Тема: Конструктивные схемы зданий

7. Конструктивные схемы гражданских зданий. Основные требования. Каркасные и бескаркасные здания.

Конструктивная схема здания должна удовлетворять основным требованиям: эксплуатационно-техническим, эстетическим, санитарно-инженерным, конструктивные элементы, из которых состоит жилое или общественное здание.

В зависимости от их назначения разделяют на 2 основные группы:

1. Несущие

В совокупности образуют просторную систему, которую называют несущим остовом здания. Эти конструкции воспринимают нагрузку от массы находящихся в здании людей, оборудования, снега и ветра, а также от других частей здания на них опирающиеся.

К несущим конструкциям относятся фундаменты, стены, отдельные опоры в виде колонн или столбов или балки, перемычки и т.д.

2. Ограждающие

Ограждающей конструкции зданий и отдельных его помещений ограждает от внешней среды или одни помещения от других.

К ним относятся наружные и внутренние стены, перекрытия, покрытия, перегородки, окна, двери, ворота,…

Ограждающие конструкции должны обладать стойкостью противо атмасферных и других физико-химических воздействий, а также надежным тепло и звукоизоляционными свойствами

Горизонтальные конструкции воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки и передают их различных видов вертикально несущих конструкций (стойкам, каркасам, стенам, объемным блокам)

В зависимости от видов таких конструкций наиболее часто применяют каркасную, бескаркасную и оболочковую конструктивную систему здания. Выбор той или иной конструктивной системы зависит от этажности здания, объемно-планировочной структуры, наличие базы сторит. индустрий. Обычно на начальном этапе проектирования принимают конструктивную систему здания, руководствуюсь принципом взаимного размещения в пространстве вертикально несущих конструкций. Пример: стены несущие могут расположиться вдоль корпуса здания.

По характеру работы каркасные здания бывают:

• Связевые

  Равносвязевые

  Рамные и др.

В рамном каркасе стойки и ригели соединяют между собой жесткими узлами (электросварка закладных деталей). В связевом каркасе с нежесткими узлами для восприятия горизонтальных нагрузок необходимы дополнительные связи.

В комбинированные равносвязевые каркасы в одном направлении применяются рамы, а в другом связи.

Бескаркасные здания возводятся, как правило, из крупных железобетонных панелей конструктивная схема крупнопанельных зданий, как правило, перекрестная, т.е. и продольные и поперечные стены являются несущими, а плиты перекрытий опираются на них по конторы.

При поперечных несущих стенах нагруженные продольные стены являются только теплозащитными и могут быть самонесущими или навесными.

Навесные стены могут опираться непосредственно на перекрытие или крепиться к колоннам.

Панельные бескаркасные здания с поперечно несущими стенами имеют шаг 2.40 м и 4.20 м- это малый шаг, а также 4.80 и 7.20 м – это большой шаг.

Смешанные это малый и большой шаг одновременно.

Наличие большого шага пред-т более широкие возможности в планировании.

В этом шаге могут быть размещены 2 смежные комнаты, кухня, 2 спальни,…

Преимущества и малого и большого шага обеспечивает система смешанного шага.

Наиболее экономичными являются крупногабаритные здания высотой до 15 этажей с узлами или малым шагом.

Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы конструктивного типа здания по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций – продольному, поперечному или др., также по характеру статистической работы (тип соединения основных конструкций между собой). Классификация конструктивных схем зданий приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.10 Стеновые конструктивные схемы зданий: 1 – перекрестно-стеновая; ІІиIII– поперечно-стеновые;IVиV– продольно-стеновые; А – варианты с несущими или самонесущими продольными наружными стенами; Б – то же, с несущими; а – план стен; б – план перекрытий.

При стеновом конструктивном типе зданий применяют 5 конструктивных схем (рис. 3.9.).

Перекрестно-стеновая схема (рис. 3.10.І) характеризуется малыми размерами помещений (до 20 м 2), ее применяют, в основном, для многоэтажных панельных жилых зданий со сплошными железобетонными плитами перекрытий, опертыми по контуру.

Схемы с поперечными несущими стенами со смешанным шагом (чередующиеся с большим (более 4,8 м), малым (менее 4,5 м)) и большим шагом (рис. 3.10.ІІиIII) позволяют более разнообразно решать планировку жилых зданий, размещать встроенные нежилые помещения в первых этажах, обеспечивают удовлетворительные планировочные решения школ и детских учреждений.

Продольно-стеновая схема (рис. 3.10.IV) традиционно применяется при проектировании гражданских зданий различной этажности с каменными и крупноблочными конструкциями. Она обеспечивает свободу планировочных решений в зданиях.

Схема с продольными наружными несущими стенами (рис. 3.10.V) применяется в жилых 9-10-этажных зданиях. Она обеспечивает максимальную свободу планировки и многократной трансформации планировочных решений в течение срока эксплуатации здания.

В каркасных зданиях горизонтальные и вертикальные элементы, соединенные между собой в поперечном и продольном направлениях, образуют конструкции, называемые рамами. Соединение элементов в раме может быть шарнирным и жестким. При шарнирном соединении балки и стойки изгибающие усилия, возникающие в балке, на стойку не передаются, так как она может повернуться (рис. 3.1,е). Жесткое соединение балки со стойкой позволяет передавать на стойку не только сжимающие, но и изгибающие усилия и поперечные силы (рис. 3.1,ж). Рамы могут быть одноярусными или многоярусными, однопролетными и многопролетными.

Таким образом, существуют два способа обеспечения жесткости плоских систем – по рамной и посвязевой схемам. Комбинируя ими при расположении элементов несущего остова в обоих направлениях здания, можно получить три варианта пространственных конструктивных схем здания: рамную, рамно-связевую, связевую. В третьем направлении – горизонтальном – перекрытия обычно рассматриваются как жесткие диафрагмы. Все эти варианты встречаются при проектировании каркасного несущего острова (рис. 3.11.).

Рис. 3.11. Конструктивные схемы каркасов: а - рамная; б – рамно-связевая; в - связевая; 1 - колонна; 2 - ригель; 3 – жесткий диск перекрытия; 4 – диафрагма жесткости.

Рамная схемапредставляет собой систему плоских рам (одно- и многопролетных; одно- и многоэтажных), расположенных в двух взаимно перпендикулярных (или под другим углом) направлениях – систему стоек и ригелей, соединенных жесткими узлами при их сопряжениях в любом из направлений.

Рамно-связевая схема решается в виде системы плоских рам, шарнирно соединенных в другом направлении элементами междуэтажных перекрытий. Для обеспечения жесткости в этом направлении ставятся решетчатые связи или стенки (диафрагмы) жесткости. Плоские рамы удобнее устанавливать поперек здания.

Связевая схема решения каркаса здания наиболее проста в осуществлении. Решетчатые связи, или диафрагмы жесткости, вставляемые между колоннами, устанавливаются через 24…30 м, но не более 48 м и в продольном, и в поперечном направлениях; обычно эти места совпадают со стенами лестничных клеток.

Рамная схема применяется сравнительно редко. Трудоемкость построечных работ по обеспечению жесткости узлов, повышенный расход стали и т.п. ограничивают их применение в сейсмических районах, зданиях, в которых на большом протяжении (48-54 м) не допускается установка стен, перегородок и других преград и т.п. Чаще, особенно в производственных зданиях, применяют рамно-связевую схему.

Связевая схема оправдывает свое широкое применение большей простотой построечных работ, меньшими затратами труда и материалов и т.п.

При стеновом несущем остове и при различных системах остовов с неполным каркасом обычно применяют связевую схему; при этом наружные или внутренние стены выполняют функции диафрагмы или ядер жесткости, т.е. не требуется установка дополнительных стен.

В каркасных зданиях вторым определяющим признаком конструктивной схемы является расположение ригелей. Различают 4 конструктивных схемы споперечными, продольными или перекрестными ригелями и безригельную (рис. 3.12.).

Рис. 3.12. Конструктивные схемы каркасных зданий: а – с продольным расположением ригелей; б – с поперечным расположением ригелей; в – с перекрестным расположением ригелей; г – безригельная

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. В связи с этим каркас с поперечным расположением ригелей применяют в многоэтажных зданиях с регулярной планировочной структурой (общежития, гостиницы), совмещая шаг поперечных перегородок с шагом несущих конструкций.

Каркас с продольным расположением ригелей применяют в жилых домах квартирного типа и массовых общественных зданиях сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.

Безригельный (безбалочный) каркас, в основном, используют в многоэтажных промышленных зданиях, реже в общественных и в жилых, в связи с отсутствием соответствующей производственной базы в сборном жилищном строительстве и относительно малой экономичностью такой схемы. В то же время благодаря отсутствию ригелей эта схема среди каркасных в архитектурно-планировочном отношении – наиболее благоприятная. Преимущество безригельного каркаса используется в жилых и общественных зданиях при их возведении в сборно-монолитных конструкциях методом.

К зданиям с жесткой конструктивной схемой относятся многоэтажные промышленные и гражданские здания с часто расположенными поперечными стенами. В этих зданиях ветровые и другие горизонтальные нагрузки, воспринимаемые продольными стенами, передаются от них на перекрытия, а от последних на поперечные стены, обладающие большой жесткостью в поперечном направлении (в своей плоскости). А усилия от поперечных стен передаются через фундаменты на грунт.

Предельные расстояния между поперечными стенами - l пред, при которых обеспечивается неподвижность в горизонтальной плоскости перекрытий - диафрагм, приведены в табл. 1 (для железобетонных перекрытий расстояния между поперечными стенами принимают от 24 до 54 м).

К зданиям с упругой конструктивной схемой относятся в основном одноэтажные промышленные здания, у которых при отсутствии жестких горизонтальных связей поперечные устойчивые конструкции располагаются на расстояниях, превышающих l пред. В этом случае устойчивость здания создается поперечной устойчивостью самих продольных стен и столбов за счет их собственного веса и заделки в грунт, а также за счет жесткости покрытия.

Конструктивная схема
закономерное взаимное расположение и
соединение несущих горизонтальных и
вертикальных конструкций в единую
пространственную систему, обеспечивающих
его прочность, жёсткость и устойчивость

Конструктивные системы жилых зданий классифицируются по типу вертикальных несущих конструкций.

Комбинированные конструктивные системы

Конструктивные схемы многоэтажных зданий

1. Каркасная схема

Каркасные схемы

Каркасная рамная схема

Каркасная рамно-связевая схема

Каркасная связевая схема

Каркасные схемы

Конструктивные схемы многоэтажных зданий

2. Стеновая (диафрагмовая) система

Конструктивные схемы многоэтажных зданий

Оболочковая система

Конструктивные схемы многоэтажных зданий

Ствольная система

Ствольная система

Объёмно-блочные здания

Элементы объемно-блочных зданий

Панельно-блочное здание