Архитектурные конструкции многоэтажных зданий Общие требования предъявляемые к многоэтажным зданиям Многоэтажные жилые здания – жилые здания от 6 до9 этажей; здания повышенной этажности – от 10 до 25 этажей. По требованию к необходимому минимальному количеству лифтов в зависимости от этажности: Здания 6 – 9 этажей требуют наличия 1 лифта; здания 10 – 19 этажей. 2 лифтов; здания 20 – 25 этажей. В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 2009 № 384ФЗ Технический регламент о безопасности зданий и...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Тема 1. Конструктивные системы многоэтажных зданий. Лекция 1, 2, 3

Литература:

1. Пособие по проектированию жилых зданий. Выпуск 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85).

2. Магай А.А. Архитектурное проектирование высотных зданий и комплексов. М., АСВ, 2015.

Архитектурные конструкции многоэтажных зданий

Общие требования, предъявляемые к многоэтажным зданиям

Многоэтажные жилые здания – жилые здания от 6 до9 этажей; здания повышенной этажности – от 10 до 25 этажей.

По требованию к необходимому минимальному количеству лифтов в зависимости от этажности:

Здания 6 – 9 этажей требуют наличия 1 лифта;

здания 10 – 19 этажей ………………. 2 лифтов;

здания 20 – 25 этажей………………... 3 лифтов.

В соответствии с Федеральным законом Российской Федерации от 2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" здания и сооружения делят на три уровня ответственности:

1) повышенный уровень ответственности - здания и сооружения, отнесенные к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам;

2) нормальный уровень ответственности - все здания и сооружения, за исключением зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности;

3) пониженный уровень ответственности - здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции здания или сооружения либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.

Расчетные значения усилий в элементах строительных конструкций и основании здания или сооружения должны быть определены с учетом коэффициента надежности по ответственности, принятое значение которого не должно быть ниже:

1) 1,1 - в отношении здания и сооружения повышенного уровня ответственности;

2) 1,0 - в отношении здания и сооружения нормального уровня ответственности;

3) 0,8 - в отношении здания и сооружения пониженного уровня ответственности.

Для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности ветровые и снеговые нагрузки рекомендуется определять на основе результатов продувки модели в аэродинамической трубе или численного моделирования. Прочностные расчеты несущих конструкций зданий и сооружений повышенного уровня ответственности следует выполнять не менее, чем по двум различным программным комплексам для повышения степени достоверности расчетов.

Типы конструктивных систем многоэтажных зданий.

Основные:

I — каркасная,

II — стеновая,

III — ствольная (ядро),

IV — оболочковая (труба).

Комбинации :

I+II — каркасно-стеновая,

I+III — каркасно-ствольная,

II+III — ствольно-стеновая,

II+IV — оболочково-стеновая,

III+IV — ствольно-оболочковая (труба в трубе).

Основные конструктивные системы

1. Каркасная КС

В каркасных конструктивных системах основными вертикальными несущими конструкциями являются колонны каркаса, на которые передается нагрузка от перекрытий непосредственно (безригельный каркас) или через ригели (ригельный каркас). Прочность, устойчивость и пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается совместной работой перекрытий и вертикальных конструкций. В зависимости от типа вертикальных конструкций, используемых для обеспечения прочности, устойчивости и жесткости, различают связевые, рамные и рамно-связевые каркасные системы.

При связевой каркасной системе применяется безригельный каркас или ригельный каркас с нежесткими узлами ригелей с колоннами. При нежестких узлах каркас практически не участвует в восприятии горизонтальных нагрузок (кроме колонн, примыкающих к вертикальным диафрагмам жесткости), что позволяет упростить конструктивные решения узлов каркаса, применять однотипные ригели по всей высоте здания, а колонны проектировать как элементы, работающие преимущественно на сжатие. Горизонтальные нагрузки от перекрытий воспринимаются и передаются основанию вертикальными диафрагмами жесткости в виде стен или сквозных раскосных элементов, поясами которых служат колонны (см. рис. 4). Для сокращения требуемого количества вертикальных диафрагм жесткости их рекомендуется проектировать непрямоугольной формы в плане (уголковой, швеллерной и т.п.). С той же целью колонны, расположенные в плоскости вертикальных диафрагм жесткости, могут объединяться распределительными ростверками, расположенными в верху здания, а также в промежуточных уровнях по высоте здания.

В рамной каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимает и передает основанию каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Рамные каркасные системы рекомендуется применять для малоэтажных зданий.

В рамно-связевой каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают и передают основанию совместно вертикальные диафрагмы жесткости и рамный каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Вместо сквозных вертикальных диафрагм жесткости могут применяться жесткие вставки, заполняющие отдельные ячейки между ригелями и колоннами. Рамно-связевые каркасные системы рекомендуется применять, если необходимо сократить количество диафрагм жесткости, требуемых для восприятия горизонтальных нагрузок.

В каркасных зданиях связевой и рамно-связевой конструктивных систем наряду с диафрагмами жесткости могут применяться пространственные элементы замкнутой формы в плане, называемые стволами. Каркасные здания со стволами жесткости называют каркасно-ствольными.

Каркасные здания, вертикальными несущими конструкциями которых являются каркас и несущие стены (например, наружные, межсекционные, стены лестничных клеток), называются каркасно-стеновыми. Здания каркасно-стеновой конструктивной системы рекомендуется проектировать с безригельным каркасом или с ригельным каркасом, имеющим нежесткие узлы соединения ригелей с колоннами.

В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт, на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия. По способу опирания междуэтажных перекрытий различают ствольные системы с консольным, этажерочным и подвесным опиранием этажей.

1.1. Каркасно-стеновая система (с неполным каркасом).

Наружные или внутренние стены в этой системе заменяются отдельными стойками каркаса, что придает гибкость планировочному решению, возможность создания относительно больших по площади помещений, внутри которых размещаются только колонны. Переставить или убрать перегородки при изменении назначения помещений относительно несложно. Недостатком этой системы является значительная материалоемкость наружных стен.

1.2. Каркасно-ствольная система.

Плоские диафрагмы жесткости каркаса объединяют в пространственную опору — ствол, обладающий значительно более высокой жесткостью, чем отдельные диафрагмы, и поэтому способный воспринимать более высокие горизонтальные нагрузки. Ствол воспринимает все горизонтальные нагрузки на здание и часть вертикальных. Стены ствола выполняют или из монолитного железобетона или из стали. При этой системе возможно шарнирное соединение элементов каркаса. Ствол, как правило, располагают в центральной части здания и его объем используют для размещения лифтов, лестниц и инженерных коммуникаций. Пространство между центральным стволом и наружными стенами свободно от опор. Каркас в этой системе стальной или железобетонный.

2. Несущая КС со стеновыми несущими элементами

В этих системах вертикальные несущие конструкции решаются в виде стен, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Стены объединяются в пространственную систему с помощью вертикальных диафрагм жесткости и горизонтальных дисков перекрытий.

Различают три основные схемы системы с несущими стенами: продольно-стеновая; поперечно-стеновая; перекрестно-стеновая.

Представляет собой ряд параллельно ориентированных вдоль здания стен, расстояние между которыми называют пролетом. Соответственно различают одно-, двух - и трехпролетные здания. Все пролеты могут быть одной или разной величины. Устойчивость продольных стен в их плоскости обеспечивается постановкой в перпендикулярном направлении диафрагм жесткости (отдельные стены, стены лестничных клеток). Расстояние между поперечными диафрагмами жесткости зависит от толщины стены, ее материала и расстояния по вертикали между горизонтальными опорами (перекрытиями) и регламентируется СНиП «Каменные и армокаменные конструкции».

Схема с продольными несущими стенами применяется в зданиях высотой до 17 этажей. Достоинством этой схемы является возможность изменения планировки этажей при реконструкции зданий, а также использование местных стеновых материалов. Основной недостаток — толщина стен назначается не только расчетом на прочность, но и по требованиям теплозащиты помещений, что может привести к значительному расходу материалов.

Поперечно-стеновая схема применяется в зданиях высотой до 70 этажей. Расстояние между поперечными стенами называют шагом. Различают узкий (до 3,6 м) и широкий (свыше 3,6 м) шаг поперечных стен. Толщина стен определяется только расчетом на прочность и может быть незначительной. Наружные стены выполняют только ограждающие функции и могут быть выполнены из легких эффективных материалов. Их толщина определяется прежде всего необходимостью теплозащиты помещений. Продольная устойчивость здания обеспечивается диафрагмами жесткости (это, как правило, ориентированные по продольной оси здания стены лестничных клеток) и дисками перекрытий.

Достоинство этой схемы — применение легких ограждающих конструкций, возможность устройства в них значительных по площади проемов. Основной недостаток — трудности при модернизации зданий из-за относительно часто расположенных поперечных капитальных стен.

Перекрестно-стеновая схема . Применяется в зданиях ячейковой планировочной структуры, особенно в сейсмоопасных районах.

3. КС в виде перекрестных плоских стен ,

Воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузк

Пример для п.2 и 3: Конструктивная система с поперечными несущими стенами гостиницы «Измайлово», Москва, Россия :

Конструктивное решение: свайное поле с монолитным ростверком, сборный железобетонный каркас по номенклатуре типовых изделий со сборными стенками жёсткости. Ограждающие конструкции по индивидуальной разработке. Было предусмотрено выполнение сборных ограждающих панелей и пилонов на белом цементе в опалубке из нержавеющей стали.

4. Ствольная конструктивная система.

Вертикальными несущими конструкциями служат пространственные замкнутой формы в плане элементы — стволы, воспринимающие все действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки. Перекрытия опираются непосредственно на стволы и могут быть одно-и многоствольными.

В зависимости от способа опирания перекрытий на ствол различают две основные схемы:

С консольными и

Подвешенными перекрытиями.

В соответствии с этим здания ствольной КС классифицируют как здания с консольными и подвешенными этажами.

В зданиях с консольными этажами наружные стены не доходят до уровня фундамента, а поддерживаются либо консольными конструкциями опертых на ствол перекрытий, либо консольными поясами. Размеры консольных этажей в плане превышают размеры нижнего этажа, который обычно остается открытым.

В зданиях с подвешенными этажами конструкции перекрытий опирают с одной стороны на центральный лестнично-лифтовый ствол, а с другой — на вертикальные подвески (стальные или железобетонные). Подвески закрепляют или к вершине ствола, или к консольному оголовку.

По типу главных опор, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, конструктивные схемы зданий с подвешенными этажами условно делят на следующие основные группы:

Со ствольными опорами;

Со стоечными опорами;

С арочными опорами;

С комбинированными опорами, например в виде ствола и стоек.

Рассматриваемая конструктивная схема открывает широкий простор для поиска интересных композиционных решений зданий. Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, канатов, стержней, монолитные железобетонные предварительно напряженные, сборные предварительно напряженные, сталежелезобетонные.

4.1. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции.

4.2. Оболочково-ствольная конструктивная система.

В отличие от оболочковой системы характерна тем, что в восприятии горизонтальных и вертикальных нагрузок совместно с внутренним стволом участвует замкнутая наружная оболочка-коробка, образованная конструкциями наружных стен здания и способная благодаря соответствующим связям работать под действием горизонтальных нагрузок как одно целое.

5. Оболочковые (коробчатые) и подвесные системы .

Примеры: «Сире Тауэр»:

Здания «Джон Хэнкок» в Бостоне

Центр Джона Хэнкока — 100-этажный небоскрёб в Чикаго. Главная особенность небоскрёба заключается в его пустотелой конструкции, напоминающей большую четырехугольную колонну.

4. Ствольные конструктивные системы

С 1960 х годов в высотное строительство активно внедряются вновь изобретенные конструктивные системы – ствольная и оболочковая. Их изобретение запатентовано американским инженером Ф. Каном (Khan) в 1961 г.

Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания, воспринимающей нагрузки и воздействия, содержит вертикальный пространственный стержень – ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания. Поскольку ствол чаще всего располагают в геометрическом центре плана, возник и распространенный термин «ядро жесткости». Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Перекрытия опираются непосредственно на стволы, здания могут быть одно- и многоствольными. Самый распространенный вариант конструкции - центрально расположенный монолитный железобетонный ствол. В зависимости от нагрузки (этажности) толщина стен ствола в нижнем ярусе может достигать 60-80 см, а в верхних сокращаться до 20—30 см.

В конструктивно-планировочном отношении удачна относительно редко принимаемая конструкция ствола открытого профиля, например крестообразного сечения. Она исключает трудоемкое и металлоемкое устройство многочисленных надпроемных перемычек, необходимых в стволах закрытого сечения, и упрощает установку лифтов. Ограничение в их применении оправдано только в особо высоких сооружениях, когда жесткость ствола открытого сечения может оказаться недостаточной.

Стальные конструкции стволов представляют собой в большинстве случаев решетчатую систему, обетонируемую после монтажа. Исключения из этого правила встречаются крайне редко, когда ствол имеет не только несущие, но и архитектурно-композиционные функции.

Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Она присуща большинству высотных зданий различных конструктивных систем: ствольных, ствольно-стеновых, каркасно-ствольных и оболочково-ствольных.

Ствольная конструктивная система – характеризуется тем, что все горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются конструкциями ствола, состоящего из монолитных стен или отдельных диафрагм, объединенных в пространственный элемент. Применяется в случаях, когда необходимо повысить амортизационную способность сооружения к сейсмическим толчкам. В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт, на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия.

Ствольные системы имеют свои разновидности: консольное опирание перекрытий на ствол, подвешивание внешней части перекрытия к верхней несущей консоли «висячий дом» или его опирание посредством стен на нижерасположенную несущую консоль, промежуточное расположение несущих консолей высотой в этаж с передачей в них нагрузки от части этажей.

Стволом или ядром в высотных зданиях является жесткий (монолитно выполненный) лестнично-лифтовой узел. В первом случае перекрытия жестко защемляются в стенах ствола, во втором свободно опираются на ствол и, кроме того, удерживаются подвесками, закрепленными в верхней или промежуточной части ствола. В зданиях с консольными перекрытиями (этажами) наружные стены не доходят до уровня фундамента, а поддерживаются либо консольными конструкциями опертых на ствол перекрытий, либо консольными поясами. Перекрытия опираются с одной стороны на центральный лестнично-лифтовой ствол, а с другой — на вертикальные подвески (стальные или железобетонные). Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, канатов, стержней, монолитные железобетонные предварительно напряженные, сборные предварительно напряженные, сталежелезобетонные. Подвески закрепляют или к вершине ствола, или к консольному оголовку. Размеры консольных этажей в плане превышают размеры нижнего этажа, который, как правило, остается открытым.

По типу главных опор, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, конструктивные схемы зданий с подвешенными этажами условно делят на три основные группы: со ствольными опорами; со стоечными опорами; с арочными опорами. Особую группу представляют здания с комбинированными опорами, например в виде ствола и стоек.

Данная конструктивная схема открывает широкие возможности для поиска интересных архитектурно-планировочных и композиционных решений зданий.

Еще одной системой применяемой при строительстве высотных зданий является подвесная система, которая обычно возводится снизу вверх, когда этажи могут подвешиваться к ядру жесткости и фермам (покрытия). Так как каждый этаж вначале монтируется на земле и затем поднимается, внутренние работы могут продолжаться на верхних этажах, пока новый ярус монтируется на нулевой отметке. Процесс может также идти в обратном направлении в подвесных конструкциях, т. е. после завершения монтажа ядер жесткости и ферм этажи монтируются сверху вниз и внутренние работы идут в той же последовательности. Существует несколько возможных преимуществ в связи с такой обратной схемой: защитные строительные леса по всей высоте здания уже больше не нужны, а используются только для одного этажа, в то время как отдельные рабочие уровни защищены этажом выше. На развертывание зимней стройплощадки требуется меньше усилий, первый этаж остается открытым и может быть использован для строительных приспособлений, что особенно удобно в центре города. Подвесные конструкции не подвержены риску продольного изгиба — это позволяет использовать гибкие стяжки. Данное преимущество может быть быстро утеряно при обязательной огнезащитной облицовке (например, в случае с Банком Гонконга и Шанхая, (архитекторы Фостер и партнеры). Длина соединительных стяжек подвержена изменениям в результате разности зимней и летней температур, и эти изменения усугубляются с каждым дополнительным этажом. Требования подвесных систем к фасаду очень свободны. Стяжки могут переноситься внутрь для предотвращения их расширения из-за разности температур или же устанавливаться снаружи с соответствующей защитой. В обоих случаях изменения длины должно абсорбироваться температурным (компенсационным) швом.

Одним из самых высоких зданий с подвешенными этажами является 31-этажное здание банка «Стандарт Банк Сентер» в ЮАР с четырьмя подземными ярусами. Размеры здания в плане 33,1х33,1 м, высота -130 м. Основной несущей конструкцией является 4-х секционный ствол размерами 14,2х14,2 м с монолитными железобетонными стенами. В уровнях 11-го, 21-го и 31-го этажей на ствол опираются железобетонные предварительно напряженные консольные пояса вылетом 10,45 м. К концам консолей с каждой стороны здания прикреплены по две предварительно напряженные железобетонные подвески, которые поддерживают конструкцию девяти нижележащих этажей. Конструкции перекрытий решены в виде ребристых железобетонных плит, опирающихся одной стороной на стены центрального ствола, а другой – на контурные железобетонные балки, прикрепленные к подвескам. Пролет контурных балок14,2 м, вылет 5 м.

Примером применения подвесной системы может служить здание фирмы «ВМW Тауэр» (г. Мюнхен, Германия), в котором объемно-пространственное решение представляет четырехлепестковый план, что позволило максимально использовать световой фронт всего здания и придать ему пластичную выразительную форму, а углубленный на фасаде технический этаж разделяет объем на две неравных части, перебивая монотонность фасада (рис.3.4.6). Поскольку башня представляет собой здание с подвешенными этажами, строительство его велось особенным способом. Все 22 этажа были выполнены на земле, а затем их подняли. Четыре мощных ствола с дополнительными колоннами поддерживают подвешенные этажи. Высота здания составляет 101 метров, а диаметр составляет 52 метров.

Схема с консольными перекрытиями применена при возведении 37-этажного административного здания Тур дю Миди» высотой 149,2 м в Брюсселе (рис. 3.4.7). Размеры здания 38,6х38,6 м. Опорой здания служит центральный лестнично-лифтовой ствол размерами 19,7х19,7 м со стальным обетонированным каркасом. Несущими элементами перекрытий являются консольные сборно-монолитные железобетонные балки длиной на все здание, заделанные в стены ствола. Вылет консолей 9,65 м.

Рассматриваемые ствольные системы не являются распространенным конструктивным решением. Наиболее распространены системы с комбинированными решениями: ствол в сочетании либо с рамным каркасом, либо с несущей коробкой наружных стен, либо с несущими стенами – диафрагмами.

В конструктивно-планировочном отношении удачна относительно редко принимаемая конструкция ствола открытого профиля, например крестообразного сечения. Она исключает трудоемкое и металлоемкое устройство многочисленных надпроемных перемычек, необходимых в стволах закрытого сечения, и упрощает установку лифтов. Ограничение в их применении оправдано только в особо высоких сооружениях, когда жесткость ствола открытого сечения может оказаться недостаточной. Стальные конструкции стволов представляют собой в большинстве случаев решетчатую систему, обетонируемую после монтажа. Исключения из этого правила встречаются крайне редко, когда ствол имеет не только несущие, но и архитектурно- композиционные функции.

Примером высотного здания каркасно-ствольной конструктивной системы является 57-этажное административное здание «Мэн Монпарнас» в Париже (Франция) высотой 200 м. Здание имеет двояковыпуклую форму в плане со стальным каркасом и монолитным стволом размерами в плане 37х16 м и ступенчатой формы по высоте. Наружные колонны стальные двутаврового профиля, расположены с шагом 5,7 м.; cтены – из навесных панелей. Другой пример 39-этажное здание гостиницы «Штадт Берлин» в Берлине, Германия. Здание прямоугольное в плане, размером 50х24 м; выполнено с железобетонными наружными колоннами, расположенными с шагом 3,0 м и внутренними стенами многоячеистый ствол лестнично-лифтовых шахт общим размером48х9,3 м. толщиной от 70 см до 30 см. Одним из дополнительных способов повышения жесткости зданий каркасно-ствольной конструктивной системы является устройство горизонтальных поясов - ферм, связывающих каркас со стволом жесткости в нескольких уровнях по высоте здания, что позволяет проектировать здания высотой 250 и более метров. Горизонтальные пояса жестко соединяются с конструкциями ствола и шарнирно с наружными колоннами. При изгибе ствола пояса работают как распорки, передающие осевые напряжения непосредственно колоннам по периметру здания. Эти колонны в свою очередь работают как стержни, препятствующие прогибу ствола. Таким образом, ствол полностью воспринимает горизонтальные сдвигающие силы, а горизонтальные пояса передают вертикальную сдвигающую нагрузку от ствола на каркасные конструкции наружных стен. При этом здание работает как единое целое по схеме, аналогичной схеме консольного стержня коробчатого сечения. Примером подвесной системы является здание высотой 114 метров «Hypo-дом» в Мюнхене, по высоте это третий высокий небоскреб в городе. По конструктивному решению это здание похоже на здание БМВ, те же четыре цилиндра, но уже по внешнему контуру поддерживают перекрытия. Здание в 2006 году было реконструировано. Дальнейшее переустройство здания будет касаться перевода его в "Green Building" зеленое здание, что потребует при дальнейшей реконструкции значительных изменений в части инженерных систем и оборудования, поскольку в настоящее время в здании работает центральное кондиционирование.

5. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции.

6. Оболочковые (коробчатые) и подвесные системы.

Оболочковые (коробчатые) системы

С 1960 х годов в высотное строительство активно внедряются вновь изобретенные конструктивные системы – коробчатая (оболочковая) и ствольная. Их изобретение запатентовано американским инженером Ф. Каном (Khan) в 1961 г.

Коробчатая конструктивная система является максимально жесткой конструктивной системой, поскольку ее несущие конструкции расположены по внешнему контуру. Поэтому она наиболее часто применяется в проектировании самых высоких зданий – 200 м и выше.

Основной коробчатой системе сопутствуют два варианта комбинированных – оболочково-ствольная («труба в трубе») и оболочково-диафрагмовая («пучок труб»).

В коробчатой системе в центре плана располагают ствол с размещенными в его пространстве лифтовых шахт и общих холлов. Ствол воспринимает основную долю всех нагрузок, и расположенные по периметру здания несущие элементы в виде отдельных стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, которые также могут быть объединены в единую конструкцию. Жесткость ствольной системы, ее устойчивость и способность к гашению вынужденных колебаний обеспечиваются заделкой центрального ствола в фундамент.

Индивидуальной специфической задачей проектирования оболочковых зданий стало решение конструкции несущей наружной оболочки, совмещающей несущие и ограждающие функции.

Средством повышения жесткости оболочки может служить также переход от оболочковой к оболочково-диафрагмовой конструкции («пучку труб»). Конструкцию оболочки выполняют как из стальных элементов, так и из железобетона. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или сборными, но чаще всего из конструктивного легкого бетона, совмещая несущие и теплоизолирующие функции стены. В последние годы оболочки в Европе выполняют преимущественно монолитными из тяжелого бетона (перфорированная стена) с последующим утеплением и внешней облицовкой.

Для элементов стальных оболочек чаще всего применяют прокатные или сварные элементы закрытого прямоугольного сечения также с последующим утеплением и облицовкой.

Для повышения сопротивления внешним воздействиям несущей системы зданий высотой более 250 м применяют преимущественно ствольные конструктивные системы: “труба в трубе” и “труба в ферме”. Большинство высотных зданий оболочкового типа построено на оболочково-ствольной системе, хотя отдельные выдающиеся объекты, такие как 100-этажное здание «Джон Хэнкок» в Чикаго и Международный финансовый центр в Тайбее имеют оболочковую конструктивную систему «труба в ферме», (рис.3.3.1). По этой схеме наружный периметр стен жестко связан со стволом и дополнительно укреплен мощными диагональными связями. В этом случае все здание работает как жесткая консоль, заделанная в тело фундамента.

Оболочковая (коробчатая) КС основана на принципе восприятия всех горизонтальных нагрузок только наружной стеновой коробкой, которая решается обычно в виде жесткой пространственной решетки (безраскосной или раскосной).

По сути, решетка представляет собой элементы каркаса, вынесенные на периметр здания. Стойки каркаса служат простенками, ригели каркаса — надоконными перемычками. Внутренние опоры (чаще всего центрально расположенный ствол) работают только на вертикальные нагрузки. В пределах центрального ствола располагаются лифты, лестничные клетки, все основные инженерные коммуникации. При такой системе можно проектировать широкие в плане здания и глубокие рабочие помещения с искусственным освещением и микроклиматом.

Поскольку основная масса несущих конструкций расположена по контуру здания, то это повышает сопротивляемость здания горизонтальным нагрузкам и дает оболочковой системе преимущество перед другими системами, прежде всего при строительстве высотных зданий. Кроме того, возможно облегчение конструкции перекрытий, поскольку они освобождаются от передачи горизонтальных нагрузок на ствол.

Оболочковая (коробчатая) конструктивная система основана на принципе восприятия всех горизонтальных нагрузок только наружной стеновой коробкой, которая решается обычно в виде жесткой пространственной решетки (безраскосной или раскосной).

Примеры: «Сире Тауэр»:

Чикаго называют «Городом ветров» – средняя скорость ветра здесь составляет 16 миль в час. Чтобы обеспечить устойчивость небоскреба, архитектор Брюс Грэм использовал конструкцию из стальных связанных труб квадратного сечения, образующих жесткий каркас здания.

Нижняя часть «Сире Тауэр» – до 50-го этажа – состоит из девяти труб, объединенных в единую структуру и образующих в основании здания квадрат, раскинувшийся на территории двух городских кварталов.

Выше 50-го этажа каркас начинает сужаться. Семь труб идут до 66-го этажа, еще пять – до 90-го этажа, а две трубы формируют оставшиеся 20 этажей. Количества стали, потраченной на строительство этого трубчатого каркаса, хватило бы для создания 52 000 автомобилей. Он очень жесток: вершина постройки раскачивается с максимальной амплитудой всего в 1 фут (0,3 м).

Общая масса здания составляет 222 500 тонн. Оно стоит на 114 бетонных с каменной засыпкой сваях, глубоко вбитых в твердое скальное основание. Самый нижний уровень башни залегает на 13 м ниже уровня улицы. На заливку фундамента пошло более 600 000 кубометров бетона – этого количества хватило бы, чтобы построить 8-рядную автостраду протяженностью в пять миль. В здании проложено 3220 км электрического кабеля. А телефонными кабелями (их протяженность составляет 69 200 км) можно 1,75 раза обернуть всю нашу планету по экватору.

Каркасно-ствольная система «Петронас Тауэр», Куала Лумпур, Малайзия:

Башни-близнецы торгово-делового центра «Петронас Тауэр» высотой по 452 м каждая. Опоры фундамента башен находятся под землей на глубине свыше 100 м, общая площадь комплекса — около 1 млн. м2.

Проект этого строения из стекла, бетона и стали создавали Ранхилл Берсекуту и Торнтон Томасетти. В ходе изучения местности выяснилось, что под башнями располагается разный грунт, что вызвало бы просадку одной из башен. Поэтому было решено передвинуть их на 60 метров и забить сваи на 100 метров, сделавшие его самым большим в мире фундаментом. В плане строение имеет символ ислама восьмиугольную звезду. Этому способствовало участие премьер-министра Малайзии, желающего построить здание в стиле ислама. Оба строения соединяются воздушным мостом на уровне 42 этажа. Мост обеспечивает не только противопожарную безопасность, но также влияет на общую надежность здания, спроектированную и без того на высоком уровне. Огромное количество стали ушло на постройку Петронас Тауэр – 36 910 тонн. В силу использования материалов только из Малайзии, пришлось попытаться заменить сталь новым эластичным бетоном, который успешно производился здесь для новой высотки. Здание имеет подземную парковку на 4500 автомобилей. Постройка оборудована скоростными лифтами, так для того, чтобы добраться до самого верхнего этажа потребуется всего 90 секунд. Для лифта в силу ограниченности пространства была использована интересная схема – сами лифты являются двухэтажными, соответственно, один из них останавливается только на четных этажах, а другой на нечетных.

6.1. Коробчато-ствольная (оболочково-ствольная) конструктивная система (или «труба в трубе»)

Коробчато-ствольная (оболочково-ствольная) конструктивная система (или «труба в трубе») – характеризуется тем, что горизонтальные и вертикальные нагрузки в здании воспринимаются совместно внутренним стволом и замкнутой наружной коробкой (оболочкой), образованной несущими конструкциями наружных стен. Наружная коробка обычно выполняется в виде жесткой пространственной безраскосной решетки, элементами которой являются стальные или железобетонные колонны, устанавливаемые, как правило, с малым шагом, и поэтажные обвязочные балки. Элементы решетки наряду с несущими выполняют и ограждающие функции. При большом шаге колонн решетку усиливают раскосами или раскосными поясами, располагаемыми в два и более ярусов по высоте здания. Иногда наружная коробка образуется монолитными железобетонными стенами с проемами.

Совместная работа наружной оболочки и внутреннего ствола обеспечивается вертикальными связями (ростверками) в пределах технических этажей, а также жесткими дисками перекрытий. За счет совместной работы наружной оболочки и ствола при применении оболочково-ствольной системы жесткость всего сооружения повышается на 30—50% по сравнению с кар-касно-ствольной конструктивной системой и, соответственно, уменьшаются прогибы от горизонтальных нагрузок.

Эта система получила название «Tube-A-Tube» («труба в трубе»). Наружную оболочку обычно выполняют в виде жесткой пространственной безраскосной решетки, элементами которой являются стальные или железобетонные колонны и поэтажные обвязочные балки. Колонны устанавливают, как правило, с малым шагом. При большом шаге колонн решетку усиливают рас­косами или раскосными поясами, размещаемыми в два и более яруса по высоте здания. Иногда наружная оболочка образуется монолитными железобетонными стенами с проемами.

Примеры:

Ствольно-каркасная система здания фирмы БМВ, Мюнхен, Германия

Строительство здания проходило с 1968 по 1972 года и было построено как раз к началу Олимпийских игр, проходивших в городе. Архитектором стал австриец Карл Шванцер. 22-этажный небоскрёб высотой 101 метр был открыт 18 мая 1973 год. Внешне здание создано наподобие четырёхцилиндрового двигателя, а расположенный рядом музей изображает собой головку цилиндра. Все четыре «цилиндра» стоят не на земле, а на незаметном центральном основании. Диаметр здания — 52,3 метра. Стоимость строительства — 109 миллионов марок. По состоянию на 2013 год в здании работают около 1500 сотрудников.

Факты

На несущей крестовине вверху башни изначально планировалось расположить огромный корпоративный логотип, но архитектурное ведомство Мюнхена посчитало это слишком броским. Компания начала судебный процесс, и во время него, в начале Олимпиады, вывесила свои эмблемы, отпечатанные на полотне, так, чтобы их было видно с олимпийского стадиона. За это BMW была оштрафована на 110 тысяч марок. Лишь осенью 1973 года концерн получил разрешение вывесить свои логотипы со всех четырёх сторон

7. Крупнопанельные здания

При малопролетных перекрытиях рекомендуется применять перекрестно-стеновую конструктивную систему. Размеры конструктивных ячеек рекомендуется назначать из условия, чтобы плиты перекрытий опирались на стены по контуру или трем сторонам (двум длинным и одной короткой).

При среднепролетных перекрытиях могут применяться перекрестно-стеновая, поперечно-стеновая или продольно-стеновая конструктивные системы.

При перекрестно-стеновой конструктивной системе наружные стены рекомендуется проектировать несущими, а размеры конструктивных ячеек назначать так, чтобы каждая из них перекрывалась одной или двумя плитами перекрытий.

При поперечно-стеновой конструктивной системе наружные продольные стены проектируются ненесущими. В зданиях такой системы несущие поперечные стены рекомендуется проектировать сквозными на всю ширину здания, а внутренние продольные стены располагать так, чтобы они хотя бы попарно объединяли поперечные стены.

При продольно-стеновой конструктивной системе все наружные стены проектируются несущими. Шаг поперечных стен, являющихся поперечными диафрагмами жесткости, необходимо обосновывать расчетом и принимать не более 24 м.

В крупнопанельных зданиях для восприятия усилий, действующих в плоскости горизонтальных диафрагм жесткости, сборные железобетонные плиты перекрытия и покрытия рекомендуется соединять между собой не менее чем двумя связями вдоль каждой грани. Расстояние между связями рекомендуется принимать не более 3,6 м. Требуемое сечение связей назначается по расчету. Рекомендуется сечение связей принимать таким (рис. 6), чтобы они обеспечивали восприятие растягивающих усилий не менее следующих значений:

для связей, расположенных в перекрытиях вдоль длины протяженного в плане здания, - 15 кН (1,5 тс) на 1 м ширины здания;

для связей, расположенных в перекрытиях перпендикулярно длине протяженного в плане здания, а также связей зданий компактной формы, - 10 кН (1 тс) на 1 м длины здания.

Монолитное строительство

Как всё начиналось. История монолитного строительства

Древний Рим. Интересна история развития монолитного строительства. Первый и самый известный пример сооружения с использованием этого метода датируется 118-120 гг. н.э. В Риме сохранился замечательный памятник эпохи императора Адриана - храм всех богов - Пантеон (зодчий Аполлодор).

Россия. В начале XX века в связи с поиском новых форм были открыты новые возможности бетона, и традиционная эстетика архитектурной композиции заменилась иной эстетикой конструктивизма.

Новые технологии появились и в России, причем появились еще в XIX веке, благодаря строительству храмов и дворцов. В 1802 году армированный монолитный бетон был использован при устройстве перекрытий дворца в Царском селе (ныне - г. Пушкин). В 80-х годах XIX века в С.-Петербурге построили ряд зданий, в том числе здание Госбанка (наб. реки Фонтанки, 70-72), стены и перекрытия которых были выполнены из монолитного железобетона.

Начиная с конца 20-х годов в строительную практику внедряются различные монолитные конструкции: оболочки, купола, шатры и т.д. Так, в Москве были построены Центральный телеграф (ул. Тверская, 7 (1927-1929 гг.)), дом «Известий» на Пушкинской площади (1927-1929 гг.), здания министерств легкой промышленности и земледелия (ул. Садово-Спасская, д.11/1); в Ленинграде - Дом Советов (Московский проспект, 212). Универсальность монолитного строительства позволяла изменять привычные формы, создавая новый архитектурный облик страны.

В 1947 году было решено возвести небоскребы, ни в чем не уступающие американским образцам, а в идеале их превосходящие (задача едва ли не сходная с той, что была поставлена императором Адрианом при строительстве Пантеона).

До начала строительства высотных зданий в Москве отсутствовала практика возведения сооружений выше 10 этажей. Приходилось строить и проектировать параллельно. Нужно было также учитывать сложную геологию московских грунтов. Поэтому при всей схожести наших высоток с американскими небоскребами они значительно ниже своих прототипов.

Все «Семь сестер» были заложены в один день, 7 сентября 1947 года - в день восьмисотлетия Москвы: здание МГУ на Воробьевых горах (310 м), имеет сходство с фасадом правительственного здания в Манхэттене (Manhattan Municipal Building); гостиница «Украина» (200 м); жилой дом на Кудринской площади (156 м, напоминает Кливлендский небоскреб Терминал Тауэр (Terminal Tower)); жилой дом на Котельнической набережной (176 м); административно-жилое здание на площади Красных ворот (138 м); здание Министерства иностранных дел (172 м, есть сходство с Вулворт-билдинг в Манхэттене (Woolworth Building)) и гостиница «Ленинградская» (136 м, аналог здания суда в Манхэттене (Manhattan United States Courthouse)).

Перспективы. В монолитном домостроении прослеживаются два направления развития. Одно из них связано с массовым возведением ординарных зданий (преимущественно жилых), другое - нацелено на возведение уникальных сооружений. Первое направление охватывает огромный рынок жилья всех категорий. Спрос на качественное жилье растет, одновременно с этим растет потребность в разнообразных архитектурных решениях, создающих современный облик «спальных» районов. Сомнений быть не может: работы в этой области хватит на 100 лет.

Второе направление - это строительство по индивидуальным проектам целых комплексов, выполняющих роль градостроительных акцентов (примером может служить офисный центр «Москва-Сити»). (Марина Алазнели, пресс-служба «СВЕЗА»)

Сборные ж/б здания

Панелью называется плоскостной сборный элемент, применяемый для возведения стен и перегородок. Панель, высотой на этаж и длиной в плане не менее размера помещения, которое она ограждает или разделяет, называется крупной панелью, панели других размеров называются мелкими панелями.

Сборной плитой называется плоскостной элемент заводского изготовления, применяемый при возведении перекрытий, крыш и фундаментов.

Блоком называется самоустойчивый при монтаже сборный элемент преимущественно призматической формы, применяемый для возведения наружных и внутренних стен, фундаментов, устройства вентиляции и мусоропроводов, размещения электротехнического или санитарно-технического оборудования. Мелкие блоки устанавливают, как правило, вручную; крупные блоки - с помощью монтажных механизмов. Блоки могут быть сплошными и пустотелыми.

Крупные блоки бетонных зданий выполняются из тяжелого, легкого или ячеистого бетона. Для зданий высотой один-два этажа при предполагаемом сроке службы не более 25 лет могут применяться блоки из гипсобетона.

Объемным блоком называется предварительно изготовленная часть объема здания, огражденная со всех или некоторых сторон.

Объемные блоки могут проектироваться несущими, самонесущими и ненесущими.

Несущим называется объемный блок, на который опираются расположенные над ним объемные блоки, плиты перекрытия или другие несущие конструкции здания.

Самонесущим называется объемный блок, у которого плита перекрытия поэтажно опирается на несущие стены или другие вертикальные несущие конструкции здания (каркас, лестнично-лифтовой ствол) и участвует вместе с ними в обеспечении прочности, жесткости и устойчивости здания.

Ненесущим называется объемный блок, который устанавливается на перекрытие, передает на него нагрузки и не участвует в обеспечении прочности, жесткости и устойчивости здания (например, санитарно-техническая кабина, устанавливаемая на перекрытие).

Сборные здания со стенами из крупных панелей и перекрытиями из сборных плит называются крупнопанельными. Наряду с плоскостными сборными элементами в крупнопанельном здании могут применяться ненесущие и самонесущие объемные блоки.

Сборное здание со стенами из крупных блоков называется крупноблочным.

Сборное здание, выполненное из несущих объемных блоков и плоскостных сборных элементов, называется панельно-блочным.

Сборное здание, выполненное целиком из объемных блоков, называется объемно-блочным.

Унификация и индустриализация решений в многоэтажном гражданском строительстве

К настоящему времени создан Общесоюзный строительный Каталог типовых конструкций и изделий из различных материалов для зданий и сооружений всех видов строительства.

На основе и в развитие Общесоюзного созданы отраслевые и территориальные каталоги для жилищно-гражданского строительства, ориентированные на сложившиеся местные производственные и сырьевые базы. Всего в настоящее время в жилищно-гражданском строительстве используется свыше 130 каталогов. В стране создана мощная строительная индустрия. Столь грандиозная производственная база потребовала разработки новой системы — открытой системы типизации. Смысл ее состоит в том, что объектом типизации являются не здания или их части, а строго выверенный ограниченный сортамент индустриальных изделий, из набора которых в различных комбинациях должны комплектоваться здания, разнообразные по объемно-планировочным решениям и архитектуре фасадов.

Эта принципиально новая система типизации в значительной мере реализована в методе Единого каталога унифицированных изделий для строительства в Москве (территориальный каталог ТК1-2). В его состав входят: панельные конструкции для строительства жилых зданий; каркасно-панельные конструкции (со сборным железобетонным унифицированным каркасом) для строительства гражданских и производственных зданий.

Основные положения Единого каталога: все размеры подчинены правилам модульной координации (МКРС); регламентированы правила привязки всех сборных изделий к координатным осям зданий; выявлены комбинаторики характерных архитектурно-конструктивных ситуаций; отобраны наиболее прогрессивные и экономичные виды конструкций; разработаны унифицированные узлы сопряжений конструктивных элементов; унифицированы нормативные нагрузки и ряд других параметров (теплофизических и т.п.); унифицированы ряды геометрических размеров пролетов, шагов, высот.

Геометрические параметры, принятые в качестве базы Единого каталога, подчинены определенным закономерностям, основанным на математических модульных рядах; в качестве основного принят модуль 0,6 м а в случае необходимости — дополнительный модуль 0,3 м. На этом модульном ряде и основан каталог. Он содержит необходимую номенклатуру для строительства жилых домов с высотой этажа 2,8 м и с единым модульным рядом размеров в плане 1,2; 1,8; 2,4; ...; 6,6м (М = 0,6 м), общественных зданий с высотой этажа 3; 3,3; 3,6; 4,2; 4,8; 6,0 м, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 1,8; 2,4; 3; 3,6; 4,8; 6; 7,2; 9; 12; 15; 18; 24 м.

При составлении каталога предусмотрено осуществление различных конструктивных систем зданий: панельных с узким, широким и смешанным шагом поперечных несущих стен для жилых домов; каркасных с поперечным и продольным направлениями ригелей для жилых и общественных зданий и др. Этажность жилых домов предусматривается 9, 12, 16, 25 этажей, общественных — до 30 этажей.

Каталог включает широкий набор изделий, обеспечивающий создание разнообразных архитектурно-планировочных и объемных структур зданий (дома с прямоугольной. конфигурацией, угловой, ступенчатой, со сдвижкой в плане, трилистник и т, п.).

Для Каталога выбраны наиболее рациональные экономические и вместе с тем перспективные конструкции и конструктивные схемы индустриальных панельных и каркасных жилых домов, общественных и производственных зданий.

Идея Единого каталога «от изделия к проекту» допускает и такие методы типового проектирования, как блок-секционный, блок-квартирный и др. В укрупненных объемно-планировочных элементах (КОПЭ) применены изделия и методы Единого каталога (см. ниже).

Монолитные и сборно-монолитные жилые здания рекомендуется проектировать на основе стеновых конструктивных систем. При технико-экономическом обосновании допускается применение ствольных и каркасно-ствольных конструктивных систем.

Для монолитных и сборно-монолитных зданий с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами рекомендуется применять перекрестно-стеновую конструктивную систему с несущими поперечными и продольными стенами, в том числе наружными. Монолитные и сборно-монолитные перекрытия рассматривают как защемленные по контуру.

Сборные перекрытия рассматривают как защемленные стенами и опертые по двум или трем сторонам.

Для сборно-монолитных зданий со сборными наружными стенами при наличии сквозных внутренних продольных стен рекомендуется принимать перекрестно-стеновую систему с ненесущими наружными стенами. При наличии отдельных продольных диафрагм жесткости применяется поперечно-стеновая конструктивная система, при которой перекрытия рассматриваются как защемленные стенами по двум противоположным сторонам.

Для сборно-монолитных зданий, с защемленными по двум сторонам монолитными перекрытиями, допускается применять поперечно-стеновую конструктивную систему с плоской рамой или радиальным расположением стен.

В зависимости от назначения и размеров помещений, располагаемых в первых этажах монолитных и сборно-монолитных зданий, может быть использована стеновая или каркасная конструктивные системы:

стеновые системы с полным совпадением осей нижних и верхних этажей;

стеновые системы с неполным (частичным) совпадением осей стен нижних и верхних этажей;

каркасные системы с полным совпадением осей каркаса нижних и стен верхних этажей;

каркасные системы с неполным (частичным) совпадением осей каркаса нижних и стен верхних этажей.

Стеновые системы с полным совпадением осей стен нижних и верхних этажей следует применять, если в нижних этажах жилых зданий размещаются предприятия, не требующие больших помещений.

Стеновые системы с неполным (частичным) совпадением осей стен нижних и верхних этажей целесообразно применять, если в нижних этажах расположены помещения больших размеров (пролет 9 м и более) и допускается наличие опор в виде пилонов, колонн сложного профиля, арок, стен, лестнично-лифтовых узлов.

Монолитные и сборно-монолитные здания по методу их возведения рекомендуется применять следующих типов :

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в скользящей опалубке (рис. 2, а) и монолитными перекрытиями, возводимыми в мелкощитовой опалубке методом "снизу вверх" (рис. 2, б), или в крупнощитовой опалубке перекрытий методом "сверху вниз" (рис. 2, в);

с монолитными внутренними и торцевыми наружными стенами, монолитными перекрытиями, возводимыми в объемно-переставной опалубке, извлекаемой на фасад (рис. 2, г), или в крупнощитовых опалубках стен и перекрытий (рис. 2, д). Наружные стены в этом случае выполняются монолитными в крупнощитовой и мелкощитовой опалубках после возведения внутренних стен и перекрытий (рис. 2, е) или из сборных панелей, крупных и мелких блоков кирпичной кладки;

с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами и монолитными внутренними стенами, возводимыми в переставных опалубках, извлекаемых вверх (крупнощитовой или крупнощитовой в сочетании с блочной) (рис. 2, ж, з). Перекрытия в этом случае выполняются сборными или сборно-монолитными с применением сборных плит-скорлуп, выполняющих роль несъемной опалубки;

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в объемно-передвижной опалубке (рис. 2, и) способом поярусного бетонирования, и сборными или монолитными перекрытиями;

с монолитными внутренними стенами, возводимыми в крупнощитовой опалубке стен. Перекрытия в этом случае выполняются из сборных или сборно-монолитных плит, наружные стены - из сборных панелей, крупных и мелких блоков, кирпичной кладки;

с монолитными ядрами жесткости, возводимыми в переставной или скользящей опалубке, сборными панелями стен и перекрытий;

Скользящей опалубкой называется опалубка, состоящая из щитов, закрепленных на домкратных рамах, рабочего пола, домкратов, насосных станций и других элементов, и предназначенная для возведения вертикальных стен зданий. Вся система элементов скользящей опалубки по мере бетонирования стен поднимается вверх домкратами с постоянной скоростью.

Мелкощитовой опалубкой называется опалубка, состоящая из наборов щитов площадью около 1 м2 и других элементов небольшого размера массой не более 50 кг. Допускается сборка щитов в укрупненные элементы, панели или пространственные блоки с минимальным числом доборных элементов.

Крупнощитовой опалубкой называется опалубка, состоящая из крупноразмерных щитов, элементов соединения и крепления. Щиты опалубки воспринимают все технологические нагрузки без установки доборных несущих и поддерживающих элементов и комплектуются подмостями, подкосами, регулировочными и установочными системами.

Объемно-передвижной опалубкой называется опалубка, представляющая собой систему вертикальных и горизонтальных щитов, шарнирно-объединенных в П-образную секцию, которая в свою очередь образуется путем соединения двух Г-образных полусекции и, в случае необходимости, вставкой щита перекрытия.

Объемно-передвижной опалубкой называется опалубка, представляющая собой систему из наружных щитов и складывающегося сердечника, перемещающегося поярусно по вертикали по четырем стойкам.

Блочной опалубкой называется опалубка, состоящая из системы вертикальных щитов и угловых элементов, шарнирно объединенных специальными элементами в пространственные блок-формы.

Каменные здания могут иметь стены из каменной кладки или из сборных элементов (блоков или панелей).

Каменная кладка выполняется из кирпича, пустотелых керамических и бетонных камней (из естественных или искусственных материалов), а также облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем, засыпкой из пористых заполнителей или вспениваемых в полости кладки полимерных композиций.

Крупные блоки каменных зданий выполняются из кирпича, керамических блоков и из природного камня (пиленого или чистой тески).

Панели каменных зданий выполняются из виброкирпичной кладки или керамических блоков. Панели наружных стен могут иметь слой из плитного утеплителя.

Конструктивная система	Расстояние между температурно- усадочными швами, м, при перекрытиях
		монолитных	сборных
Перекрестно-стеновая с несущими наружными и внутренними стенами, продольно-стеновая
Перекрестно-стеновая с ненесущими наружными стенами, поперечно-стеновая с отдельными продольными диафрагмами
Поперечно-стеновая без продольных диафрагм

Стены из монолитного бетона

Наружные и внутренние стены из монолитного бетона при применении переставных опалубок возводятся одновременно или последовательно (сначала внутренние стены, а затем наружные или наоборот).

Для возведения несущих стен из монолитного бетона рекомендуется применять тяжелые бетоны класса не ниже В7,5 и легкие бетоны класса не ниже В5. В зданиях высотой четыре и менее этажей допускается в несущих стенах применять легкие бетоны класса В3,5. Для внутренних стен плотность легких бетонов должна быть не ниже 1700 кг/м3.

Монолитные однослойные наружные стены рекомендуется проектировать из легкого бетона плотной структуры. При межзерновой пористости бетона не более 3 % и класса бетона не ниже В3,5 в нормальной и сухой по влажности зонах допускается наружные стены проектировать без защитно-декоративного слоя. Наружные легкобетонные стены без защитно-декоративного слоя следует окрашивать гидрофобными составами.

Наружные однослойные стены рекомендуется проектировать из легких бетонов с плотностью не более 1400 кг/м3. При технико-экономическом обосновании в однослойных наружных стенах допускается применять легкие бетоны плотностью более 1400 кг/м3.

Слоистые наружные стены можно проектировать из двух или трех основных слоев. Двухслойные наружные стены могут иметь утепляющий слой с наружной или внутренней стороны. В трехслойных наружных стенах утепляющий слой располагается между бетонными слоями.

Двухслойные наружные стены с утеплителем с наружной стороны могут быть монолитными и сборно-монолитными.

Монолитные стены возводят в два этапа. На первом этапе в переставных опалубках из тяжелого бетона возводят внутренний слой стены, на втором - наружный слой из теплоизоляционного легкого монолитного бетона.

Сборно-монолитная стена состоит из внутреннего монолитного слоя, выполняемого из тяжелого бетона, и наружного слоя - из сборных элементов.

Двухслойная наружная стена с утеплением с внутренней стороны состоит из наружного монолитного бетонного слоя, внутреннего утепляющего слоя - из газобетонных блоков толщиной не более 5 см или из жестких плитных утеплителей (например, из пенополистирола) толщиной не более 3 см и внутреннего отделочного слоя (рис. 26, а).

Ограничение толщин утепляющих слоев связано с обеспечением нормального тепловлажностного режима стен.

Тяжелый бетон целесообразно применять при расчетных зимних температурах, не превышающих минус 7°С. В остальных случаях необходимо применять легкие бетоны.

сначала на внутреннем щите опалубки укладывают слой утеплителя, затем опалубку собирают и бетонируют слой из монолитного бетона. При этом можно применять некалиброванные по толщине плиты утеплителя;

плиты утеплителя устанавливают после бетонирования стен.

При этом необходимо применять калиброванные по толщине плиты утеплителя.

При проектировании двухслойных стен с утеплителем с внутренней стороны следует учитывать, что возведение таких стен проще, чем стен с утеплителем с наружной стороны, но их применение ограничивается условием отсутствия точки росы в пределах толщины утепляющего слоя.

Трехслойные наружные стены рекомендуется проектировать сборно-монолитными, состоящими из внутреннего несущего слоя монолитного тяжелого бетона и утепленной сборной панели-скорлупы, устанавливаемой с наружной стороны. Панель-скорлупу можно устанавливать до и после возведения монолитной части стены (рис. 26, б).

Допускается трехслойные наружные стены проектировать с наружными и внутренними слоями из монолитного бетона и утепляющим слоем из жестких плитных утеплителей (рис. 26, в).

Монолитные здания – определение по СНиП 2.08.01.-85

Монолитные и сборно-монолитные здания по методу их возведения рекомендуется применять следующих типов:

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в скользящей опалубке и монолитными перекрытиями, возводимыми в мелкощитовой опалубке методом «снизу-вверх», или в крупнощитовой опалубке перекрытий методом «сверху-вниз» ;

с монолитными внутренними и торцевыми наружными стенами, монолитными перекрытиями, возводимыми в объемно-переставной опалубке , извлекаемой на фасад, или в крупнощитовых опалубках стен и перекрытий . Наружные стены в этом случае выполняются монолитными в крупнощитовой и мелкощитовой опалубках после возведения внутренних стен и перекрытий или из сборных панелей, крупных и мелких блоков кирпичной кладки;

с монолитными или сборно-монолитными наружными стенами и монолитными внутренними стенами, возводимыми в переставных опалубках, извлекаемых вверх (крупнощитовой или крупнощитовой в сочетании с блочной). Перекрытия в этом случае выполняются сборными или сборно-монолитными с применением сборных плит - скорлуп, выполняющих роль несъемной опалубки;

с монолитными наружными и внутренними стенами, возводимыми в объемно- передвижной опалубке способом поярусного бетонирования , и сборными или монолитными перекрытиями;

с монолитными внутренними стенами, возводимыми в крупно-щитовой опалубке стен . Перекрытия в этом случае выполняются из сборных или сборно-монолитных плит, наружные стены - из сборных панелей, крупных и мелких блоков, кирпичной кладки;

с монолитными ядрами жесткости , возводимыми в переставной или скользящей опалубке, сборными панелями стен и перекрытий;

с монолитными ядрами жесткости, сборными колоннами каркаса, сборными панелями наружных стен и перекрытиями, возводимыми методом подъема.

Монолитные здания

Несущая КС монолитного железобетонного здания состоит из фундамента, опирающихся на него вертикальных несущих элементов (колонн и стен) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных элементов (плит перекрытий и покрытия).

В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на (рис. 5.1, а, б, в):

Колонные, где основным несущим вертикальным элементом являются колонны;

Стеновые, где основным несущим элементом являются стены;

Колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

Фрагменты планов зданий:

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 – стены

Нижние этажи часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

В зависимости от инженерно-геологических условий, нагрузок и проектного задания фундаменты выполняют в виде отдельных плит переменной толщины под колонны (рис. 5.2, а), ленточных плит под колонны и стену (рис. 5.2, б) и общей фундаментной плиты по всей площади конструктивной системы (рис. 5.2, в). При большой толщине плит применяют более экономичные, чем сплошные, ребристые и коробчатые плиты (рис. 5.2, г, д). При слабых грунтах устраивают свайные фундаменты.

Прямоугольные колонны (пилоны) с вытянутым поперечным сечением имеют соотношения b/а<4 или hэт/b>4. Более вытянутые в плане колонны следует относить к стенам.

Безбалочные перекрытия: а - гладкая плита; 6 - плита с капителями

В многоэтажных зданиях наиболее часто применяют смешанные колонно-стеновые КС.

Несущую конструктивную систему рекомендуется проектировать таким образом, чтобы вертикальные несущие элементы (колонны, стены) располагались от фундамента один над другим по высоте здания, т.е. были соосными. В тех случаях, когда колонны и стены не выполняются по одной оси, под «висячими» колоннами и стенами следует предусматривать устройство ребер жесткости и балок-стенок.

Конструктивную систему зданий рекомендуется разделять осадочными швами при различной высоте здания, а также в зависимости от длины здания - температурно-усадочными швами. Требуемые расстояния между температурно-усадочными швами по длине здания следует устанавливать расчетом. На период строительства возможно устройство временных деформационных швов, которые потом ликвидируются.

Современные системы остекления фасадов

Перенос тепла в светопрозрачных ограждающих конструкциях может происходить с помощью излучения, конвекции и теплопроводности. Изменить теплозащитные свойства можно путём влияния на эти составляющие теплообмена.

Существует несколько способов влияния на тепловые характеристики оконных конструкций:

─ увеличение количества слоев остекления, что недостаточно эффективно, так

как снижает проникновение видимого света через оконные конструкции;

─ изменение толщины зазора между стелами стеклопакета (термическое сопро-тивление воздушной прослойки постепенно увеличивается до определенной толщины, а затем практически не изменяется);

─ применение заполнения межстекольного пространства различными газами

или газовыми смесями (сегодня воздух заменяют на газы: аргон, криптон, ксенон или образующиеся в комбинации с воздухом газовой смеси; при замене воздуха аргоном термическое сопротивление прослойки увеличивается на 10%);

─ применение вакуумных стеклопакетов (конструкция вакуумного стеклопакета

представляет собой два листа стекла, спаянные между собой с небольшим зазором.

Такая конструкция обладает высокой прочностью. Применение специальных стекол с низкоэмиссионным теплоотражающим покрытием для влияния на лучистую составляющую теплообмена и совместное применение покрытия и газового заполнения (при использовании теплоотражающих покрытий происходит существенное уменьшение количества тепловой энергии, теряемой в виде инфракрасного излучения через поверхность оконного стекла, пропускающего видимые и отражающие инфракрасное излучение. За счет снижения величины лучистой составляющей теплообмена теплопотери через окна существенно снижаются, однако теплоотражающие покрытия уменьшают коэффициент пропускания света через окна. В качестве теплоотражающих покрытий широко используются покрытия на основе различных металлов: серебра, золота, меди с системой просветляющих окислов, полупроводниковых оксидов олова и индия); использование электронагреваемого остекления (обогрев либо поверхности стекла, либо воздушного пространства между стеклами стеклопакета.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
9749.		Разработка внешней молниезащитной системы для комплекса из двух зданий, с помощью двойного стержневого молниеотвода	97.3 KB
	Устройство молниезащиты - система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства.
229.		СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ РАМ	10.96 KB
	Рамные конструкции СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ РАМ Рамы представляют собой плоские конструкции состоящие из прямолинейных ломаных или криволинейных пролетных элементов называемых ригелями рамы и жестко связанных с ними вертикальных или наклонных элементов называемых стойками рамы. Такие рамы целесообразно проектировать при пролетах более 60 м однако они могут успешно конкурировать с фермами и балками при пролетах 24 60 м. В статическом отношении рамы могут быть трехшарнирными двухшарнирными и бесшарнирными рис. Трехшарнирные...
2375.		ДОРОЖНАЯ ОДЕЖДА. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ	1.05 MB
	Определенные особенности связаны лишь с устройством слоев непосредственно контактирующих с прослойкой и введением дополнительной операции по укладке геосетки. Последняя операция ввиду технологичности геосетки удобной формой их поставки не сдерживает строительный поток. В связи с этим принимаемая длина захватки не связана обычно с укладкой геосетки но желательно соблюдать кратность длины захватки длине материала в рулоне. Армирование асфальтобетонных покрытий рекомендуется производить путем устройства прослойки из геосетки ССНПХАЙВЕЙ...
7184.		СХЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ	37.41 KB
	В начальной стадии развития централизованного теплоснабжения им были охвачены только существующие капитальные и отдельно строящиеся здания в зонах действия источника тепла. Подача тепла потребителям осуществлялась через тепловые вводы предусматриваемые в помещениях домовых котельных. В дальнейшем с развитием централизованного теплоснабжения особенно в районах нового строительства резко возросло количество абонентов присоединяемых к одному источнику тепла. Появилось значительное количество как ЦТП так и МТП у одного источника тепла в...
230.		СТАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ АРОК	9.55 KB
	По статической схеме арки подразделяют на трехшарнирные двухшарнирные и бесшарнирные рис. Двухшарнирные арки менее чувствительны к температурным и деформационным воздействиям чем бесшарнирные и обладают большей жесткостью чем трехшарнирные арки. Двухшарнирные арки достаточно экономичны по расходу материала просты в изготовлении и монтаже и благодаря этим качествам находят преимущественное применение в зданиях и сооружениях. В арках загруженных равномерно распределенной...
2261.		КОНСТРУКТИВНЫЕ И СИЛОВЫЕ СХЕМЫ НАЗЕМНЫХ ГТД	908.48 KB
	Одновальные ГТД Одновальная схема является классической для наземных ГТД и применяется во всем диапазоне мощности от 30 кВт до 350 МВт. По одновальной схеме могут быть выполнены ГТД простого и сложного циклов в том числе и парогазовые установки ПГУ. Конструктивно одновальный наземный ГТД аналогичен одновальным авиационным ТВД и вертолетным ГТД и включает компрессор КС и турбину рис.
2191.		КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ	1.05 MB
	Опоры воздушных линий связи должны обладать достаточной механической прочностью сравнительно продолжительным сроком службы быть относительно легкими транспортабельными и экономичными. До последнего времени на воздушных линиях связи применялись опоры из деревянных столбов. Затем начали широко применяться железобетонные опоры.
20041.		Электроснабжение гражданских зданий	221.94 KB
	Электроснабжение - неотъемлемая часть жизни каждого человека, ведь без электроэнергии остановится жизнь в каждом доме, в каждой городской квартире, немыслимо функционирование ни одного государственного учреждения – больниц, почты, детских садов, школ и университетов, гигантских заводов. Электроснабжение в жизни каждого из нас занимает очень важное место, но доверить его можно только профессионалам.
6729.		Основы обследования зданий и сооружений	13.02 KB
	Основы обследования зданий и сооружений Основные положения Надежность свойство конструкции или элемента конструкции выполнять заданные требования в течение всего проектного строка службы для которого они были сконструированы при этом сохраняя свои эксплуатационные показатели. Дефект каждое отдельное несоответствие строительной конструкции элементов и деталей требованиям установленным нормативно-технической документацией. Деформация изменения формы и размеров конструкции изменение устойчивости осадка сдвиг крен и др. Неисправность...
6744.		Методика проведения обследования зданий и сооружений	13.91 KB
	Методика проведения обследования зданий и сооружений Мониторинг строительных конструкций зданий и сооружений предполагает систематическое проведение циклов наблюдения оценки и прогноза их технического состояния для своевременного принятия мер по обеспечению предотвращения чрезвычайных ситуацій ЧС.; периодические обследования зданий и их конструкций в процессе плановых и внеочередных осмотров а также в ходе сплошного технического обследования жилищного фонда; техническое обследование зданий для проектирования капитального ремонта...

Здание проектируется каркасной системы с «навесными» наружными стенами. Рама воспринимает вертикальные нагрузки, а также горизонтальные нагрузки, которые передаются через диск перекрытия. Рамой является система стоек - колонн, соединенных жестко с монолитными безригельными плитами перекрытия.

В продольном и поперечном направлении каркас здания работает по рамной системе.

Рис. 1.

Наружные стены выполнены из шлакоблоков.

Междуэтажные перекрытия приняты монолитными железобетонными, марка бетона B30.

Фундаменты под колонны - монолитные железобетонные столбчатого типа, площадь подошвы определяется по предварительному расчету.

Согласно инженерно-геологических изысканий основанием под фундаменты являются следующие грунты:

Щебенистый крупнообломочный грунт: плотность с=2,10 г/см3, угол внутреннего трения ц=34°, удельное сцепление c=1 кПа, расчетное сопротивление R0=400 кПа; модуль деформации E=34 МПа.

В данном разделе выполнен расчет элементов надземной части монолитного каркаса гаражного комплекса по ул. Кирова в г. Владивостоке:

· безригельной монолитной плиты перекрытия (вариант 1);

· монолитного ребристого перекрытия (вариант 2);

· средней колонны и фундамента под колонну;

Расчет конструкций каркаса

Проектирование монолитной безригельной плиты перекрытия (вариант 1)

Обоснование расчетной схемы, метода расчете, геометрических параметров

Расчет ведем на примере фрагмента перекрытия в осях 2-3 и А-Б.

Для расчета безригельного перекрытия его делят на полосы шириной, равной половине пролета в каждом направлении (рис. 2) .

На основе экспериментальных исследований и данных эксплуатации расчет упрощен применением эмпирических коэффициентов. При этом расчете надколонные и пролетные полосы перекрытия рассматривают как неразрезные изгибаемые плиты. Надколонные полосы считают лежащими на неподатливых опорах, которыми служат колонны, а пролетные полосы считают лежащими на упругих податливых опорах, которыми являются надколонные полосы, направленные перпендикулярно рассчитываемым пролетным (рис. 3).

Рис. 2.

Рис. 3. Обозначение расчетных изгибающих моментов в плите

Характеристики прочности бетона и арматуры.

Бетон тяжелый класса В30; расчетные сопротивления при сжатии Rb=17 МПа, при растяжении Rbt=1,2 МПа; коэффициент условий работы бетона b2=0,9; модуль упругости Eb=32500МПа. Арматура рабочая класса А-III, расчетное сопротивление Rs=365МПа, модуль упругости Es=200000МПа; коэффициент условий работы стали b2=0,9.

Сбор нагрузок

Таблица 7

Сбор нагрузки на 1 м2 перекрытия надземной части здания.

Расчет на продавливание

Чтобы проверить достаточность принятой толщины плиты, выполним расчет на продавливание.

Условие прочности на продавливание,

где - продавливающая сила;

Расчетное сопротивление бетона на растяжение;

Полезная высота сечения;

Среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания.

Рис. 4.

Условие выполнено.

Прочность на продавливание обеспечена.

Определение усилий

Для расчета безригельного перекрытия разделим его на полосы шириной, равной половине пролета в каждом направлении.

В каждом направлении определяем соответствующие изгибающие моменты, вычисляемые как для свободно опертой панели, покоящейся на широких опорах.

Панельный изгибающий момент МП1=МП2, так как l1=l2=7000 мм:

Рис. 5.

Найденные изгибающие моменты распределяют на надколонную и пролетную полосы, рассматривая их как самостоятельные неразрезные плиты. На надколонную, более жесткую полосу, передается 70%, а на пролетную - 30% изгибающего момента. Эти доли распределяют между опорными и пролетными сечениями соответствующих полос следующим образом:

для надколонной полосы в направлении l1:

· на опорах

· в пролете

для пролетной полосы в направлении l1:

· на опорах

· в пролете

Моменты в направлении l2 будут равны моментам в направлении l1, так как l1= l2=7000 мм.

Расчет сечений и их конструирование

Расчет плиты перекрытия в направлении l1=7000 мм.

а) надколонная полоса:

· В пролете:

h0 = h - a = 200 - 20 = 180 мм

Вычисляем m:

am=M2/(Rbbh02гb2)=9724/(170,13501820,9)=0,058;

где гb2 - коэффициент условия работы бетона.

По табл.3.1 находим

Aтрs=M2/(Rsh0гс)=9724/(3650,10,970180,9)=16,95 см2 ;

где гс - коэффициент условия работы стали.

Принимаем в пролете надколонной полосы 1712 А-III (s=200 мм) As=19,23 см2.

· На опоре:

Расчетное сечение: высота h = 200 мм, ширина b = 3500 мм, толщина защитного слоя бетона а=20 мм.

h0 = h - a = 200 - 20= 180 мм

Вычисляем m:

am=M1/(Rbbh02 гb2)=24310/(170,13501820,9)=0,139

По табл.3.1 находим

Определяем требуемую площадь арматуры:

Aтрs=M1/(Rsh0 гс)=24310/(3650,10,925180,9)=44,45 см2

Принимаем на опоре надколонной полосы 1816 А-III (s=200 мм) As=45,19 см2.

б) пролетная полоса:

· В пролете:

Расчетное сечение: высота h = 200 мм, ширина b = 3500 мм, толщина защитного слоя бетона а=20 мм.

h0 = h - a = 200 - 20= 180 мм

Вычисляем m:

am=M3/(Rbbh02 гb2)=7293/(170,13501820,9)=0,042

Определяем требуемую площадь арматуры:

Aтрs=M3/(Rsh0 гс)=7293/(3650,10,979180,9)=12,6 см2

· На опоре:

Расчетное сечение: высота h = 200 мм, ширина b = 3500 мм, толщина защитного слоя бетона а=20 мм.

h0 = h - a = 200 - 20= 180 мм

Вычисляем m:

am=M4/(Rbbh02 гb2)= 7293/(170,13501820,9)=0,042

По табл.3.1 интерполяцией находим

Определяем требуемую площадь арматуры:

Aтрs=M4/(Rsh0 гс)=7293/(3650,10,979180,9)=12,6 см2

Принимаем в пролете пролетной полосы 1710 А-III (s=200 мм) As=13,35 см2.

Расчет на образование трещин, нормальных к продольной оси

Расчет железобетонных элементов по образованию нормальных трещин производится из условия (233) :

Мr < Мcrc , где

Мr момент внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения, относительно оси, параллельной нулевой линии и проходящей через ядровую точку, наиболее удаленную от растянутой зоны, трещинообразование которой проверяется;

Мcrc -- момент, воспринимаемый сечением, нормальным к продольной оси элемента при образовании трещин, и определяемый по формуле:

Mcrc = Rbt,serWpl , здесь

Rbt,ser - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний второй группы, численно равное 1,4 МПа;

Wpl момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна с учетом неупругих деформаций растянутого бетона, определяемый согласно по формуле (247) :

Wpl = Wred, здесь

Коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения и определяемый по таблице 29 , численно равный 1,75;

Wred - момент сопротивления приведенного сечения.

Вычислим статический момент сопротивления приведенного сечения:

а - величина защитного слоя, равная 20 мм;

Вычислим площадь приведенного сечения:

Найдем расстояние от нижней грани до центра тяжести приведенного сечения:

Вычислим момент инерции приведенного сечения:

Находим момент сопротивления приведенного сечения:

Находим момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна с учетом неупругих деформаций растянутого бетона:

Wpl = 1,75·24394,79=42690,88 см3

Находим момент трещинообразования:

Мcrc=1,8·10-1·42690,88=7684,35 кН·см

Момент внешних сил для изгибаемых элементов:

Мr = М=4932 кН·см

Мr =9724 кН·см > Мcrc=7684,35 кН·см - условие не выполняется.

Образуются трещины в сечениях, нормальных к продольной оси элемента. Необходимо выполнить расчет на раскрытие трещин.

Расчет на раскрытие трещин, нормальных к продольной оси

Ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, acrc, мм, следует определяют по формуле (249) :

коэффициент, принимаемый равным для изгибаемых элементов 1;

l -- коэффициент, принимаемый равным 1,0 при кратковременных нагрузок и непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок; равным 1,5 при продолжительном действии постоянных и длительных нагрузок;

Коэффициент, принимаемый равным 1,0 для арматуры класса А-III;

s напряжение в стержнях крайнего ряда арматуры S;

коэффициент армирования сечения, принимаемый равным отношению площади сечения арматуры S к площади сечения бетона (при рабочей высоте ho), но не более 0,02:

Предельная ширина раскрытия трещины по табл. 1 : непродолжительная, продолжительная.

Изгибающие моменты от нормативных нагрузок:

· постоянной и длительной;

Приращение напряжений в растянутой арматуре от действия постоянной и длительной нагрузки определим по формуле (7.106) :

Ws - момент сопротивления растянутой арматуры, который определим по формуле (6.16) :

d - диаметр растянутой арматуры.

Вычислим приращение напряжений в растянутой арматуре от действия полной нагрузки:

Вычислим ширину раскрытия от непродолжительного действия полной нагрузки:

Вычислим ширину раскрытия от непродолжительного действия постоянной и длительной нагрузок:

Вычислим ширину раскрытия от действия постоянной и длительной нагрузок:

Найдем непродолжительную ширину раскрытия трещин:

Найдем продолжительную ширину раскрытия трещин:

Расчет на закрытие трещин, нормальных к продольной оси

Для надежного закрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, должны быть соблюдены следующие требования п. 7.6.5. :

Предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь, равное 0;

Приращение растягивающего напряжения в арматуре от действия внешних нагрузок;

Расчетное сопротивление арматуры растяжению для предельных состояний второй группы, для арматуры A-III равное 390 МПа табл.19* .

Требование выполнено, трещины закроются.

Расчет на прогиб

По табл.2 предельно допустимый прогиб [f] при 6 м? l ?7,5 м (l=7,0 м) равен 3 см.

Для изгибаемых элементов с защемленными опорами прогиб в середине пролета определяется по формуле (313) :

Кривизны элемента соответственно в середине пролета, на левой и правой опорах;

рm коэффициент, определяемый по табл. 35 как для свободно опертой балки, числено равный 5/48

Так как, то

Поскольку в растянутой зоне образуются нормальные к продольной оси трещины, кривизна определяется по формуле (271) :

Мs -- момент относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести площади сечения арматуры S, от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения, равный для изгибаемых элементов:

Мs = М=97,24 кН·м;

z плечо внутренней пары сил. Значение z вычисляется по формуле:

s -- коэффициент, учитывающий работу растянутого бетона на участке с трещинами, определяется по формуле (280) :

ls коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки и принимаемый по табл. 32 ;

Коэффициент, определяемый по формуле (281) :

b -- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего сжатого волокна бетона по длине участка с трещинами и принимаемый равным 0,9 для тяжелого бетона;

f коэффициент, определяемый по формуле (277) :

Коэффициент. Значение вычисляется по формуле (274) :

Коэффициент, принимаемый равным 1,8 для тяжелого бетона;

Определяется по формуле (275) :

Определяется по формуле (276) :

v коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние бетона сжатой зоны и принимаемый равным 0,15 по табл. 31 .

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Вычислим:

Находим прогиб:

f=1,41 < [f]=3 см, прогиб не превышает предельно допустимый.

В регионах Урала и Сибири наибольшее распространение получила модификация систем типа КУБ, называемая «Конструкции безригельного каркаса» или КБК. Конструкции Безригельного Каркаса (КБК) были разработаныв 2006 году ОАО «12 Военпроект» совместно с ЦПО при Спецстрое России по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь». В итоге родился совершенно новый комплект документации конструктивной системы, который в 2007 году прошел сертификацию в ФГУП «ЦПП» г. Москва на соответствие требованиям нормативных документов в области строительства. В КБК одновременно совмещены все плюсы и эффективные особенности сборно-монолитных систем «УСМБК», «КУБ-1», «КУБ-2», «КУБ-3» на основании их реализации в строительстве, а также применены инновационные разработки, подтвержденные экспериментальными работами.

КБК – универсальная система, применяемая для строительства практически всего спектра городских сооружений: зданий жилого, социально-культурного, административного и бытового назначения, многоуровневых парковок, складов, некоторых производственных сооружений. За основу КБК была выбрана отечественная разработка - система безригельного каркаса «КУБ-2.5». Она в течение многих лет применялась в нашем военно-строительном комплексе, была отработана с конструкторской точки зрения и адаптирована к существующей российской технологической культуре в строительной промышленности. Модификация системы КУБ под аббревиатурой УСМБК использовались при строительстве объектов Министерства обороны в различных странах.

По срокам строительства безригельные системы могутконкурировать только зданиявозводимые из железобетонных панелей. Но качество панельного жилья не отвечает современным требованиям. В частности, многих покупателей не устраивает невозможность перепланировок и неизбежная однотипность возводимых зданий.

Преимущество безригельного каркаса КБК, прежде всего, заключается в ограниченном наборе составляющих элементов, с одной стороны, и в богатстве возможностей внутренних планировочных решений, создания неповторяющегося набора квартир из комнат и объемов, использовании местных материалов для устройства внешних ограждающих стен и внутренних перегородок, с другой стороны. Проще решается проблема перепланировки внутренних пространств.

Преимущества сборнойбезригельной системы КБК с экономической точки зрения подтверждаютсятем фактом, что в Сибири и на Урале не единичны случаи, когда подрядчики, применяющие конструктивную безригельную систему строительства, выигрывали тендеры у компаний, строящих в «монолите».

Система КБК дает возможность на единой промышленной, технологической основе строить как комфортное, так и «элитное» и «социальное»жильё. Причём, «социальное» или «элитное» назначение жилья реализуется за счет объема, отделки и т.п. При этом система КБК позволяет (при необходимости) без сноса, путем перепланировки, превратить ранее «социальный» дом в «элитный» или наоборот.

Система КБК значительно лучше приспособлена под сложные условия строительства. Она более индустриальная: применяется меньше монолитного бетона на строительной площадке, а значит, возникает меньше сложностей зимой. Нет необходимости привлекать большой штат квалифицированных сотрудников и спецтехники. Таким образом, основная масса проблем переносится на завод. Обеспечение качества каркаса в значительной мере лежит на заводе и зависит от качества металлоформ. Такая система менее трудоемкая и по скорости возведения здания превосходит практически любую другую. Так, в день бригада из 5-6 человек спокойно монтирует 200кв. м (при наличии железобетона).

Если говорить о технической стороне технологии, то можно отметить, что система конструкций предусматривает применение неразрезных (многоэтажных) колонн сечением 400 (мм) х 400 (мм) с предельной длиной 9900 (мм). При стыке колонн предусматривается принудительный монтаж, состоящий в сопряжении фиксирующего стержня верхней колонны с патрубком верхнего торца нижней колонны. В местах примыкания перекрытий (на высоте этажа) в колоннах предусмотрены шпонкообразные вырезы, в пределах которых арматура колонны обнажена.

Система конструкций безригельного каркаса «КБК» предусматривает применение панелей перекрытия заводского изготовления максимальными размерами 2980 (мм) х 2980 (мм) х 160 (мм).

Панели перекрытия в зависимости от местоположения в каркасе могут быть надколонные (НП), межколонные (МП) и средние (СП).

Монтаж конструкций ведётся в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в фундаменте; устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели; далее монтируются межколонные и средние панели. При установке панелей арматурные выпуски торцов совмещаются таким образом, что образуется петля, в которую вставляется арматура.

Система конструкций безригельного каркаса предназначена для строительства широкого спектра городских сооружений (жилых, общественных и вспомогательных зданий административно-бытового назначения). С использованием сборно-монолитнойбезригельной системы возводятся не только высотныездания, но и школы, детские сады и т.п.

Такая универсальность системы «КБК» обеспечивается за счёт сочетания следующих свойств:
а) Несущую основу каркаса здания в «КБК» составляют колонны и плиты перекрытия, выполняющие роль ригелей, для элементов жёсткости используют связи или диафрагмы, что позволяет обеспечить в зданиях пролёты 3.0, 6.0 м, высоту этажей в зданиях 2.8, 3.0, 3.3 и 3.6 при основной сетке колонн 6 х 6 м.
Несущая способность перекрытий позволяет использовать каркас в зданиях с интенсивностью расчетных нагрузок на этаж до 1200 (кг/м2).
б) Конструкция стен предполагает выполнение ими только ограждающей функции. Стены могут разрабатываться с поэтажной разрезкой, т.е. опираться на плиты перекрытия и передавать вертикальную нагрузку от собственного веса на плиты перекрытия каждого этажа; навесными или самонесущими, что даёт возможность максимального использования для ограждающих конструкций местных не конструкционных материалов, в том числе монолитных стен.
в) В зданиях высотой до 5 этажей в обычных условиях строительства применяется рамная конструктивная схема без использования дополнительных элементов жесткости, в остальных случаях – рамно-связевая конструктивная схема, в которой используются связи или диафрагмы.

Система рассчитана на возведение зданий высотой до 25 этажей (до 75 метров) в обычных условиях строительства. В районах с сейсмичностью до 9 баллов включительно по 12 – бальной шкале применение «КБК» ограничено требованиями таблицы 8* СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий.

Конструктивные элементы КБК изготавливаются и монтируются с применением единого технологического оборудования. Каркас монтируется полностью из изделий заводского изготовления с последующим замоноличиванием узлов, в конечной стадии конструкция является монолитной.

Таким образом, формообразующие возможности каркаса в системе «КБК» имеют широкие диапазоны количества этажей и архитектурно-пространственных решений. Система КБК позволяет использовать широкий спектр пластики фасада, создавать пространственно интересные нетиповые планировки, отвечающие поставленной задаче.

Расчёт параметров безригельного каркаса с плоскими перекрытиями производится с использованием расчётных моделей, реализуемых программными комплексами с применением программных продуктов высокого уровня (ПК SKAD; ПК ING +; ПК «ЛИРА» и других).

Одним из основных отличий системы КБК от системы КУБ 2,5 является адаптация системы под требования действующего законодательства и получение необходимых сертификатов.

Во-первых, система «КБК» комплектуется отдельным пакетом документации – «Конструкция безригельного каркаса для многоэтажных жилых и общественных зданий». Данный комплект документации сертифицирован ФГУП «ЦПП» г. Москва на соответствие требованиям нормативных документов в области строительства. Выдан сертификат № POCCRU.CP48.C00047 от 05.04.2007 г.

Во-вторых, в целях подтверждения огнестойкости элементов каркаса зданий на основе «КБК» в 2008 году в ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва проведены сертификационные испытания надколонной (НП 30-30-8, ТУ 5842-001-08911161-2007) и средней (СП 30-30-6, ТУ 5842-001-08911161-2007) железобетонных плит перекрытия (изготовитель плит ФГУП «ДОКСИ при Спецстрое России»).

Испытания надколонной железобетонной плиты проводились под равномерно-распределенной нагрузкой в 700 кг/м2.Обогреваемая поверхность надколонной плиты – сторона плиты с рабочей арматурой предельных состояний не достигла и соответствует пределу огнестойкости не менее REI 180. Для средней железобетонной плиты перекрытия предел огнестойкости составил REI 120.

На основании полученных результатов испытаний, органом сертификации ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва выданы сертификаты пожарной безопасности для всей номенклатуры панелей перекрытия безригельного каркаса КБК.

В-третьих,с целью подтверждения сейсмостойкости и оценки пригодности системы конструкций безригельного каркаса для строительства в сейсмических районах, с 22 по 29 августа 2008 года по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь» в г.Перми были успешно проведеныстатические и динамические испытания фрагментов здания. Испытаниям подверглись два экспериментальных трёхэтажных фрагмента здания из элементов системы «КБК» в натуральную величину с имитацией рабочей нагрузки с целью ее обоснованного применения в строительстве на площадках сейсмичностью до 7-9 баллов по шкале MSK-64. В конструкции первого фрагмента здания в качестве элементов жесткости использовались связи, в конструкции второго – железобетонные диафрагмы.

Испытания проведены Некоммерческой организацией «Российская Ассоциация по сейсмостойкому строительству и защите от природных и техногенных воздействий» (НО РАСС) при участии ОАО "12 Военпроект" (г.Новосибирск), ООО «КБК-Урал» (г.Пермь), ФГУП «ЦПО» при Спецстрое России (г.Воронеж).

По результатам испытаний подтверждена сейсмостойкость каркаса КБК до 9 баллов – при использовании в качестве элементов жесткости железобетонных диафрагм, до 7 баллов – при использовании связей. Российской Ассоциации по Сейсмостойкому Строительству и защите от природных и техногенных воздействий (РАСС) выдано заключение от 06.11.2008:

«Строительная система КБК на основе конструкций Безригельного каркаса РЕКОМЕНДУЕТСЯ к применению при строительстве зданий на площадках сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64 при ограничениях, установленных требованиями таблицы 8* СНиП II -7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий».

Вышесказанное позволяет сделать ряд выводов.

1. Соответствие технологии КБК действующему законодательству позволяет применять её без каких-либо ограничений и сложностей в любых регионах нашей страны, в том числе и сейсмоопасных, при этом экспертиза проектной документации в уполномоченных федеральных органах исполнительной власти и органах власти субъектов Российской Федерации проходит без особенностей.

2. Технология КБК предоставляет полную и достоверную прогнозируемость сроков возведения каркаса здания. Так, уже на стадии эскизного проекта, после согласования планировок этажей, застройщик может заключить договор с заводом ЖБИ на изготовление конструктивных элементов каркаса здания, а крайне ограниченное применение монолитного бетона на стройплощадке сводит к минимуму сезонное изменение темпов строительства, либо его приостановку. Всё это позволяет правильно оценить застройщику свои возможности и уложиться в заданные контрактом сроки и стоимость, что особенно актуально при выполнении работ по государственным заказам.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов www.kub-sk.ru, www.12voenproekt.ru

Конструктивная система здания представляет собою совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, пространственную жесткость и надежность в эксплуатации. Выбор конструктивной системы здания определяет статическую роль каждой из его конструкций. Материал конструкций и технику их возведения определяют при выборе строительной системы здания.

Несущие конструкции здания состоят из взаимосвязанных вертикальных и горизонтальныхэлементов.

Горизонтальные несущие конструкции - воспринимают все приходящиеся на них вертикальные нагрузки и поэтажно передают их вертикальным несущим конструкциям (стенам, колоннам). Вертикальные конструкции, в свою очередь, передают нагрузку на фундамент здания.

Системы перекрытий с древности проектировались из стереотипного подхода к компоновке балочной клетки, т.е. состояли из балок (ригелей) и настила, так конструктивно решаются и деревянные перекрытия. Затем появляются железобетонные ребристые плиты перекрытия, в которых этот подход уже слит в один конструктивный элемент. Появившиеся позднее плоские пустотные плиты перекрытий - являются значительным шагом в проектировании систем зданий нового типа.

В индустриальных жилых зданиях, сравнении с традиционными сооружениями, имевшими смешанные покрытия, включавшие фрагменты деревянных перекрытий, горизонтальные несущие конструкции впервые начинают выполнять роль диафрагм жесткости, кроме того, перекрытия воспринимают горизонтальные нагрузки и воздействия (ветровые, сейсмические и др.) и передают усилия от этих воздействий на вертикальные конструкции.

Передача горизонтальных нагрузок и воздействий осуществляется двояко: либо с распределением их на все вертикальные конструкции здания, либо на отдельные специальные вертикальные элементы жесткости (стены, диафрагмы жесткости, решетчатые ветровые связи или стволы жесткости). Индустриальный тип зданий предоставляет и промежуточные решения - передача нагрузки возможна с распределением горизонтальных нагрузок в различных пропорциях между элементами жесткости и конструкциями, работающими на восприятие вертикальных нагрузок.

Перекрытия - диафрагмы жесткости обеспечивают совместность горизонтальных перемещений вертикальных несущих конструкций от ветровых и сейсмических воздействий. Возможность совместности и выравнивания перемещений достигается жестким сопряжением горизонтальных несущих конструкций с вертикальными.

Как уже отмечалось ранее, при сокращении строительных объемов зданий, горизонтальные несущие конструкции жилых домов высотой более двух этажей в соответствии с требованиями противопожарных норм выполняются трудно сгораемыми или несгораемыми. Этим требованиям, а также требованиям экономической страты наиболее полно удовлетворяют железобетонные конструкции, что и определило их массовое применение в качестве горизонтальных несущих элементов всех типов зданий. Перекрытия обычно представляют собой железобетонную плиту - сборную, сборно-монолитную или монолитную.

Вертикальные несущие конструкции различают по виду конструкций, который служит определяющим признаком и для классификации конструктивных систем. На рис. 2 даны основные типологические признаки жилого дома, вертикальные несущие конструкции которого представляют собою сплошную вертикальную плоскость стен. При использовании колонн в качестве главных вертикальных несущих элементов конструкций уже на первом этапе индустриализации позволило получить четыре конструктивных схемы серийного жилого дома: с поперечным расположением ригелей; с продольным расположением ригелей; с перекрестным расположением ригелей; безригельное решение.

Индустриализация позволила не только с новой точки зрения взглянуть на работу перекрытий, но и значительно расширить типологию вертикальных несущих конструкций. При развитии серийного жилищного строительства отдельными группами выделяются следующие виды вертикальных несущих конструкций: фундамент блочный каркасный развертка

плоскостные (стены);

стержневые сплошного сечения (стойки каркаса);

объемно-пространственные(объемные блоки);

объемно-пространственные внутренние несущие конструкции на высоту зданий в виде тонкостенных стержней открытого или замкнутого профиля (стволы жесткости). Ствол жесткости обычно располагают в центральной части здания; во внутреннем пространстве ствола размещают лифтовые, вентиляционные шахты и другие коммуникации. В зданиях большой протяженности предусматривают несколько стволов жесткости;

объемно-пространственные внешние несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого профиля, образующей одновременно и наружную ограждающую конструкцию здания. В зависимости от архитектурного решения внешняя несущая оболочка может иметь призматическую, цилиндрическую, пирамидальную или другую форму.

Соответственно видам вертикальных несущих конструкций различают пять основных конструктивных систем зданий: каркасную, бескаркасную (стеновую), объемно-блочную, ствольную и оболочковую, иначе называемую периферийной

Выбор вертикальных несущих конструкций, характера распределения горизонтальных нагрузок и воздействий между ними - один из основных вопросов при компоновке конструктивной системы. Он также оказывает влияние на планировочное решение, архитектурную композицию и экономическую целесообразность проекта. В свою очередь на выбор системы оказывают влияние типологические особенности проектируемого здания, его этажность и инженерно-геологические условия строительства.

Каркасная система с пространственным рамным каркасом применяется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий, высотой более девяти этажей, а также в обычных условиях строительства при наличии соответствующей производственной базы. Каркасная система - основная в строительстве общественных и промышленных зданий. В жилищном строительстве объем ее применения ограничен не только по экономическим соображениям. Основа противопожарных требований при проектировании жилых зданий - последовательное создание вертикальных преград огню -брандмауэров. В сооружении каркасного типа создание брандмауэров велось по встраиванию между колоннами несгораемых вертикальных диафрагм жесткости. Таким образом, заранее ограничивались возможности пространственной планировки, основного преимущества каркасных систем.

Бескаркасная система - самая распространенная в жилищном строительстве, ее используют в зданиях различных планировочных типов высотой от одного до30 этажей.

Объемно-блочная система зданий в виде группы отдельных несущих столбов из установленных друг на друга объемных блоков применялась для жилых домов высотой до 12 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях. Столбы объединялись друг с другом гибкими или жесткими связями.

Ствольную систему применяют в зданиях высотой более 16 этажей. Наиболее целесообразно применение ствольной системы для компактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и т. п.).

Оболочковая система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункционального назначения.

Наряду с основными конструктивными системами широко применяют комбинированные, в которых вертикальные несущие конструкции компонуют из различных элементов - стержневых и плоскостных, стержневых и ствольных и т. п.

Система с неполным каркасом, основанная на сочетании несущих стен и каркаса, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Система применялась в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом либо с наружным каркасом и внутренними стенами. Первый вариант использовался при повышенных требованиях к свободе планировочных решений здания, второй - при целесообразности применения ненесущих легких конструкций наружных стен и при проектировании зданий средней и повышенной этажности.

Каркасно-диафрагмовая система основана на разделении статических функций между стеновыми (связевыми) и стержневыми элементами несущих конструкций. На стеновые элементы (вертикальные диафрагмы жесткости) передается всю или большую часть горизонтальных нагрузок и воздействий, на стержневые (каркас) - преимущественно вертикальные нагрузки. Система получила наиболее широкое применение в строительстве многоэтажных каркасно-панельных жилых домов в обычных условиях и в сейсмостойком строительстве.

Каркасно-ствольная система основана на разделении статических функций между каркасом, воспринимающим вертикальные нагрузки, и стволом, воспринимающим горизонтальные нагрузки и воздействия. Она применялась при проектировании высотных жилых зданий.

Каркасно-блочная система основана на сочетании каркаса и объемных блоков, причем последние могут получать применение в системе в качестве ненесущих или несущих конструкций. Ненесущие объемные блоки используют для поэтажного заполнения несущей решетки каркаса. Несущие устанавливают друг надруга в три-пять ярусов на горизонтальных несущих платформах (перекрытиях) каркаса, расположенных с шагом в три-пять этажей. Система применялась в зданиях выше 12 этажей.

Блочно-стеновая (блочно-панельная) система основана на сочетании несущих столбов из объемных блоков и несущих стен, поэтажно связанных друг с другом дисками перекрытий. Применялась в жилых зданиях высотой до 9 этажей в обычных грунтовых условиях.

Ствольно-стеновая система сочетает несущие стены и ствол с распределением вертикальных и горизонтальных нагрузок между этими элементами в различных соотношениях. Применялась при проектировании зданий выше 16 этажей.

Ствольно-оболочковая система включает в себя наружную несущую оболочку и несущий ствол внутри здания, работающих совместно на восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Совместность перемещений ствола и оболочки обеспечивается горизонтальными несущими конструкциями отдельных ростверковых этажей, расположенных по высоте здания. Система применялась при проектировании высотных зданий.

Каркасно-оболочковая система сочетает в себе наружную несущую оболочку здания с внутренним каркасом при работе оболочки на все виды нагрузок и воздействий, а каркаса - преимущественно на вертикальные нагрузки. Совместность горизонтальных перемещений оболочки и каркаса обеспечивается так же, как в зданиях оболочково-ствольной системы. Применялась при проектировании высотных зданий.

Понятие "конструктивная система" - обобщенная конструктивно-статическая характеристика здания, не зависящая от материала, из которого оно возводится, и способа возведения. Например, на основе бескаркасной конструктивной системы могло быть запроектировано здание со стенами деревянными рублеными, кирпичными, бетонными (крупноблочными, панельными или монолитными).

В свою очередь, каркасная система может быть осуществлена в деревянных, стальных или железобетонных конструкциях. Возникали варианты и при использовании различных материалов заполнения ячеек, образованных несущими элементами в каркасных или ствольных зданиях. Для этой цели использовались любые элементы - от мелкоразмерных до объемно-блочных.

Несущая часть оболочкового здания может представлять собой раскосную или безраскосную пространственную стальную ферму, монолитную железобетонную оболочку с регулярно расположенными проемами, сборно-монолитную железобетонную решетку и так далее. Многовариантными являлись и комбинированные конструктивные системы. Области и масштабы применения в строительстве отдельных конструктивных систем определялись назначением здания и его этажностью.

Наряду с основными и комбинированными в проектировании получают применение смешанные конструктивные системы, в которых сочетаются по высоте или протяженности здания двух или нескольких конструктивных систем. Такое решение обычно бывает продиктовано функциональными требованиями. Например, если требовалось выполнить переход от бескаркасной системы в верхних типовых этажах к каркасной системе на первых этажах, т.е. при необходимости устройства мелкоячеистой планировочной структуры типовых этажей над зальной планировочной структурой в нетиповых. Чаще всего эта необходимость возникает при устройстве крупных магазинов в первых этажах жилых домов.

Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и типу размещения в пространстве основных несущих конструкций, например, в продольном или поперечном направлениях. Конструктивную схему, как и систему, выбирают на начальном этапе проектирования с учетом объемно-планировочных конструктивных и технологических требований. В жилых каркасных зданиях применяют четыре конструктивные схемы: с поперечными или продольными ригелями, перекрестным расположение ригелей и безригельную.

При выборе конструктивной схемы каркаса учитывают экономические и архитектурные требования: элементы каркаса не должны связывать планировочное решение; ригели каркаса не должны пересекать поверхность потолка в жилых комнатах и т. д. Поэтому каркас с поперечным расположением ригелей применяют в многоэтажных зданиях с регулярной планировочной структурой (в основном, общежития и гостиницы), совмещая шаг поперечных перегородок с шагом несущих конструкций. Каркас с продольным расположением ригелей применялся в жилых домах квартирного типа.

Безригельный (безбалочный) каркас в жилых зданиях использовался лишь при отсутствии в конкретном регионе соответствующей производственной базы и крупных домостроительных комбинатов, поскольку для сборного жилищного строительства такая схема - наименее надежная и наиболее дорогостоящая. Безригельный каркас преимущественно использовался при изготовлении монолитных и сборно-монолитных конструкций здания методом подъема этажей.

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

Строительные системы зданий с несущими стенами из кирпича и мелких блоков из керамики, легкого бетона или естественного камня бывают традиционные и полносборные.

Традиционная система основана на возведении стен в технике ручной кладки, как это издревле выполнялось во всех традиционных сооружениях. Необходимо отметить, что в индустриальном сооружении собственно традиционными остаются лишь ограждающие конструкции, перекрытия и другие внутренние несущие конструкции - полностью идентичны полносборным сооружениям.

Полносборная система основывается на механизированном монтаже стен из крупных блоков или панелей, выполненных в заводских условиях из кирпича, каменных или керамических блоков. С вводом новых жилищных серий крупноблочная система почти повсеместно уступает место панельной.

Традиционная система (с деревянными перекрытиями), долгое время считавшаяся основным типом капитального гражданского здания средней и повышенной этажности - осталась в прошлом. Как это неоднократно подчеркивалось, "традиционными" назывались сооружения по сценарию пожара. Лишь для удобства классификации огромного многообразия индустриальных сооружений, в них выделяются традиционные здания, лишь по внешнему виду напоминающие прежние кирпичные сооружения, возводимые до конца 50-х годов.

К середине 80-х годов прошлого столетия на основе применения традиционной системы ограждающих конструкций возводилось около 30% объема строительства жилых и 80% - массовых общественных зданий. Разумеется, уровень индустриальности конструкций зданий "традиционной" строительной системы в целом достаточно высок благодаря массовому применению крупноразмерных сборных изделий перекрытий, лестниц, перегородок, фундаментов.

Индустриальная традиционная система обладала 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 размерам и форме проемами.

Применение традиционной системы считалось наиболее целесообразным для зданий, доминирующих в застройке. Конструкции зданий со стенами ручной кладки надежны в эксплуатации - кирпич высокотехнологичного обжига не требовал устройства многодельной, недолговечной в эксплуатации штукатурки, была значительно повышена огнестойкость индустриальных кирпичных стен. При их проектировании использовались новые подходы к обеспечению долговечности и теплоустойчивости.

Наряду с архитектурными и эксплуатационными преимуществами ручная кладка стен является причиной основных технических и экономических недостатков каменных зданий: трудоемкость возведения и нестабильность прочностных характеристик кладки в зависимости от разных партий кирпича в случае незначительных отклонений в технологическом процессе на кирпичных заводах. Качество и прочность кладки зависели от сезона возведения и квалификации каменщика.

Крупноблочная строительная система применялась для возведения жилых зданий высотой до 22 этажей. Масса сборных элементов составляла 3-5 т. Установку крупных блоков осуществлялась по основному принципу возведения каменных стен - горизонтальными рядами, на растворе, с взаимной перевязкой швов.

Преимуществами крупноблочной строительной системы являются: простота техники возведения, обусловленная самоустойчивостью блоков при монтаже, возможностью широкого вменения системы в условиях различной сырьевой базы. Гибкая система номенклатуры блоков позволяла возводить различные типы жилых домов при ограниченном числе типоразмеров изделий. Эта система требовала меньших по сравнению с панельным и объемно-блочным домостроением капиталовложений в производственную базу из-за простоты и меньшей металлоемкости формовочного оборудования, а ограниченная масса сборных изделий позволяла использовать распространенное монтажное оборудование малой грузоподъемности.

Создание крупноблочной строительной системы стало первым этапом массовой индустриализации конструкций зданий с бетонными стенами. Крупноблочная система по сравнению с традиционной каменной дала снижение затрат труда на 10% и сроков строительства на 15-20%. По мере внедрения более индустриальной панельной системы постепенно уменьшается объем применения крупноблочной. Уже к середине 70-х годов прошлого столетия крупноблочная система в массовом жилищном строительстве занимает третье место по объему применения после панельной и традиционной каменной систем.

Панельная строительная система применяется при проектировании зданий высотой до 30 этажей в обычных грунтовых условиях и до 14 этажей в сейсмических районах. Внедрение панельной системы в жилищное строительство было начато в конце 1940-х годов одновременно в СССР и во Франции. В 1967 г. вступил в действие разработанный Госстроем СССР ГОСТ 11309-65 на все типы крупнопанельных домов, определяющий все требования к их качеству, устройству стыков и степени точности производства и монтажа изделий.

Стены таких зданий монтируют из бетонных панелей высотой в этаж, массой до 10 т и длиной в 1-3 конструктивно-планировочных шага.

Техническим преимуществом панельных конструкций является их значительная прочность и жесткость. Это определило широкое применение панельных конструкций для зданий повышенной этажности в сложных грунтовых условиях (на просадочных и вечномерзлых грунтах, над горными выработками). По той же причине панельные конструкции демонстрируют большую сейсмостойкость по сравнению с другими строительными системами.

В других экономически развитых странах объем панельного строительства растет также интенсивно, что объясняется высокой экономической эффективностью строительной системы. Однако, следует заметить, что ни одна страна к началу 80-х годов не имеет такой мощной индустриальной базы строительной отрасли, а к середине 80-х большинство западных стран затронуто серьезным экономическим кризисом.

Каркасно-панельная строительная система с несущим сборным железобетонным каркасом и наружными стенами из бетонных или небетонных панелей применяется в строительстве зданий высотой до 30 этажей. Внедрена в СССР наряду с панельной в конце 1940-х годов, до начала 90-х годов на ее основе ежегодно возводилось около 15% объема общественных зданий. В жилищном строительстве систему применяли в ограниченном объеме, поскольку она уступала панельной по технико-экономическим показателям.

Объемно-блочная строительная система также впервые была внедрена советскими строителями. Объемно-блочные здания возводят из крупных объемно-пространственных железобетонных элементов массой до 25 т, заключающих в себе жилую комнату или другой фрагмент здания. Объемные блоки, как правило, устанавливали друг на друга без перевязки швов.

Объемно-блочное строительство позволяет существенно снизить суммарные трудозатраты в строительстве (на 12-15% по сравнению с панельным) и получить прогрессивную структуру этих затрат. Если в панельном строительстве соотношение затрат труда на заводе и строительной площадке составляет в среднем 50 на 50%, то в объемно-блочном оно приближается от 80% заводского изготовления к 20% трудозатрат на стройплощадке. Из-за сложности технологического оборудования капиталовложения при создании заводов объемно-блочного домостроения на 15% больше по сравнению с заводами панельного домостроения.

Объемно-блочную систему применяют 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. Наиболее эффективно объемно-блочное домостроение при значительной концентрации строительства, необходимости его осуществления в сжатые сроки, при дефиците рабочей силы.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ПО ИНФОРМАЦИИ НПО "КУБ"

Конструкции КУБ-2,5 разработаны для строительства зданий до 25 этажей и выше в I-IV климатических районах как в обычных условиях, так и в условиях повышенной сейсмической активности до 8 баллов. Возможно, так же строительство зданий высотой до 16 этажей и в районах с сейсмичностью до 9 баллов.
Каркас прост в изготовлении и монтаже. Изделия каркаса простой геометрической формы и имеют ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает его освоение. Парк форм минимален, сами формы отличаются простотой и технологичностью.
Элементы безригельного каркаса могут быть легко изготовлены во вновь осваиваемых районах, в условиях отсутствия индустриальной базы, а так же в местах, где еще не налажено производство каркасов действующих серий. Безригельный каркас обладает архитектурно-планировочными и конструктивными преимуществами перед традиционными блочными.
Гладкий потолок перекрытия в ряде случаев позволяет отказаться от дорогостоящих подшивных потолков, необходимых по гигиеническим, эстетическим или техническим требованиям.
Уменьшенный строительный габарит перекрытия дает возможность на 5-8% снизить кубатуру здания. Наличие консольной части по периметру перекрытия позволяет удобно решать температурно-осадочные швы, примыкание к другим зданиям, устройство галерей и солнцезащитных элементов для южных районов.

Одним из достоинств каркаса является пониженный показатель расхода стали и цемента на 1 кв.м перекрытия по сравнению с каркасными системами, применяемыми как внутри страны так и за рубежом.
Следующим достоинством является так же простота монтажа.
Формообразующие возможности каркаса имеют широкий диапазон от одноэтажных до многоэтажных зданий со сложным архитектурно-пространственным решением.
Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в институте ЦНИИЭП жилища, подтвердили жесткостные и прочностные качества конструкции, а так же достоверность расчетных предпосылок.

Безригельный каркас состоит из колонн квадратного сечения и плоских панелей перекрытия. Панели перекрытий имеют размеры в плане 2,98x2,98 м, таким образом, зазор между ними всего 20 мм и это дает возможность замоноличивания швов без установки опалубки. Толщина панелей 160 мм. В системе предусмотрены двухмодульные панели, получаемые путем объединения двух соседних панелей: 1. Надколонная и межколонная. 2. Межколонная и средняя.

Это позволяет в двое ускорить монтаж и сэкономить на замоноличивании стыков. Панели перекрытий, в зависимости от расположения их в плане, подразделяются на надколонные, межколонные и вставки. Членение перекрытия запроектировано с таким расчетом, что бы стыки панелей располагались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю. Пространственная жесткость конструкции обеспечена монолитной связью элементов (перекрытий и колонн) и, при необходимости, и включением в систему связей и диафрагм.

После установки арматуры в швах между панелями швы замоноличиваются, одновременно замоноличиваются стыки надколонных плит с колоннами по всему перекрытию на данной отметке. Швы между плитами используются для пропуска инженерных коммуникаций. Конструкции каркаса рассчитаны для строительства зданий по рамной или рамно-связевой схеме. Этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, по рамно-связевой схеме практически не ограничена при условии обеспечения прочностных качеств колонн путем увеличения процента армирования для введения жесткой арматуры. Стыки элементов каркаса замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия. Монтаж многоэтажных рамных каркасов производится с помощью простых приспособлений. В качестве грузоподъемных средств используются мобильные или башенные краны грузоподъемностью от 5 т и выше. Монтаж конструкций ведется в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в стаканах фундаментов, устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели, затем монтируются межколонные панели и панели-вставки.

Номенклатура изделий, предусмотренная в выпусках КУБ-2.5, позволяет проектировать здания пролетами 6 и 3 м с шагом колонн 6 и 3 м, высотами этажей 2,8; 3,0; 3,3 м. Конструкции каркаса предполагают применение наружных внутренних стен как из штучного материала, так и в виде крупноразмерных элементов - панелей.

Панели наружных стен запроектированы однослойными керамзитобетонными вертикальной разрезки.
Строители отмечают удобство монтажа каркаса, легкость его освоения на стройпощадке, возможность достижения высокой производительности труда.