Конструктивные схемы зданий

Общие сведения.Многоэтажные гражданские каркасные и панельные (бескаркасные) здания для массового строительства проектируют высотой 12…16 этажей, а в ряде случаев — 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоту этажей выбирают в соответствии с требованиями типизации элементов конструкций и унификации габаритных параметров. Конструктивные схемы зданий, возводимых из сборных элементов, характерны постоянством геометрических размеров по высоте, регулярностью типовых элементов конструкций, четким решением плана.

Каркасные конструкции. Их применяют для различных административных и общественных зданий с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домов высотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями многоэтажного каркасного здания в гражданском строительстве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные перекрытия.

Панельные конструкции. Их применяют для жилых домов, гостиниц, пансионатов и других аналогичных зданий с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основными несущими конструкциями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, расположенными в поперечном или продольном направлении, и связывающие их междуэтажные перекрытия. Панели наружных стен навешивают на торцы панелей несущих стен. Многоэтажное панельное здание как в поперечном, так и в продольном направлениях воспринимает горизонтальную нагрузку по связевой системе

В зданиях с центральным ядром жесткости в целях обеспечения удобной свободной планировки сетку колонн укрупняют, в ряде решений внутренние колонны исключают и элементы перекрытий опирают на наружные колонны и внутреннее ядро жесткости. Ригели перекрытий пролетом 12...15.м проектируют предварительно напряженными, шарнирно связанными с колоннами, панели перекрытий — пустотными или коробчатыми.

Основные вертикальные конструкции

Многоэтажные рамы высотой до 16 этажей имеют колонны постоянного сечения по всей высоте здания (рис. 21,а). Увеличение несущей способности колонн нижних этажей достигают повышением класса бетона, процента армирования, применением жесткой арматуры. Элементы сборных колонн в целях снижения трудоемкости на монтаже выполняют размером на 2...4 этажа.

Стыки ригелей с колоннами выполняют жесткими на консолях, бесконсольными и шарнирными (см. предыдущую лекцию). При жестком соединении ригелей с колоннами существенно повышается общая жесткость многоэтажного здания и достигается экономия металла на армирование ригелей (по условиям прочности, трещиностойкости и предельных прогибов).

Вертикальные связевые конструкции в виде ядер жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборных ядрах жесткости элементы стенок малоповторяемы; кроме того, из-за значительных сдвигающих усилий, возникающих в углах стенок, на монтаже увеличивается объем сварочных работ.

Монолитные ядра жесткости армируют вертикальными пространственными каркасами, которые на монтаже стыкуют соединительными стержнями (рис. 23). Перемычки над проемами армируют горизонтальными каркасами. Продольную и поперечную арматуру ядер жесткости и перемычек назначают по расчету. Толщину стенок ядер жесткости также устанавливают по расчету (обычно 200...400 мм), По условиям технологии возведения в скользящей опалубке наименьшая толщина стенок – 200 мм. Стены и перемычки ядер жесткости могут быть предварительно напряженными. Для монолитных ядер жесткости применяют бетон классов В15, В25.

Панели внутренних несущих стен в панельных зданиях по условиям требуемой звукоизоляции выполняют толщиной 140...180 мм из тяжелого бетона. При такой толщине обеспечивается несущая способность этих панелей в зданиях высотой до 16 этажей. Несущую способность панелей стен зданий большей высоты увеличивают, применяя в нижних этажах бетон более высокого класса и увеличивая толщину железобетонных панелей.

Панели несущих стен армируют конструктивной вертикальной арматурой у каждой поверхности панели в количестве 30 мм² на 1 м длины горизонтального сечения панели. Площадь сечения горизонтальной распределительной арматуры у каждой грани должна составлять не менее 3 мм² на 1 м вертикального сечения железобетонные панели несущих стен армируют двойной вертикальной арматурой так, чтобы у каждой поверхности минимальный процент армирования горизонтальных сечений при бетоне класса В15 составлял 0,1, а при бетоне класса В 25 или В 30 – 0,15. Чтобы повысить сопротивление опорных сечений железобетонных панелей (с целью компенсации обрываемой продольной арматуры), применяют косвенное армирование приопорных участков сетками.

Расчётные нагрузки

Расчётную ветровую нагрузку для зданий высотой 12 этажей и более (40 м и более) при расчёте прочности определяют с учетом динамического воздействия пульсаций скоростного напора, вызванных порывами ветра. Кроме того, должна быть выполнена проверка ускорения колебаний многоэтажного здания при порывах ветра, которое ограничивается а<150 мм/с².

Прогибы многоэтажного здания определяют от действия нормативной ветровой нагрузки. Прогиб верхнего яруса каркасного здания ограничивается по нормам значением, равным f<H/500.

Горизонтальную ветровую нагрузку (увеличивающуюся кверху) при расчете многоэтажных зданий заменяют эквивалентной, равномерно распределенной, или же эквивалентной нагрузкой, распределенной по трапеции. При равномерно распределенной нагрузке получают более компактные расчетные формулы и практически точные значения перемещений и усилий в расчетных сечениях. Эквивалентную, равномерно распределенную ветровую нагрузку определяют по моменту в основании:

р = 2M_act /H²,

где M_act — момент в основании от фактической ветровой нагрузки.