Конструктивные схемы с консольными этажами
В каркасах многоэтажных зданий с цилиндрическими ядрами жесткости или в конструкциях внешних каркасов необходимо устанавливать консольные этажи с целью повышения горизонтальной жесткости здания. Такие схемы применяют при сильных воздействиях ветра, однако сейсмостойкость конструкций при этом снижается. При проектировании определяют количество консольных этажей, форму и жесткость консолей, а также особенности конструкций ферм. На рис. 1.2.4 показаны некоторые конструктивные схемы зданий с консольными этажами.
Рис. 3.2.4. Конструктивные схемы зданий с консольными этажами
Несимметричные конструктивные схемы
Несимметричные конструктивные схемы разделяют на три типа:
– с несимметричными планами;
– с несимметричным расположением контрфорсов;
– податливое соединение перекрытий.
Такие конструктивные схемы не следует использовать при строительстве в сейсмоопасных районах. Конструкции имеют нелинейные деформации и могут не выдержать большой нагрузки. На рис. 1.2.5 показаны некоторые несимметричные конструктивные схемы.
Рис. 3.2.5. Здания с несимметричными конструктивными схемами
3.2.6. Другие виды конструкций
Помимо перечисленных существуют и другие сложные конструкции. Например, конструкции с разноуровневыми этажами, многобашенные конструкции с одним основанием. Такие сложные конструкции в этой книге подробно не рассмотрены. На рис. 1.2.6 показаны некоторые примеры подобных конструкций.
|
|
|
Рисунок 3.2.6.1. Примеры сложных конструкций
Рис. 3.2.6.2. Гостиница Хуа Чао (Шэньчжэнь): а - план нижнего этажа; Ь - план типового этажа; с - разрез
3.2.7 Обеспечение монолитности смешанных конструкций
На основании приведенных данных разрушений реальных объектов и результатов выполненных исследований видно, что если проектирование ведется правильно, то смешанные конструктивные системы имеют хорошие сейсмостойкие свойства. При проектировании смешанных конструктивных систем важно обращать внимание на показатели сейсмостойкости и конструктивное решение узлов. В этом параграфе обсуждаются вопросы обеспечения совместной работы элементов конструктивной системы здания, следующий параграф посвящен конструированию узлов.
Проектирование конструктивных систем
Смешанные конструктивные системы часто проектируют, как системы, которые состоят из железобетонных ядер жесткости и стальных каркасов. Центральный вопрос при проектировании такой системы – учет совместной работы ядра жесткости и внешнего стального каркаса.
При проектировании зданий для повышения сейсмостойкости смешанных конструктивных систем существуют два подхода: 1) усиливать ствол ядра жесткости, чтобы он смог выдерживать главные сейсмические воздействия; 2) усиливать внешний каркас, чтобы он воспринимал часть сейсмической нагрузки. При проектировании высотных зданий со сложной конструктивной схемой часто применяют оба подхода одновременно для обеспечения максимальной безопасности здания.
|
|
|
Повышение сейсмостойких свойств цилиндрических ядер жесткости
Железобетонные ядра жесткости благодаря повышенной жесткости воспринимают главные сейсмические воздействия. Некоторые ученые считают, что стены-диафрагмы выдерживают все поперечные силы, каркас – только вертикальные. Но в этом случае требования к стенам – диафрагмам нижних этажей значительно повышаются. Если, при сейсмических воздействиях железобетонные стены – диафрагмы ствола разрушаются, сейсмические нагрузки перераспределяются на каркас и если каркас не может выдерживать такие сейсмические воздействия, целостность всего здания находится под угрозой.
Сейсмостойкие свойства зданий со смешанной конструктивной системой в значительной степени зависят от конструкций ядер жесткости, поэтому необходимо проводить мероприятия, чтобы повысить их жесткость:
|
|
|
1) обеспечить целостность углов ядер жесткости за счет, увеличения количество арматуры в углах, особенно в углах нижней части ствола;
2) осуществлять регулирование поперечных сил в стенах-диафрагмах, за счет увеличения толщины стены;
3) в стенах-диафрагмах ствола установить многослойное армирование и при необходимости, на уровнях отметок этажей здания устанавливать скоростные железобетонные балки;
4) неразрезные балки необходимо проектировать с применением нахлестки арматурных стержней;
5) дверные проемы в стенах-диафрагмах ствола необходимо проектировать симметричными и обрамлять усиливающими элементами и дополнительным армированием.
Несмотря на то, что железобетонные стены-диафрагмы имеют большую жесткость и высокую прочность, однако при действии поперечных сил их растяжимость очень мала. Даже при проведении перечисленных выше мероприятий их пластичность недостаточна. С целью повышения пластических свойств стен-диафрагм в смешанных конструктивных системах, в стенах устанавливают скрытые опоры, из стальных профилей, железобетона и др.
Повышение пластичности железобетонных стен-диафрагм
Улучшение растяжимости стен-диафрагм из железобетона – одна из главных задач исследований. По результатам исследований специалистов разных стран были предложены следующие мероприятия направленные на повышение пластичности стен-диафрагм.
|
|
|
Для того чтобы повысить пластичность и растяжимость, стен-диафрагм их проектируют с вертикальными швами. Это является эффективным мероприятием, но в при этом, первоначальная жесткость стен-диафрагм сильно снижается. Поэтому это решение не всегда пригодно для высотных зданий. Однако для создания вертикальных швов можно использовать и другие методы. Например, в зоне вертикального шва арматура не разъединяется, или с обоих сторон вертикальных швов устанавливаются скрытые колонны. Используются и другие методы устройства сейсмостойких стен с вертикальными швами. Цель этих методов – минимальное снижение жесткости по сравнению со стенами без вертикальных швов, но обеспечить повышение растяжимости стен-диафрагм.
Железобетонные стены-диафрагмы со скрытыми опорами тоже являются достаточно эффективными при таком решении. К арматуре железобетонных стен-диафрагм добавляют продольную арматуру и хомуты, которые и создают скрытые опоры после укладки бетона. Скрытыми опорами можно существенно улучшить сейсмостойкие свойства стен-диафрагм и повысить диссигативные свойства стен-диафрагм.
Железобетонные стены-диафрагмы с усиливающими профилями
Многочисленные результаты испытаний показали, что при установке на железобетонных стенах-диафрагмах усиливающих изделий в виде профилей можно существенно улучшать сейсмостойкие свойства стен-диафрагм. При сейсмических воздействиях распределение усилий и деформаций в железобетонных стенах-диафрагмах, усиленных профилями при одинаковых условиях гораздо выше, чем у обычных железобетонных стенах-диафрагмах. Жесткость в таких стенах снижается более медленно, диссигативные свойства конструкции во много раз повышается, и разрушение переходит из разрушения хрупкого в разрушение пластическое.
Существует много методов установки профильных изделий на стенах-диафрагмах. Можно устанавливать профили на скрытых колоннах, которые располагаются с двух сторон стен-диафрагм, можно усиливать крайние элементы стен-диафрагм, можно также использовать крайние элементы стен-диафрагм выполненные из профилей, а соединяющие их стальные балки в этом случае образуют каркас. Достаточно эффективным решением является установка стальных панелей или раскосов из профилей. При увеличении числа профильных изделий несущая способность и растяжимость стен-диафрагм намного повышается.
Для повышения жесткости конструкций здания, иногда могут применяться стены-диафрагмы со стальными панелями. В таком решении стальные панели соединяются с каркасом из профилей, усиливая таким образом жесткость и несущую способность каркаса, а в конечном итоге и сопротивляемость поперечным силам. Чтобы улучшать железобетонных стен-диафрагм сопротивляемость поперечным силам, можно устанавливать также стальные панели на железобетонных стенах-диафрагмах. Стальные панели могут быть непрерывными или с вертикальными швами. Существует много методов соединения стальных панелей с прилегающими элементами.
При проектировании, нужно повышать также изгибную жесткость стен-диафрагм высотных зданий и особенно небоскребов. Для этого можно увеличивать интенсивность продольной арматуры и хомутов в скрытых колоннах. Для особо ответственных участков на оголовке потайных колонн необходимо устанавливать изделия из профилей. Желательно комплексно повышать сопротивляемость стен-диафрагм, изгибу и поперечным силам.
Китайская строительная академия проводила исследования стен-диафрагм со стальными профилями, сравнивая при этом влияние разных методов усиления. Например, сравнивался каркас из профилей со стальными раскосами с установкой стальных панелей с целью нахождения оптимальных методов повышения несущей способности и растяжимости стволов ядер жесткости смешанных конструктивных систем.
Вопрос безопасности конструкций
В «Технической инструкции по проектированию смешанных конструктивных систем высотных зданий» для внешнего стального каркаса должны выполняться следующие условия. Колонны каждого этажа каркаса должны выдерживать поперечную силу, которая не должна быть меньше минимальной из двух величин: 1) 25% суммарных поперечных сил нижней части здания; 2) 1,8 раза максимальной величины поперечной силы землетрясения передается на каркас здания. Такие условия должны быть для того, чтобы каркас обеспечивал эффект второго рубежа обороны здания.
Из-за малой величины горизонтальной силы воспринимаемой только чисто стальным каркасом обеспечивать эффект второго рубежа, и выдерживать 25% суммарной поперечной силы от сейсмической нагрузки проблематично. Поэтому в этих условиях применяются смешанные конструкции для проектирования которых используют следующих два метода:
1) в конструктивной системе здания устанавливаются раскосы, которые становятся опорной системой для внешнего каркаса. Это повышает жесткость стальных конструкций каркаса и позволяет удовлетворять условиям проектирования внешнего каркаса и обеспечивает конструкции защитный рубеж, обороны здания. Однако такой метод может изменить фасад здания, необходимы согласования с архитектурой города;
2) во внешнем каркасе применяются комбинированные элементы, обеспечивающие увеличение жесткости внешнего каркаса. Например, Китайская строительная академия наук проводила исследования жилых домов со смешанными конструкциями. В Китае результаты этих исследований обеспечили возможность проектирования внешних каркасов многих высотных зданий в Китае из комбинированных конструкций.
Таблица 12.3.1 - Максимальные пригодные высоты сталебетонных смешанных конструкций (м)
| Конструктивная система | Несейсмостойкое проектирование | Проектная сейсмостойкая балльность | |||
| 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| Стальной каркас - железобетонный ствол | 210 | 200 | 160 | 120 | 70 |
| Железобетонный каркас с жесткой арматурой - железобетонный ствол | 240 | 220 | 190 | 150 | 70 |
На основе опытов реальных объектов и результатов исследований в «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» подготовлены соответственные параграфы о сталежелезобетонных смешанных конструкциях и для них определены допустимые высоты зданий. Согласно этой инструкции малые высоты зданий со стальным каркасом и железобетонным ядром жесткости определенные из условий безопасности, незначительно ниже высоты зданий с железобетонными каркасами и ядрами жесткости (табл. 12.3.1).
Выбор комбинированных элементов
Чтобы повысить жесткость и прочность внешних каркасов сталебетонных смешанных конструкций, часто применяют комбинированные элементы. В главных частях сложных железобетонных конструкций также часто применяют комбинированные элементы. Далее приведен анализ достоинств и недостатков комбинированных элементов.
Бетонные элементы со стальными профилями
В смешанных конструкциях бетонные элементы с жесткой арматурой являются комбинированными элементами, которые широко применяются при проектировании высотных зданий. Их можно использовать как балки, колонны и стены-диафрагмы. Если добавлять жесткую арматуру в железобетонные элементы, можно значительно повысить их жесткость и несущую способность. А по сравнению со стальными элементами железобетонные элементы с жесткой арматурой имеют высокую жесткость, хорошую огнестойкость и коррозиостойкость.
Железобетонные колонны с жесткой арматурой
Рис. 12.3.1. Типы сечений железобетонных колонн с жесткой арматурой
Железобетонные конструкции с жесткой арматурой выдерживают значительные нагрузки. Формы сечений колонн с жесткими профилями показаны на рис. 12.3.1. Исследования показали, что способность к сопротивлению поперечной силе сечения решетчатого типа (е) очень небольшая. Поэтому в настоящее время в основном применяются типы сечений (а) – (д).
Железобетонные колонны с профилями в сравнении с обычными железобетонными колоннами имеют следующие достоинства:
1) меньший размер сечений, малый собственный вес, увеличение используемого пространства.
В железобетонных колоннах со стальными профилями несущая способность значительно повышается и особенно повышается сопротивляемость поперечной нагрузке. Это позволяет значительно уменьшать размеры элементов и повышать сейсмостойкие свойства конструкций.
Железобетонные стены-диафрагмы с жесткой арматурой
Железобетонные стены-диафрагмы с жесткой арматурой – это стены-диафрагмы, в которых установлены профили. Обычно применяемые типы сечений – это железобетонная стена-диафрагма в которой по краям установлены профили (рис. 12.3.3).В местах скрытых колонн по их краям также могут устанавливаться профили. Это значительно повышает прочность и деформативность скрытых колонн железобетонных стен-диафрагм. Кроме этого из-за расположения профиля по краю стен-диафрагм соединение между стальными балками и стенами-диафрагмами более удобно. Поэтому в смешанных конструктивных системах железобетонные стены-диафрагмы с профилями применяются достаточно широко.
Железобетонные комбинированные балки с профилями
Профили в железобетонных комбинированных балках устанавливают в растянутых зонах, а бетон – в сжатых зонах.
По сравнению с обычными железобетонными балками комбинированные конструкции позволяют уменьшить расход бетона в растянутых зонах и снизить собственный вес. Для них не требуется выполнение условия по ограничению ширины раскрытия трещин, при действии одинаковых нагрузок комбинированные конструкции имеют меньшую высоту сечения. В тоже время из-за открытых стальных элементов в таких балках, нужно производить мероприятия по повышению огнестойкости и антикоррозиестойкости. Железобетонные комбинированные балки с профилями и железобетонные балки с жесткой арматурой широко используются в высотных зданиях.
Комбинированные колонны со стальными обоймами
Комбинированные колонны со стальными обоймами конструируются из стальных труб в которые заливается бетон. Обычно применяются колонны с круглыми стальными трубами и колонны с замкнутым прямоугольным поперечным сечением.
Бетонные колонны с круглыми обоймами
Бетонные колонны с круглыми стальными обоймами состоят из стали и бетона, и полностью используют прочность стальных материалов и бетона, усиливая друг друга.
Когда в сжатом бетоне появляются микротрещины, возникают продольные деформации, а наличие внешних стальных труб ограничивает продольные деформации бетона. Бетон находится в сжатом трехосном напряженном состоянии и его прочность намного повышается. В то же время благодаря существованию бетонного ядра ограничивается локальный изгиб внешних обойм, и стальная труба полностью используют свою прочность. Поэтому фактически несущая способность бетонных колонн с круглыми стальными обоймами значительно выше, чем при сложении несущей способности стальных труб и бетона.
Комбинированные колонны со стальными обоймами квадратного (прямоугольного) сечения
Квадратное (прямоугольное) сечение обойм комбинированных колонн также обеспечивает эффект обоймы для бетона внутри сечения трубы, но этот эффект слабее, чем у комбинированных колонн с круглыми стальными обоймами. Этот эффект связан с толщиной и длиной стальных труб и рядом других факторов.
Комбинированные колонны со стальными обоймами в сравнении с обычными железобетонными колоннами имеют следующие достоинства:
1) стальные обоймы хорошо сопротивляются горизонтальному давлению, а при заливке бетона можно уменьшить количество технологических процессов и снизить стоимость;
2) стальные обоймы сами являются арматурой и несут функцию продольной и поперечной арматуры. Производство стальных труб более технологично, чем у стальных каркасов, из открытых профилей и более пригодно для заливки бетона;
3) стальные трубы сами работают как каркас и скорость их возведения такая же, как и у стальных конструкций.
Комбинированные колонны в сравнении со стальными колоннами из открытых профилей, имеют следующие достоинства:
а) хорошая огнестойкость
б) большая жесткость и более высокие диссигативные свойства, что полезно для ограничения перемещений конструкций.
Комбинированные колонны с обоймами из круглых стальных труб, в сравнении скомбинированными колоннами с прямоугольными обоймами более рациональны по несущей способности. Комбинированные колонны с круглыми обоймами являются самыми экономичными и рациональными конструкциями. Их несущая способность также сравнительно высокая. С точки зрения архитектурного проектирования, при условии обеспечения одинаковой жесткости, размер сечения квадратной стальной трубы может быть меньше и обеспечить лучшую архитектурную выразительность. Поэтому такие колонны все больше используются во внешних каркасах смешанных конструктивных систем зданий, тем не менее комбинированные колонны с круглыми обоймами это самый рациональный тип конструкций.
3.2.8 Структуры узлов комбинированных конструкций
Самым сложным вопросом в проекте, при проектировании комбинированных конструкций, является соединение разных элементов. Данные различных землетрясений показали, что много разрушений при землетрясении происходит из-за непригодной структуры узлов. Поэтому в этом параграфе рассмотрены вопросы узловых креплений комбинированных конструкций.
Узлы железобетонной колонны с профилями
При соединениях железобетонной колонны с жесткой арматурой и железобетонной балки с жесткой арматурой, железобетонной балки или стальной балки, лучше всего использовать крестообразные соединения. Одновременно при этом необходимо удовлетворять условиям соединения стальных конструкций.
Соединение между конструкциями должны быть жесткими, продольная арматура балки должна пересекать узлы колонн. В то же время необходимо удовлетворять условиям анкеровки арматуры.
Соединение колонны и балки с жесткой арматурой Соединение колонны и балки с жесткой арматурой или колонны со стальной балкой, лучше выполнять жесткими. Металлическое ребро профиля балки и металлическое ребро профиля колонны должны полностью стыковаться между собой и свариваться. Соединение стенки балки и колонны выполняют на высокопрочных болтах. Соединение консолей балки с колонной выполняют полностью сварными (рис. 12.4.1).
Рис. 12.4.1. Соединения профилей колонны и балки:
а - сварное на стройплощадке; Ь - болтовые на стройплощадке / - профиль в колонне; 2 - профиль в балке; 3 - отверстия; 4 - главная арматура в колонне; 5 - сварки при монтаже; 6 - высокопрочные болты; 7 - главная арматура балки; 8 - сварка
на заводе-изготовителе; 9 - средняя часть металлической балки
Соединение железобетонной колонны и балки с жесткой арматурой Для соединения балки с колонной в балке добавляют горизонтальное ребро. Толщина этого ребра назначается такой же как и ребра профиля и не меньше 12 мм. При бетонировании конструкции на горизонтальных ребрах должны устраиваться отверстия для выпуска воздуха (рис. 12.4.2). 
| Рис. 12.4.2. Узел соединения колонны с балкой: |
| 1 - профиль в колонне; 2 - профиль в балке; 3 - бетонное ядро; 4 - горизонтальное нижнее ребро с отверстиями для выхода воздуха; 5 - отверстие в профиле колонны; 6 - горизонтальное верхнее ребро с отверстиями для выхода воздуха; 7 - монтажные отверстия в балке |
Сечения профиля колонны должны быть выбраны таким образом, чтобы удобно было пропускать продольную арматуру балки, пересекающую область узла соединения балки с колонной. В проекте должно максимально уменьшаться количество продольной арматуры, которая пересекает профиль колонны. На профиле колонны, когда оставляют отверстия в стенке для пропуска арматуры, коэффициент потери сечения не должен превышать 25%. При потере сечения более 25% нужно применять усиление колонны. Если на стенке профиля колонны устраиваются отверстия, то проверка несущей способности колонны выполняется при самом неблагоприятном сочетании усилий /V, М. И если условия проверки не выполняются, то конструкцию необходимо усиливать.
Соединение между железобетонной колонной с жесткой арматурой и железобетонной балкой Соединение железобетонной колонны с жесткой арматурой и железобетонной балки можно выполнять тремя способами:
1) способ когда продольная арматура пересекает узел . В колонне вырезаны отверстия на стенке профиля, и вся продольная арматура проходит прямо через узел;
2) соединение продольной арматуры железобетонной балки и коротких стальных балок вставок выполняется внахлестку. Сваривают двутавровую металлическую балку с профилем колонны и на этой балке приваривают болты. Больше 1/3 продольной арматуры балки должно пересекать узел. Остальная продольная арматура соединяется внахлестку с короткими стальными балками-вставками (рис. 12.4.4);
3) метод соединения продольной арматуры балки и стальных двутавров-вставок.
К профилю колонны приваривают двутавры, длина которых должна удовлетворять условиям длины сварных швов для приварки продольной арматуры балки. Часть про-дольной арматуры балки проходит через узел, остальная приваривается к двутаврам-вставкам (рис. 12.4.5).
| Рис. 12.4.4. Соединение внахлест между продольной арматурой балки и короткими стальными балками: |
1-профиль в колонне; 2 - исход воздуха; 3 -внахлест продольной арматурой; 4 - бетонные
балки с профилем;
5 - болты; 6- двутавр
| 1-профиль в колонне; 2 - исход воздуха; 3 -внахлест продольной арматурой; 4 - бетонные балки с профилем; 5-болты; 6-двутавр |
| Рисунок 12.4.5. Сварное соединение продольной арматуры и стальных двутавров-вставок: |
Соединение между железобетонными колоннами с жесткой арматурой
и железобетонными колоннами
В разных конструктивных системах в нижней части конструкции применяются бетонные колонны с профилями, а верхняя часть - железобетонные колонны. Между двумя колоннами необходимо установить переходный этаж, который должен удовлетворять следующим условиям:
1) если в проекте по расчету определено, что какие-то бетонные колонны с профилями можно менять на железобетонные колонны, профиль бетонной колонны с профилем нижней части должна продляться вверху на один или два этажа, которые станут переходными. Сечение профиля колонны, которая находится на переходном этаже, на основе конкретных условий расположения армирования
соответственно изменяется. Расположение продольной арматуры, которая находится на переходном этаже, должно рассчитываться как для железобетонных колонн и при этом увеличивается количество хомутов по всей высоте колонны;
2) профили переходного этажа должны устанавливаться на болты, диаметр болта не меньше 19 мм, горизонтальный и вертикальный шаг болтов принимается не меньше 200 мм, расстояние до края профиля не менее 50 мм (рис. 12.4.6).
Рис. 12.4.6. Соединение между бетонными колоннами с профилем и железобетонными колоннами
Соединение между бетонными колоннами с профилем и стальными колоннами В разных конструктивных системах, в нижней части конструкции принимаются бетонные колонны с профилями, в верхней части - железобетонные колонны. Между двумя колоннами необходимо установить переходной этаж, который должен удовлетворять следующим условиям:
1) если в проекте по расчету определено, что какие-то бетонные колонны с профилями можно менять на стальные колонны, профиль бетонной колонны с расположенной в нижней части должен продлеваться вверх на один или два этажа, которые станут переходными этажами. Отметка расположения сечения профиля колонны, которая находится на переходном этаже, должно считаться по требованию проекта стальных конструкций;
2) в зоне от переходного этажа до нижележащего этажа на длине равной двум высотам сечения профиля необходимо установить болты. Горизонтальный и вертикальный шаг болтов принимается не меньше 200 мм, расстояние до края профиля не меньше 50 мм. В железобетонной колонне увеличивается количество хомутов по всей высоте колонны;
3) при соединении крестовых и прямоугольных сечений колонн, стенки крестовых колонн необходимо смещать по высоте в сечение прямоугольных
3.2.8.1 Узлы каркаса бетонной колонны со стальными трубами
Узлы каркаса бетонной колонны со стальными трубами в проекте должны проверять на действие усилий МнО,.
| Рис. 12.4.8. Устройство кольца усиления |
Соединение между бетонными колоннами с внешними стальными обоймами и балками
В соединении между бетонными колоннами с внешними стальными обоймами и балками из профилей, передача поперечной силы может осуществляться как в стальных конструкциях: через соединительную стенку, которая приваривается на обойму — стальную трубу. Передачу момента с балок на колонну, осуществляется с помощью устройства усиливающего кольца, вокруг стальной обоймы, которое приваривается к нижним и верхним ребрам стальной балки. В средних, крайних и угловых колоннах, кольцо усиления должно быть выполнено в виде замкнутого полного кольца (рис. 12.4.8).
В случае, когда диаметр стальной трубы достаточно велик, усиливающее кольцо можно установить внутри стальной обоймы. В этом случае оно станет элементом, который воспринимает поперечную силу. Внутренние кольца усиления и стенки стальных труб-обойм обязательно свариваются между собой встык по периметру.
Соединение между бетонными колоннами и железобетонными
балками
Для передачи усилий с внешней стальной обоймы в данном соединении используется несущее кольцевое ребро (рис. 12.4.10).
в—в
Рис. 1Л4.Ш. вариант расположения несущего кольцевого ребра
Указанный метод восприятия поперечной силы с помощью несущего кольцевого ребра позволяет распределить поперечную силу равномерно по всему сечению. К недостаткам такого узла можно отнести неудобство его замо-ноличивания бетоном, сложность технологий, необходимость высокого качества сварных швов. В настоящее время при строительстве высотных зданий преимущественно принимают круговые двутавры.
При проектировании узла соединения бетонных колонн смешанными стальными обоймами и железобетонных балок для ограничения воздействия стальных обойм на внутренний бетон, стенки стальных обойм не свариваются с растянутой арматурой. Соединение может осуществляться с балками прямоугольного (рис. 12.4.13), кругового (рис. 12.4.14) сечения, балок с сечением увеличенной ширины, с помощью арматуры пересекающей балки (рис.12.14.15).
| Рис. 12.4.11. Соединение контурного Рис. 12.4.12. Кольцевое соединение двутавра: для восприятия поперечной силы: а - двутавр в виде кольца; Ь — двутавр в виде / - бетонные колонны со стальными тру- конуса; 1 — стенки; 2 - верхняя часть усилива- бами; 2 - железобетонные кольцевые бал- ющего кольца; 3 - нижняя часть усиливающе- ки; 3 - железобетонное перекрытие; 4 - го кольца; 4 - трубобетонные колонны; 5 - ка- кольцо, которое сопротивляет поперечную пители; 6 — железобетонная платформа силу; 5 - ленточная сталь; б - круглая сталь |
Рис. 12.4.13. Соединение прямоуголь- Рис. 12.4.14. Соединение круговых
| Рис. 12.4.15. Арматура, пересекающая тело балки: / - двойной стержень; 2 - внутреннее ребра; 3 - стальные трубы колонны; 4 - соединение стержней |
ных балок: балок:
Соединение между бетонными колоннами с внешними стальными обоймами и железобетонными колоннами Когда у железобетонной колонны верхнего этажа, диаметр больше, чем у колонны нижнего этажа и продольная арматура колонны верхнего этажа не может пересекать стальную обойму колонны нижнего этажа, требуется наваривать вертикальные коротыши на стальную обойму колонны нижнего этажа, и сваривать их внахлест с продольными арматурными стержнями колонн верхнего этажа (рис. 12.4.16).
Рис. 12.4.16. Соединение между бетонными колоннами со стальными внешними обоймами и железобетонными колоннами:
/ - продольная арматура балки; 2 - хомут; 3 - железобетонные колонны; 4 - балка каркаса; 5 - бетонные колонны со стальными внешними обоймами; б - коротыши из арматурной стали (навариваются на внутренние стенки стальной обоймы); 7- соединительные стержни
. Соединение железобетонных стен-диафрагм со стальнымибалками
Шарнирное соединение. Соединение балок из металлических профилей с железобетонными стенами-диафрагмами, как правило, шарнирное. Для удобства таких состояний на железобетонных стенах-диафрагмах устанавливают вспомогательные элементы. На вспомогательных элементах предусматривают специальную накладку, к которой стенки металлической балки крепятся с помощью высокопрочных болтов. Также можно на железобетонных стенах-диафрагмах установить закладные детали. Узел соединения стальных балок с железобетонными стенами-диафрагмами с помощью закладных деталей в теле диафрагмы приведено на
Рис. 12.4.17. Вариант соединение стальных балок с железобетонными и стенами-диафрагмами:
/ - железобетонный элемент; 2 - стальная балка; 3 - закладная деталь; 4 - железобетонная стена; 5 - стальные пластины; 6 - арматурные стержни
| Рис. 12.4.18. Жесткое соединение железобетонных стенам-диафрагмам со стальными балками или профилями бетонных балок: 1 - железобетонная стена; 2 - специальный элемент в теле стены; 3 - стальная балка |
Жесткое соединение Когда требуется создать жесткое соединение, можно установить в железобетонной стене специальные элементы из металлического профиля (рис. 12.4.18).
Конструктивные элементы
Высотные здания состоят из различных конструктивных элементов, располагаемых как в подземной, так и в надземной частях высотного здания.
Подземные конструкции. В системе «высотное здание – фундаменты - основание» наиболее нагруженными конструкциями являются конструкции подземной части, на которые передаются все действующие на здание вертикальные, ветровые (или сейсмические) нагрузки. Промежуточным звеном в этой системе являются фундаменты, от выбора тина которых зависит как надежное функционирование остальных несущих конструкций высотного здания, так и комфортное пребывание в них людей.
Фундаменты высотных зданий
Фундаментом называется подземная часть здания или сооружения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание.
Одним из основных факторов, влияющих на выбор типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия площадки строительства. Результаты этих изысканий обеспечивают предварительную оценку несущей способности основания, его возможность осадок и их неравномерности, общей устойчивости основания. Неблагоприятные результаты могут служить основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или из-за высокой стоимости мероприятий по понижению интенсивности влияния этих процессов. Кроме того, изыскания позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на окружающую застройку.
В результате геотехнической оценки площадки строительства могут быть откорректированы глубина заложения ограждающей конструкции и фундаментов, размеры в плане проектируемого строительства, расположение и ориентация на площадке строительства отдельных частей высотного комплекса, изменение или корректировка конструктивной схемы и расположения ядра(ядер) жесткости высотного здания, определяются основные мероприятия по недопущению развития чрезвычайных ситуаций.
Глубина заложения фундаментов принимается такой, чтобы обеспечить жесткость подземной части здания, заделку здания в основание и уменьшение осадок и кренов сооружения.
С учетом изложенного выше для высотных зданий наиболее эффективными решениями фундаментов могут быть следующие варианты:
- плитные фундаменты повышенной жесткости (рис. 3.5.1, а), плитные переменной толщины (рис. 3.5.1, б), а также коробчатого типа (рис. 3.5.1, в) с развитой подземной частью, на естественном или укрепленном основании;
- свайные фундаменты (рис. 3.5.1, г), в том числе в виде глубоких опор с заделкой нижних концов в коренные породы грунтов известняки;
- комбинированные свайно-плитные (КСП) фундаменты (рис. 3.5.1, д).
Выбор конструкции фундамента осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов и зависит от конструктивно-планировочной схемы здания, характера напластований грунтов, их физико-механических характеристик и взаимодействия строящегося здания с массивом грунта и окружающей застройкой.
Плитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную плиту повышенной жесткости (толщиной 1,5 и более метров), расположенную под всей площадью возводимого здания (см. рис. 3.5.1, а). Нагрузки от здания распределяются по всей поверхности фундаментной плиты и передаются ни грунты основания главным образом через подошву.
Применяются фундаментные плиты переменной толщины с утоньшением в области краев плиты (см. рис 3.3.1. б).
Плитные фундаменты традиционно являются наиболее простым конструктивным решением. Однако условия взаимодействия таких фундаментом с основанием при применении их для высотных зданий требуют тщательного расчетного обоснования из-за возможного возникновения кренов, выпоров грунта из-под края фундамента, значительных изгибающих усилий в конструкции фундамента, потенциальной возможности потери общей устойчивости здания.
При достаточно прочных и малодеформируемых грунтах плитные фундаменты могут применяться при больших (более 500 кПа) удельных нагрузках на основание, если расчетами доказано отсутствие сколько-нибудь значительного локального выпора грунта из-под фундамента и прогнозируются допустимые для нормальной эксплуатации величины осадок. Для обеспечения перечисленных условий могут применяться следующие мероприятия:
- усиление грунтов в основании;
- устройство консольных выпусков из фундаментной плиты за пределы контура здания;
- устройство отсечных стенок, препятствующих выпору грунта из-под фундаментной плиты;
- организация деформационных швов;
- разработка оптимальных схем передачи нагрузок на основание, учитывающих очередность возведения зданий, входящих в комплекс строящегося объекта.
Плитные (сплошные) фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.
Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом, замкнутые различной конфигурации сечения. Этот тип фундамента формирует под зданием развитое подземное пространство, представляя собой нижнюю фундаментную плиту, наружные и внутренние вертикальные несущие конструкции (стены, колонны, стволы) и перекрытия одного или нескольких подземных этажей. Количество участвующих в работе перекрытий определяется по расчету.
Вместе с подземной частью такой плитный фундамент еще называется «плавающим». Применение его может оказаться эффективным при строительстве высотных зданий на основаниях, сложенных не столь прочными грунтами, которые рекомендуются для сплошных фундаментных плит. В то же время повышение этажности подземной части высотою здания потребует, как геотехническою обоснования проектов, так и решения ограждающих конструкций котлованов.
Примером плитного фундамента под высотным зданием может служить фундамент Дрезднер банка во Франкфурте-на-Майне (1978 г.). Это офисное здание высотой 166 м (32 надземных этажа) в качестве фундамента имеет железобетонную плиту толщиной 4,0 м н общей площадью 3400 м2.
Плитный фундамент коробчатого типа был реализован при низведении высотного здания «Эдельвейс» (высота 175 м) на Давыдковской улице в Москве.
Свайные фундаменты устраивают при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при передаче на основание больших нагрузок от колонн и стен. Этот тип фундамента обеспечивает передачу нагрузки на более плотные грунты, расположенные на некоторой глубине. Свайный фундамент под высотным зданием предполагает устройство свайного поля чаще всего из буронабивных или буроинъекционных свай различной конфигурации, объединенных сплошным массивным жестким ростверком, вжимающим всю площадь пятна застройки возводимого здания. Работа этого типа фундамента заключается в следующем: нагрузки от здания воспринимаются ростверком, распределяются на сваи и передаются на грунты основания за счет трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи (рис. 6.1.3, а). Классическим вариантом свайного фундамента для высотного здания является фундамент здания Коммерцбанка во Франкфурте-на-Майне: 111 свай длиной 45 м передают нагрузку от надфундаментной конструкции на стой прочного франкфуртского известняка.
При недостаточной несущей способности плита фундамента может быть эффективно дополнена мощными буронабивными опорами и превратиться в комбинированный свайно-плитный фундамент, повышающий взаимодействие здания с основанием. Однако применение такого конструктивного варианта допустимо лишь при отсутствии в основании высоко расположенных водоносных пластов или при осуществлении водопонижения.
Комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП) состоит из свай и железобетонной плиты, располагаемой мри наличии подъемных пажей у иола нижнего пажа. В отличие от свайного фундамента нагрузка в KCП-фундаменте воспринимаемся и плитой, и сваями одновременно (рис. 3.5.2, б), причем доля нагрузки, воспринимаемая плитой или сваями, зависит от расстояния между сваями, которое обычно принимается равным 5-6 диаметрам. Примером применения комбинированного свайно-плитного фундамента является высотный жилой комплекс с подземной автостоянкой, проектируемый по ул. Краснобогатырская, вл. 28 в г. Москве, где приняты буронабивные сваи диаметром 1,2 м, длиной 17 м и фундаментная плита толщиной 1,8 м.
В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов, или кустами, верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай - головки.
Мировой опыт показывает, что слабый учет приведенных выше условий приводит к негативным явлениям. Так, в частности, в Шанхае, в центре города, где размещено значительное количество небоскребов, подстилающая порода начинает проседать под их тяжестью.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 4054; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!