Основні (однорідні) конструктивні системи
Конструктивна система будівель
Щоб вільно творчо компонувати різні будівлі вкрай важливо досконало знати сучасні інженерні конструкції і вміло застосовувати їх відповідно до їх можливостями і економікою.
Конструктивне рішення будівлі в цілому визначається на першому етапі проектування вибором конструктивної системи і конструктивної схеми.
Вибір конструктивної системи впливає на планувальне рішення, архітектурну композицію і економічну цілий ?? есообразность проекту.
У свою чергу на вибір системи впливають типологічні особливості проектованої будівлі, його поверховість і інженерно-геологічні умови будівництва.
Конструктивною системою будівлі прийнято називати сукупність взаємопов'язаних конструкцій будівлі, що забезпечують його міцність, жорсткість і стійкість. Прийнята конструктивна система будинку повинна забезпечувати міцність, жорсткість і стійкість будівлі на стадії зведення і в період експлуатації при дії нд ?? ех розрахункових навантажень і впливів.
Вибір конструктивної системи будівлі визначає статичну роль кожної з його конструкцій. Матеріал конструкцій і техніку їх зведення визначають при виборі будівельної системи будівлі.
Конструктивна система повинна бути однорідною (основний) або комбінованої.
З огляду на залежність відзовнішніх виду несучої конструкції (її схожість на стійку, пластину, оболонку і об'ємний елемент) розрізняють п'ять класичних (базових) конструктивних систем:
ü каркасну (вертикальна несуча конструкція колона),
ü стінну (діафрагмовим, бескаркасную) (вертикальна несуча конструкція стіна),
ü об'ємно-блочну (несуча конструкція блок),
ü ствольную (об'ємно-просторова внутрішня несуча конструкція стовбури жорсткості (ядро жорсткості));
ü оболонкову (периферійних) (об'ємно-просторова зовнішня несуча конструкції на висоту будівлі у вигляді тонкостінної оболонки замкнутого профілю, що утворює одночасно і зовнішню захисну конструкцію будівлі).
Впровадження в будівництво двох останніх видів конструктивних систем (ствольної і оболонкової) почалося з 60годов минулого століття. Їх винахід запатентовано американським інженером Ф.Каном в 1961ᴦ.
Мал. .... Плани базових конструктивних систем житлових будинків: а - каркасна; б - безкаркасні; в - об'ємно-блокова (столбчатая); г - ствольна; д - оболонкові.
Найдавнішою конструктивною системою, що діє в наші дні, є стійко-балочна система. Вона виникла ще в епоху неоліту.
Стійко-балочна конструкція складається з вертикальних і горизонтальних стрижневих несучих елементів. Вертикальний елемент - стійка (колона, стовп) - являє собою прямолін ?? ейний стрижень, який сприймає нд ?? е вертикальні навантаження від горизонтального елемента (балки); горизонтальні навантаження, що припадають на стійку, і передає зусилля від цих впливів на фундамент. При цьому сама стійка працює на стиск і вигин. Горизонтальний елемент стійко-балкової системи - балка (брус) - прямолін ?? ейний стрижень, що працює на поперечний вигин під дією вертикальних навантажень.
Сполучення вертикальних і горизонтальних елементів можуть мати різну жорсткість, що відбивається на характері їх спільної роботи.
ü При шарнірному закріпленні балки мають свободу горизонтальних переміщень і повороту на опорі, в зв'язку з цим вони передають на стійки тільки вертикальні зусилля.
ü При жорсткому сполученні балки зі стійкою забезпечується спільність їх деформацій і переміщень в вузлі сполучення і можливість передачі моменту, що вигинає від балки на стійку. Такий варіант стійко-балкової системи носить назву рами або рамної конструкції, а жорсткий вузол сполучення балки зі стійкою - рамного вузла.
Стійко-балкові конструкції виконують з різною кількістю прольотів і ярусів (поверхів). Система несучих конструкцій будівлі у вигляді багатопролітної і багатоповерхової стійко-балкової конструкції прийнято називати каркасної системою.
Каркас вдають із себясістему, що складається із стрижневих несучих елементів - вертикальних (колон) і горизонтальних балок (Ригел ?? їй), об'єднаю ?? енних жорсткими горизонтальними дисками перекриттів і системою вертикальних зв'язків.
Системі притаманне чітке розділ ?? ення на несучі та огороджувальні конструкції. Несучий остов (колони, ригелі і диски перекриттів) сприймає нд ?? е навантаження, а зовнішні стіни виконують роль огороджувальних конструкцій, іноді сприймаючи власну вагу (самонесучі стіни). Це дає можливість застосовувати матеріали міцні і жорсткі - для несучих елементів каркасу, і тепло - звукоізоляційні матеріали - для огороджувальних. Використання високоефективних матеріалів дозволяє домогтися зниження ваги будівлі, що позитивно позначається на статичних властивості будівлі.
Каркасна система з просторовим рамним каркасом застосовується переважно в будівництві багатоповерхових сейсмостійких будівель, висотою більше дев'яти поверхів, а також в звичайних умовах будівництва при наявності відповідної виробничої бази.
Каркасна система - основна в будівництві громадських і промислових будівель. У житловому будівництві обсяг її застосування обмежений не тільки з економічних міркувань. Основа протипожежних вимог під час проектування житлових будинків - послідовне створення вертикальних перешкод вогню - брандмауерів. У спорудженні каркасного типу створення брандмауерів велося по врахуванню між колонами вогнетривких вертикальних діафрагм жорсткості. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, заздалегідь обмежувалися можливості просторового планування, основного переваги каркасних систем.
Системи перекриттів з давніх-давен проектувалися з стереотипного підходу до компонування балочної клітки, ᴛ.ᴇ. складалися з балок (Ригел ?? їй) і настилу, так конструктивно вирішуються і дерев'яні перекриття. Далі з'являються жел ?? езобетонние ребристі плити перекриття, в яких даний підхід вже злитий в один конструктивний елемент. З'явилися пізніше плоскі пустотні плити перекриттів - є значним кроком в проектуванні систем будівель нового типу.
В індустріальних житлових будинках, в порівнянні з традиційними спорудами, що мали змішані покриття, що включали фрагменти дерев'яних перекриттів, горизонтальні несучі конструкції вперше починають виконувати роль''діафрагм жесткості'', крім того, перекриття сприймають горизонтальні навантаження і впливу (вітрові, сейсмічні та ін.) І передають зусилля від цих впливів на вертикальні конструкції.
Передача горизонтальних навантажень і впливів здійснюється двояко: або з распредел ?? еніем їх на вс ?? е вертикальні конструкції будівлі, або на окремі спеціальні вертикальні елементи жорсткості (стіни, діафрагми жорсткості, гратчасті вітрові зв'язку або стовбури жорсткості). Індустріальний тип будівель надає і проміжні рішення - передача навантаження можлива з распредел ?? еніем горизонтальних навантажень в різних пропорціях між елементами жорсткості і конструкціями, які працюють на сприйняття вертикальних навантажень.
Каркаси, що застосовуються в цивільному будівництві, можна класифікувати за такими ознаками:
1. За характером статичної роботи:
- рамні - з жорстким з'єдн ?? еніем несучих елементів (колони, ригелі) в вузлах в ортогональних напрямках плану будівлі. Каркас сприймає нд ?? е вертикальні і вс ?? е горизонтальні навантаження. Каркас, що складається з поперечних і поздовжніх рам (рамний каркас), володіє просторової жорсткістю: його деформації під впливом силових впливів мінімальні і не порушують експлуатаційних якостей будівлі. Рамні каркасні системи рекомендується застосовувати для малоповерхових будівель.
Жорстке з'єдн ?? ення - це ....
- рамно-зв'язкові - з жорстким з'єдн ?? еніем в вузлах колон і ригелів ?? їй в одному напрямку плану будівлі (створення рамних конструкцій) і вертикальними зв'язками, розставленими в перпендикулярному напрямку рам каркаса. Зв'язками служать стрижневі елементи (хрестові, портальні) або станів діафрагми, що з'єднують сос ?? едніе ряди колон. Вертикальні і горизонтальні навантаження сприймаються рамами каркаса і вертикальними пілонами жорстких зв'язків. Рамно-связевиє каркасні системи рекомендується застосовувати, в разі якщо вкрай важливо скоротити кількість діафрагм жорсткості, необхідних для сприйняття горизонтальних навантажень.
- связевиє - відрізняються простотою конструктивного рішення з'єдн ?? ень колон з ригелями, що дає рухливе (шарнірне) закріплення. Каркас (колони, ригелі) сприймає тільки вертикальні навантаження. Горизонтальні зусилля передають на зв'язку жорсткості - ядра жорсткості, вертикальні пілони, стрижневі елементи. Каркас з шарнірними сполученнями просторової жорсткістю не володіє. Для її забезпечення вводяться спеціальні конструкції вертикальних зв'язків. Як зв'язків бувають використані окремі стіни (діафрагми жорсткості), рами, розкоси і ін.
Шарнірне з'єдн ?? ення - це ... ..
Мал. 23 Стійко-балочна конструктивна система
а - стійка; б - балка; в - стійко-балочна система з шарнірним сполученням елементів; г - то ж, з рамним; д - рамно-связевая схема каркаса з варіантами конструкцій вертикальних зв'язків жорсткості у вигляді рам (1), стін (2), розкосів (3); е - рамна схема каркаса; ж - збірні жел ?? езобетонние елементи стійко-балкової системи; 4 - двоповерхова колона; 5 - колона безбалковими перекриття; 6 і 7 V і Т - образні колони; 8 - суміщений стійко-балковий елемент; 9 - поєднана конструкція ригеля і стінки жорсткості; 10 - ригель перекриття; 11 - балка покриття; 12 - ферма
Мал. .... Каркасні конструктивні системи
а. б - зв'язкові з вертикальними діафрагмами жорсткості; в - те ж, з розподільним ростверком в площині вертикальної діафрагми жорсткості; г - рамна; д - рамно-связевая з вертикальними діафрагмами жорсткості; е - те ж, з жорсткими вставками
1 - вертикальна діафрагма жорсткості; 2 - каркас з шарнірними вузлами; 3 - розподільний ростверк; 4 - рамний каркас; 5 - жорсткі вставки
- жел ?? езобетонний каркас. виконуваний в збірному, монолітному або збірно-монолітному варіантах. Крок колон, як правило приймають 6 * 6м.
- металевий каркас. часто застосовується при будівництві громадських і багатоповерхових будинків, що зводяться за індивідуальними проектами.
- дерев'яний каркас в будівлях не вище 2-х поверхів.
Приклади пристрою металевого каркаса:
З'єдн ?? ення елементів рам між собою - фланцеве, на високоміцних болтах з попередньої затягуванням
Жорсткість каркаса будівлі в цілому забезпечується системою гнучких вертикальних і горизонтальних зв'язків, що встановлюються з попереднім натягом, і розпірок
У житлове та офісне будівництво технології будівництва з металу масово увійшли завдяки розробці металокаркасних технологій і зусиллям американських будівель ?? їй. Перша будівля з металевим каркасом заввишки нд ?? його 11 поверхів з'явилося на самому початку ХХ століття в Нью-Йорку. Справжній розквіт будівництва з них почався, коли в Америці підскочили вгору хмарочоси. У Росії чудовим прикладом будівлі з металевим каркасом є закладений в 1949года 36-поверхової будівлі МДУ на Воробйових горах.
Слід зазначити, що до ненавнего часу в Росії будівельні металоконструкції так і залишалася долею унікальних споруд. Крига скресла після перебудовних 90гожов минулого століття, але затребуваність таких будівель до недавнього часу була невисокою (для порівняння, частка будинків з МК в країнах Скандинавії досягає 80% - проти 5% в Росії). Перелом настав, коли на вітчизняному ринку з'явилися недорогі і якісні комерційні споруди з металу для сільського господарства, логістики та спорту. Сьогодні затребуваність їх зростає з кожним роком, а поява подібних технологій в житловому будівництві обіцяє справжню революцію в цінах і якості квартир.
Приклад рішення металевого каркаса для багатоповерхового житлового будинку.
