Железобетон

Сборный железобетонный унифицированный каркас

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

1. ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ КАРКАСА

Основами для формирования конструктивной схемы здания являются архитектурно-планировочное решение и функциональное назначение здания, которые в свою очередь формируются с учетом системы конструкций.

Компоновка здания на основе унифицированного каркаса не определяется каким-либо заранее заданным набором схем, регламентирующих объемно-планировочное решение здания. Общие компоновочные схемы конструкций разрабатываются применительно к каждому конкретному объекту с соблюдением правил и принципов, установленных в системе.

Как уже отмечалось, в основу унифицированного каркаса положена связевая статическая схема.

Принципы образования связевых систем жесткости. В связевых каркасах горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются вертикальными связевыми диафрагмами, передающими эти нагрузки на фундамент. Общая устойчивость здания обеспечивается совместной работой горизонтальных дисков перекрытий и вертикальных диафрагм    жесткости как при изгибных, так и при изгибно-крутильных формах потери устойчивости.

Это определяет необходимость устройства как минимум трех; плоских диафрагм жесткости с горизонтальными осями, не пересекающимися в одной точке, т. е. в каждом температурном блоке здания необходимы две диафрагмы одного направления и одна диафрагма, нормальная двум первым. Замкнутое, обладающее крутильной жесткостью, ядро является оптимальным решением связевой системы. Вертикальные диафрагмы жесткости в зданиях, как правило, размещают с таким расчетом, чтобы общий центр изгиба диафрагм жесткости совпал с общим центром масс здания и с точкой приложения равнодействующих горизонтальных ветровых нагрузок обоих направлений.

Для увеличения жесткости связевых систем рекомендуется объединять плоские диафрагмы жесткости в пространственные. Получаемые таким образом ядра жесткости могут быть как сборными, так и монолитными.

Оптимальным решением при проектировании каркасов связевой системы является пространственная компоновка связей в виде связевого ядра. Если по архитектурно-планировочным соображениям такая компоновка связей невозможна, связевые диафрагмы могут быть выполнены плоскими при обязательном условии проектирования их сквозными на всю ширину здания. Благодаря высокой жесткости таких систем расстояние между связевыми стенками может быть увеличено до 48 м, что обеспечивает необходимую гибкость планировки (особенно ценную в общественных зданиях).

Проектирование связевых систем в виде отдельных, разбросанных в плане здания стенок нецелесообразно и может быть допущено только в каркасных зданиях относительно небольшой высоты— до 16 этажей. Недостатком первых каркасных зданий, например домов серии МГ-601Д, является именно неудачная компоновка связевой системы, принятой в виде отдельных узких стенок. обладающих малой изгибной жесткостью. Это привело к необходимости выполнения большого числа связевых диафрагм, расположенных с шагом всего 12 м, что сделало конструкцию каркаса трудоемкой и неэкономичной по расходу материалов. Если бы отдельные связевые диафрагмы были объединены в общую свя-зевую систему с шириной, равной ширине здания, расстояние между связевыми стенками можно было бы увеличить с 12 до 30 м, получив при этом более высокую жесткость здания.

При устройстве проемов в плоскости связей в среднем модуле здания рекомендуется выполнять диафрагму жесткости с перемычкой, обеспечивающей совместную работу отдельных связевых стенок как единого элемента, т. е. рассчитанной на восприятие сдвигающих усилий.

Систему пилонов следует распределять равномерно по плану здания. Из трех возможных схем размещения поперечных плоских пилонов в здании с протяженным планом лучшей является схема, с тремя сильно развитыми плоски ми пилонами. Здание   гостиницы высотой 75 м   имеет систему плоских и угловых пилонов.

Диафрагмы, входящие в общую систему жесткости здания, рекомендуется принимать одной высоты с сохранением основных геометрических размеров поперечных сечений по всей высоте. Перебивка диафрагм по этажам не рекомендуется.

Изменение поперечных сечений во всех диафрагмах целесообразно производить по возможности в одинаковых уровнях, сохраняя положение вертикальных осей, соединяющих центры тяжести и центры изгиба сечений. При несоблюдении этих рекомендаций в системе жесткости здания возрастают внутренние усилия.

Следует избегать возникновения растягивающих усилий в нижних частях диафрагм по высоте.

Расположение диафрагм в торцах здания создает значительные трудности при монтаже наружных стеновых панелей, поэтому при проектировании избегают подобных решений.

Допускается не доводить на один-два этажа диафрагмы жесткости до покрытия.

При конструировании диафрагм из сборных элементов рекомендуется не перебивать вертикальные швы между элементами; не устраивать в пролете между двумя колоннами более одного дверного проема; дверные проемы, регулярно расположенные по высоте, должны по возможности размещаться один над другим; в-уровнях горизонтальных стыков элементы диафрагм должны быть закреплены от перемещений из их плоскости.

Приведенные рекомендации, выработанные практикой проектирования, не являются обязательными, однако если они не соблюдаются, возникают конструктивные осложнения: при устройстве более одного дверного проема в пролете между колоннами осложняется работа конструкций диафрагмы на внецентренное сжатие и сдвигающие усилия; при несовпадении дверных проемов по высоте осложняется работа простенков на внецентренное сжатие и работа перемычек над проемами на сдвигающие усилия и изгиб. В этих случаях общая несущая способность диафрагм соответственно уменьшается.

Система диафрагм и архитектурно-функциональное решение здания должны быть максимально взаимоувязаны.

В целях уменьшения перекосов и депланаций перекрытий необходимо по возможности увеличивать длину панелей перекрытия,, примыкающих к связям.

Размеры поперечных сечений диафрагм жесткости, не имеющих развитых фибр, следует назначать не менее '/б—Vs высоты надземной части здания. При развитых фибрах они могут быть уменьшены до Vio высоты. Однако это ведет к избыточному расходу материала в диафрагмах.

В зданиях с протяженным планом расстояние между параллельными поперечными диафрагмами следует принимать не более 30 м, расстояние от торца здания до крайнего пилона — не более 12 м.

Рамная схема с упругопластическими узлами. Тяжелый каркас проектируется по рамно-связевой схеме. При современном состоянии методов расчета рамных схем с упругопластическими приспособляющимися узлами рекомендуется применять такие узлы лишь в зданиях с простым объемным решением. Эти здания должны, как правило, иметь прямоугольный план, регулярную сетку колонн и единую высоту. Каркас в таких зданиях поперечный с ориентацией ригелей в направлении короткой стороны плана.

В перспективе по мере разработки методов расчета и конструирования рам с приспособляющимися узлами должны выявиться возможности проектирования зданий сложной объемной композиции с полной рамной или смешанной схемой.

При использовании в зданиях с тяжелым каркасом рам должна применяться смешанная конструктивная схема: рамная — в направлении основных ригелей перекрытий (рамы первого вида), связевая — в направлении, перпендикулярном ригелям. Рамная схема в направлении, перпендикулярном основным ригелям перекрытий (рамы второго вида), из-за повышенной металлоемкости и трудоемкости по сравнению с диафрагмами жесткости может применяться только в вынужденных случаях, когда устройство диафрагм жесткости невозможно.

Рамы первого вида в основном образуются колоннами и ригелями тяжелого каркаса. Верхние ригели многоэтажных рам, загруженные нагрузками от покрытий, и поддерживающие их колонны могут приниматься из изделий легкого каркаса. Ригели всегда опираются на железобетонные консоли колонн.

Торцовые рамы образуются аналогично рядовым, но с использованием фасадных ригелей.

Рамы первого вида следует образовывать регулярно по всем рядам колонн, используя все ригели основного направления.

Рамы второго вида образуются теми же колоннами, что и рамы первого вида, и ригелями тяжелого каркаса, опирающимися на стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн. Устройство этих рам по фасадным осям не рекомендуется; их следует располагать по внутренним осям здания.

Стальные столики, привариваемые к колоннам, предназначены для опирания ригелей с вертикальными нагрузками — не более 50 % расчетных нагрузок на железобетонные консоли колонн, поэтому ригели продольных рам могут использоваться для опирания панелей перекрытий с неполными нагрузками.

Деформационные швы. С учетом развития температурно-усадочных деформаций здания проектируют в виде одного или нескольких температурных блоков, разделяемых температурными швами. Каждый блок рассматривается как отдельное сооружение со своей системой диафрагм жесткости.

В соответствии с п. 1.23 главы СНиП П-21-75, расстояния между температурными швами определяют расчетом. Однако, как показала практика проектирования каркасных зданий, при расчетах конструкций выявляются значительные температурные усилия в нижних дисках перекрытий, которые должны возникать в процессе монтажа. В то же время опыт строительства зданий значительной протяженности без температурных- швов показывает, что в них не наблюдается разрывов монтажных соединительных деталей в нижних дисках перекрытий в зимний период, трещин в отдельных ригелях и плитах перекрытий или других повреждений конструкций. Накопленный опыт позволяет рекомендовать проектирование отапливаемых зданий с унифицированным сборным железобетонным каркасом длиной до 150—200 м без температурных швов, устройство которых значительно усложняет конструкцию, ухудшает эксплуатационные качества здания. При этом необходимо исключить возможность резких ослаблений дисков перекрытий и обеспечить приблизительную равнопрочность сечений дисков на растяжение и изгиб.

Сложные в плане здания с резкими ослаблениями дисков перекрытий следует расчленять температурными швами. В этих случаях рекомендуется упрощенная конструкция температурных швов на совмещенных осях.

Температурные швы между увеличенными блоками, имеющими размеры в плане более 150 м, следует выполнять между спаренными рядами колонн.

Для того чтобы уменьшить влияние температурных деформаций на усилия в дисках перекрытий и диафрагмах жесткости, последние размещают на оптимальных расстояниях от центра здания.

В зданиях со связевым каркасом осадочные швы обычно не требуются, поскольку опорные закрепления ригелей и панелей перекрытий допускают их повороты при относительных разницах осадок соседних рядов колонн в пределах, разрешенных нормами (п. 2 табл. 18 главы СНиП П-15-74).

В сопряжениях различных объемов зданий с расчетной относительной разницей осадок соседних рядов колонн, превышающей 0,006, рекомендуется устройство «осадочных пролетов» с независимыми фундаментами сопрягающихся объемов и свободным опира-нием ригелей и панелей перекрытий. В этих пролетах размещение пилонов и диафрагм жесткости не допускается. Все стены, перегородки и другие конструкции в «осадочных пролетах» должны быть запроектированы с учетом расчетной разницы осадок.

Устройство консольных свесов. В ряде случаев по архитектурно-планировочным требованиям возникает необходимость устройства в каркасных зданиях консольных свесов, что представляет достаточно сложную инженерную задачу. Для этих целей в номенклатуре унифицированного каркаса предусмотрены соответствующие изделия.

Узлы сопряжений консольных ригелей и колонн жесткие.

Консольные свесы применяются только в связевых каркасах, где их устройство не вызывает значительных дополнительных усилий на рамы каркаса и существенно не усложняет конструкцию каркаса в целом.

Устройство консольных свесов в рамных каркасах не рекомен

дуется. Вследствие высокой жесткости узлов консольного карка

са, многократно превышающей жесткость упругопластичных при

способляющихся рамных узлов, возникает существенное и трудно

определимое перераспределение изгибающих моментов в рамах

каркаса, имеющих различную жесткость. Методы расчета таких

систем в настоящее время не разработаны.

Нарушения рациональной компоновки каркасных зданий. Рассмотрение практики многоэтажного строительства показывает, что вопросам рациональной компоновки в каркасах зачастую не уделяется достаточного внимания. Можно наблюдать высокую разнотипность ячеек и относительно большое разнообразие шагов, т. е. недостаточное соблюдение принципа модульности, препятствующее стандартизации элементов каркаса; значительные отклонения от оптимального по экономической целесообразности шага конструкций, приводившие к увеличению расхода стали и# усложнению конструктивных форм элементов каркаса; недостаточно четкую компоновку по вертикали, выражающуюся в смещении осей колонн по вертикали, т. е. в устройстве так называемых «подвесных» колонн, что также приводит к неоправданному увеличению расхода стали.