (леса, подмости). Современные купола решаются из железобетона, армоцемента, металла и дерева, могут быть решены в сплошных и стержневых конструкциях. В куполах, так же, как и в арках, возникает распор, который воспринимается нижним опорным кольцом. Кольцо воспринимает растягивающее усилие. В верхней части купола устраивают верхнее опорное кольцо, которое служит для аэрации и освещения здания, а также оно необходимо для ведения монтажных работ по устройству купола. В верхнем опорном кольце возникают снимающие усилия. По конструктивным формам купольные покрытия могут быть гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, сетчатыми, геодезическими, волнистыми и складчатыми.
1. Гладкий купол . Конструкция гладкого купола наиболее экономична, применяется в монолитном строительстве для покрытий диаметром до 150 м. Купол имеет внутреннюю и внешнюю гладкие поверхности и осуществляется из монолитного железобетонного кольца.
2. Ребристые купола образуются при помощи полуарок прямоугольного сечения, по которым укладывается ограждающая конструкция. Ребра опираются на нижнее растянутое и верхнее сжатое опорные кольца. Между ребрами устанавливаются прогоны и связевые элементы, обеспечивающие пространственную жесткость купола. Ребристые конструкции предусматривают в конструкциях сборных куполов диаметром до 70 м.
3. Ребристо-кольцевые купола имеют не только меридиональные ребра, но и равномерно-распределенные по высоте купола горизонтальные кольца, играющие роль жестких железобетонных связей. Толщина оболочки купола ≈1/600 от пролёта. Например, при пролете L = 90 м: δ1 = 150 мм – толщина у верхнего опорного кольца; δ2 = 310 мм – толщина у нижнего опорного кольца.
Все нагрузки воспринимают элементы колец и полуарок, поэтому ограждающие конструкции могут быть очень легкими; допустимо применение остекления.
4. Сетчатый купол . Сетчатый купол представляет собой систему стержней с узловыми соединениями, вписанными в сферическую поверхность.
Для уменьшения деформативности стержневая сетка должна максимально соответствовать форме криволинейной поверхности купола, что достигается изменением размеров элементов сетки, начиная от опорного кольца и до вершины (диаметр трубы внутри 12 мм, вверху – 38 мм).
5. Геодезический купол – это многогранник, имеющий треугольные, ромбические или многоугольные грани. Материалом геодезического купола является алюминий.
6. Волнистый и складчатые купола имеют поверхность, состоящую из оболочек двоякой кривизны и складок, сходящихся к полюсу купола. Такие купола применяют в покрытиях до 80 м. Их выполняют монолитными и сборно-монолитными из сопряженных сегментов оболочек-волн одинарной или двоякой кривизны. Несмотря на больший, чем у гладких куполов, расход материала, волнистая (складчатая) конструкция обладает рядом преимуществ: благодаря открытым наружным торцам волн обеспечивается полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств и устройство входов, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасадов и интерьера здания. Недостатком является сложность устройства утепления кровли.
Висячие конструкции наряду с покрытиями из тонкостенных жестких оболочек являются наиболее экономичными конструкциями большепролетных покрытий. Они изобретены и впервые применены в 1896 году В.Г. Шуховым, но широкое внедрение в строительство получили только со второй половины XX века, когда уровень развития строительной техники существенно возрос. Такие покрытия применяют преимущественно для пролетов свыше 60 м в спортивных, зрелищно-спортивных зданиях, выставочных павильонах, аэровокзалах. Висячие конструкции выполняют из металла – тросов, прутков, тонколистовых мембран, сеток, металлических лент (рис. 39). Принципиальными особенностями, определяющими специфику висячих систем, являются их высокая деформативность и аэродинамическая неустойчивость.
Мембранные покрытия получили развитие в связи с появлением специализированных заводов металлических конструкций, позволяющих изготовлять тонколистовые (2–5 мм) рулонные заготовки шириной до 10 м и длиной на пролет. На строительстве рулоны раскатывают по специальной «постели» из направляющих. В качестве направляющих используют стальные полосы, балки или висячие фермы. Элементы постели обеспечивают одновременно стабилизацию покрытия. Продольные края «лепестков» соединяют друг с другом шовной сваркой или высокопрочными болтами (рис. 45
Стрела провиса мембран составляет 1/15–1/20 пролета, форма поверхности покрытия на круглом плане – параболоид вращения, на эллиптическом – эллиптический параболоид. Преимуществом мембранных покрытий перед покрытиями из стержней и тросов является совмещение мембранной оболочкой несущих и ограждающих функций.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Металлические каркасы многоэтажных зданий
Стальные несущие конструкции можно применять для многоэтажных зданий любой высоты, однако, практика проектирования и строительства рекомендует использовать металлический каркас при количестве этажей 40 и более. Главным преимуществом стального каркаса является возможность использовать большой шаг колонн при их малом поперечном сечении и большие пролёты перекрытий от 6 до 18 м. С применением стальных ферм, имеющих высоту этажа, возможно перекрывать пролёты от 30 до 60 м. Большой шаг расположения колонн повышает гибкость планировки помещений здания.
3.2 Объемно-планировочные решения и компоновка каркаса многоэтажных зданий
Объемно-планировочное решение здания должно удовлетворять функциональным и санитарно-гигиеническим требованиям, для чего необходимо определить состав, размеры и взаимное расположение основных, обслуживающих, коммуникационных и технических помещений.
Применяемые планировочные решения должны вписываться в модульную сетку разбивочных осей и высоты этажей. Для общественных зданий рекомендуются следующие сетки колонн: 6х6; 6х9; 6х12; 9х9; 12х12 м. Высоту этажа принимают равной 3,3; 3,6; 4,2 м и более с модулем 0,6 м. Возможные планы многоэтажных зданий приведены на рис. 3.1.
Рисунок 3.1 – Формы планов многоэтажных зданий
а – здания с компактными планами; б – то же, с протяженными
Любое каркасное здание состоит из отдельных элементов, выполняющих в общей системе определенные функции. В зависимости от вида конструктивно схемы каркаса многоэтажные здания подразделяют на:
Стальные несущие конструкции рационально применять в каркасных и смешанных системах. Зависимость применения тех или иных систем в зависимости от высоты здания приведена на рис. 3.2.
Рисунок 3.2 – Области применения разных конструктивных систем
а – обычная рамная система; б – связевая или рамно-связевая с диафрагмами жесткости или внутренним стволом; в – то же, с ростверками; г – рамная система с внешней пространственной рамой; д – секционно-рамная система; е – связевая система с внешним стволом в виде пространственной фермы.
В рассматриваемом случае речь идёт о многоэтажных зданиях, для которых наиболее целесообразными, исходя из рис. 3.2, являются обычная рамная, связевая и рамно-связевая с диафрагмами жесткости или внутренним стволом, ростверками системы.
Рамные системы
Рамные каркасы обычно состоят из прямоугольной сетки горизонтальных балок и вертикальных колонн, соединенных между собой жесткими узлами.
В обычной рамной системе (рис. 3.3, а) колонны регулярно расположены по всему плану здания с шагом 6, 9 м. Жесткие рамы при горизонтальных нагрузках работают за счет изгиба колонн и балок. Подобные системы экономичны в зданиях высотой не более 30 этажей.
Системы с внешней пространственной рамой (рис. 3.3, б). При частом расположении колонн конструктивные элементы внешней рамы выполняют функции фахверка наружной стены и для ее устройства не требуется дополнительных элементов.
Дальнейшим развитием рамных систем является рамно-секционная система (рис. 3.3, в). Эта система позволяет завершать различные секции на разной высоте без существенного усложнения конструкций, придавая зданию ступенчатый вид. Ригели перекрытий в пределах отдельных секций обычно опирают на колонны шарнирно.
Рисунок 3.3 – Схемы основных рамных систем
а – обычная, б – с внешней пространственной рамой; в – рамно-секционная; 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – плоскость одного из перекрытий
Связевые системы
В связевых системах (рис. 3.4) горизонтальная жесткость обеспечивается за счет работы диагональных элементов и колонн при шарнирном примыкании ригелей. Связевая система работает на горизонтальные нагрузки как консоль, защемленная в фундаменте, нагрузки на которую передаются посредством жестких дисков перекрытий.
Связевая конструкция может быть решена в виде плоских диафрагм (рис. 3.4, а) или в виде пространственных стволов жесткости (рис. 3.4, б, в, г), которые могут располагаться как внутри здания, так и снаружи, образуя внешний ствол.
Внутренний ствол жесткости может быть решен в виде замкнутой железобетонной конструкции. Такой ствол целесообразно совмещать с лифтовыми или коммуникационными шахтами.
По расходу стали связевые системы более эффективны, чем рамные, так как большая часть колонн освобождена от внутренних усилий изгиба.
Рисунок 3.4 – Схемы основных связевых систем
а – с диафрагмами жесткости; б – с внутренним решетчатым стволом; в – с внутренним железобетонным стволом; г – с внешним стволом; 1 – диафрагмы; 2 – колонны; 3 – ригели; 4 – внутренний железобетонный ствол; 5 – внешний ствол; 6 – наружные диафрагмы
Рамно-связевые системы
Рамно-связевые системы (рис. 3.5) имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположенными в одной или разных плоскостях со связями. В продольном направлении жесткость обеспечивается за счет рамных узлов примыкания ригелей к колоннам, а в поперечном – за счет связевых диафрагм по торцам здания. Ветровые нагрузки в поперечном направлении передаются через горизонтальные диски перекрытий на торцовые диафрагмы.
Рисунок 3.5 – Схемы рамно-связевых систем
а – рамно-связевые системы с жесткими включениями; б – то же, с поясами жесткости; в – то же, с поясами жесткости и ростверками
При проектировании каркасов многоэтажных зданий не всегда сохраняется регулярность системы и единый принцип ее построения. В некоторых случаях наиболее рациональным решением является комбинированная схема.
Примеры использования стальных каркасов при строительстве многоэтажных зданий приведены на рис. 3.6-3.9.
Современное строительство характеризуется тенденцией к максимальному снижению массы конструкций с целью уменьшения материалоемкости и стоимости строительно-монтажных работ; в связи с этим совершенствование конструкций здания идет в направлении использования высокопрочных сортов стали и сплавов, тонкостенных прокатных и гнутых профилей, внедрения предварительно напряженных конструкций из металла и создания облегченных конструктивных систем здания с растянутыми поверхностями из тонких листов.
Рисунок 3.6 – Чикаго «Либерти Мьючиал Иншуренс билдинг»
Рисунок 3.7 – Поперечный разрез и фрагмент фасада «Мезон Кларте» Женева
Рисунок 3.8 – Шоколадная фабрика в Наузье-на-Марне
Рисунок 3.9 - Любонь (Познань). Химическая фабрика
Конструктивные решения
Колонны
Колонны многоэтажного каркасного здания являются основными конструктивными элементами каркаса. (рис. 3.10 – основные типы сечений колонн). Двутавровые профили – самай распространенная форма сечения колонн. Она особенно удобна при необходимости крепления к колоннам балок перекрытий в двух направлениях, так как все элементы двутавра доступны для организации опорных узлов.
Рисунок 3.10 – Типы сечений колонн многоэтажных зданий
а – двутавровые; б – замкнутые; в – крестовые; г – полые прокатные; д - сквозные
Ригели и балки перекрытий
В многоэтажном строительстве наиболее часто применяют балки со сплошной стенкой при пролётах до 12 м и выполняют их из обычных, широкополочных или сварных двутавров. При больших пролётах (более 12 м) и больших нагрузках в качестве ригелей могут быть использованы фермы.
Основные типы сечений ригелей и балок перекрытий многоэтажных зданий представлены на рис. 3.11.
Рисунок 3.11 – Типы сечения ригелей и балок перекрытий
а – балочные профили; б – фермы; 1 – усиления балок в сечениях с максимальных изгибающим моментом; 2 – железобетонная плита перекрытия
Базы колонн
В каркасах многоэтажных зданий, как правило применяют базы для безвыверочного монтажа колонн. Плиту базы с фрезерованной или строганной верхней поверхностью устанавливают на фундамент по разбивочным осям, ориентируясь на риски, выверяют с помощью установочных болтов и подливают цементным раствором (рис. 3.12).
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Читайте также: