Железобетонные колонны с жесткой арматурой 2 страница
В 1969 г.в Чикаго (США) построено здание JohnHancockCenterвысотой 344 м, которое имело 100 этажей. Оно выполнено из трубчатых элементов с внешней рамой и раскосами. В 1973-м в Нью-Йорке построены здания Всемирного торгового центра (здания-близнецы), исполненные из рамной трубчатой конструкции с упругими амортизаторами. (высота − 412 м, 110 этажей). 11 сентября 2001 года эти здания были разрушены в ходе теракта. В 1974 г. в Чикаго построено здание Sears высотой − 442 м. Оно выполнено из трубчатых элементов, поэтому расход стали на 20% меньше, чем в здании «Империя», построенном в 1931 г.
Железобетонные конструкции зданий.После Второй мировой войны начали быстро развиваться многоэтажные железобетонные конструктивные системы. Многие страны использовали железобетонные конструкции, расходующие мало стали. Они были дешевые, материалы легкодоступные и возведение простое. Железобетон использовался особенно в стенах с поперечной перерезывающей силой. Поэтому многоэтажные конструкции из железобетона быстро развивались. Друг за другом появлялись рамная конструкция стен, рамно-трубчатая конструкция стен, конструкция труба в трубе, воспринимающие поперечную перерезывающую силу. Степень напряженности бетона и стали повышалась непрерывно с увеличением высоты здания. Многоэтажные здания из железобетона позволяли реализовать все многообразие архитектурных форм. На этом этапе построено всего 13 зданий из железобетонных конструкций, высота которых превышает 200 м. Самое высокое здание водонапорной башни имеет 74 этажа, 262 м.
|
|
|
Появление сталежелезобетонных конструкций.Сталежелезобетонная конструкция − это составная конструкция, новый вид железобетонной конструкции. Составная форма этих элементов многообразна, поэтому можно применять разные конструктивные системы. С помощью этих конструкций можно эффективно развивать преимущество стальных, сталебетонных и сталежелезобетонных элементов. Очевидно, увеличивается жесткость таких конструкций по сравнению со стальными, уменьшается расход стали и снижается себестоимость. По сравнению с железобетонной конструкцией можно уменьшить собственный вес, ускорить строительство, уменьшить площадь конструкции.
Конечно, у этой конструкции есть свои недостатки. Например, параметры прочности и пластичности железобетонных элементов хуже, чем у стальных конструкций. Требуется значительное количество исследований конструкций, в которых совмещены эти два элемента.
Поэтому сталежелезобетонная конструкция (далее – смешанная конструкция) имеет очевидное преимущество. Такие конструкции быстро развивались в 70−80-е гг. XX в. В этот период построено 18 зданий высотой более 200 м, в основном в несейсмической или области низкой сейсмичности. В том числе самое высокое здание «Среднее серебро» в Гонконге высотой 70 этажей (369 м).
|
|
|
90-е годы XX века − начало XXI века
С 90-х гг. XX в. до начала XXI в. в развитии высотных зданий произошли два изменения. Первое − скорость развития конструкций высотных зданий из железобетонных и смешанных конструкций обгоняет скорость развития высотных стальных зданий. Второе− развитие высотных зданий получило новый рост в Азии и Китае. Азия является основным районом строительства высотных зданий.
Скорость развития высотных конструкций из железобетона и смешанных конструкций обгоняет развитие высотных стальных конструкций.История развития зданий с высотой выше 200 м с начала XX до начала XXI в. была представлена в статистическом отчете, который был опубликован Международной комиссией высотных зданий и городского жилища в 1986, 1995 и 2002 гг. Эта информация даст возможность проследить тенденции развития высотных зданий и сделать вывод, что до начала 30-х гг. XX в. здания при высоте больше 200 м полностью выполнены из стальных конструкций. 70-е гг. XX в. ознаменованы бурным развитием высотных стальных конструкций, с начала 80-х гг. XX в. началось быстрое развитие высотных зданий со смешанными и железобетонными конструкциями. В 90-е гг. XX – начало XXI в. скорость их развития уже превышала стальные конструкции. Особенно наиболее динамично развиваются смешанные конструкции
|
|
|
В 1996 г. в городе Гуанчжоу (Китай) построено 80-этажное здание «Чжунсинь» высотой 391 м. Это самая высокая железобетонная конструкция. В 1998 г. в Куала-Лумпуре (Малайзия) построено офисное здание нефтяной компании в 88 этажей, 452 м, и в 2003 г. в городе Тайбэй построен Международный финансовый центр – 101 этаж, 455 м. Эти два здания выполнены из смешанных конструкций. Их высота превышала высоту здания Sears в Чикаго – самого высокого здания из стальных конструкций. Сейчас проектируется смешанная конструкция – Шанхайский глобальный финансовый центр, его высота – 492 м. В 90-х гг. XX – начало XXI в. скорость развития высоты и количества этажей зданий со стальными конструкциями уменьшилась. В этот период самое высокое здание – в Гонконге, центр «Среднее кольцо», 79 этажей, 350 м. Одно из самых больших преимуществ смешанной конструкции – эффективное объединение стальных элементов с элементами из бетона и железобетона. В последние десять лет в смешанных конструкциях использовалась система гигантских конструкций, то есть эффективное объединение железобетонного столба и конструкции из профильной стали, трубобетона, гигантской стальной фермы, гигантской внешней трубы со стальной опорой. Эти новые системы конструкций могут использоваться не только в несейсмических, но и в сейсмических областях. Смешанные конструкции доказали свое преимущество в экономии материалов, безопасности, долговечности и устойчивости. Можно предсказать, что смешанные конструкции будут непрерывно и быстро развиваться.
|
|
|
Развитие высотных зданий в Азии и Китае привлекает внимание людей.В 2006 г. Международная комиссия высотных зданий и городского жилища (СТВТШ) опубликовала список 100 самых высоких зданий в мире 48 зданий в Америке, 44 здания в Азии, в том числе в Китае 24 здания, в Гонконге − 5 и Тайване − 2. Из десяти первых самых высоких зданий восемь построены в Азии (Китай, Малайзия и Объединенные Арабские Эмираты) в 1989–1999 гг. В Америке два здания построены в 1931 и 1974 гг. Очевидно, Азия и Китай стали основным районом строительства высотных зданий. Такая тенденция может продолжаться много лет. В 2003 г. Международный центр в Тайбэе побил рекорд самого высокого здания. В Гонконге в 2003 г. построен Международный финансовый центр − 88 этажей, 412 м (приложение А).
Контрольные вопросы
1.Назовите основные исторические этапы развития конструкций высотных зданий.
2.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период с 80-х гг. XIX–начало30-х гг. XX в.
3.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период 60–80-е гг. XXв.
4.Охарактеризуйте особенности развития конструкций в период 90-е гг. XXв. – начало XXIв.
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ
ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
3.1 Конструктивные системы высотных зданий
Прочность, устойчивость и пространственная жесткость высотных зданий обеспечиваются совместной работой горизонтальных (перекрытий) и вертикальных (стен и рам) конструкций. Через перекрытия вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, передаются вертикальным несущим конструкциям, а от них на грунт. Интенсивность, направление и характер передачи нагрузок зависят от геометрии вертикальных элементов и их расположения в плане (приложение Б).
В проектировании и строительстве высотных зданий применяются разнообразные конструктивные решения, принимаемые проектировщиками в зависимости от различных факторов:функционального назначения;высоты здания;природно-климатических условий;комплексной безопасности высотных зданий;градостроительной ситуации;архитектурно-планировочных решений;архитектурно-композиционных требований;инженерно-технических систем и оборудования.
В зависимости от принятой конструктивной схемы здания вертикальные несущие конструкции могут состоять либо из системы стоек и балок типа каркасов, либо из системы стен-диафрагм сплошных или решетчатых, либо из тех и других вместе (комбинированные системы). Стены-диафрагмы могут быть из линейных элементов или объединяться в трехмерные конструкции – ядра (стволы) жесткости. Плоские стены, в свою очередь, могут быть непрерывными в плане, пересекающими все здание или иметь произвольное расположение.
Так как решающее значение при проектировании высотных зданий имеют горизонтальные нагрузки, например, ветровые и сейсмические, вертикальные несущие конструкции должны состоять из достаточно жестких конструктивных элементов, чтобы исключить нежелательные деформации здания. С целью увеличения жесткости в продольном и поперечном направлениях здания устраивается система горизонтальных связей. Горизонтальные нагрузки перекрытия передаются вертикальным связевым конструкциям. Передача горизонтальных нагрузок происходит с помощью соединений, воспринимаемых сдвигающие усилия и устраиваемых между вертикальными несущими конструкциями и перекрытиями.
Выбор вертикальных несущих конструкций, их комбинаций и связей является выбором конструктивной системы здания, жесткость которой определяется расчетом и зависит от многих факторов. Наиболее важным фактором с точки зрения обеспечения устойчивости высотного здания является оказание им сопротивления ветровым нагрузкам, увеличивающимся с повышением высоты здания.
Критерием выбора конструктивной системы высотного здания является удовлетворение условиям жесткости и устойчивости, а также комфортности пребывания людей на верхних этажах, зависящим от величины и характера ветровых нагрузок:
– горизонтальные перемещения здания от действия суммы полных нормативных вертикальных нагрузок и средней составляющей (статической) ветровой нагрузки с учетом поворота фундамент должны составлять не более 1/500 его высоты;
– ускорение колебаний перекрытий верхних этажей при действии нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с2.
В случае невыполнения этих условий требуется увеличить жесткость высотного здания, что достигается либо заменой конструктивной системы на более жесткую, либо включением в работу дополнительных вертикальных несущих конструкций, к которым относятся стены, рамы, стволы (ядра жесткости) и их комбинации. Для увеличения жесткости зданий вертикальные несущие конструкции, в свою очередь, дополнительно могут усиливаться связями, в качестве которых применяются связевые системы как в виде отдельных плоских или решетчатых диафрагм, устраиваемых в плане, так и в виде связевых поясов − ферм предусматриваемых водном или нескольких уровнях по высоте здания (рисунок 3.1).
Горизонтальные несущие конструкции – перекрытия и покрытия здания воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции, последние,в свою очередь, передают эти нагрузки и воздействия через фундаменты основанию. Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий, как правило, однотипны и обычно представляют собой железобетонный диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный) или (в последнее время) сталежелезобетонный, они воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции − колонны, стены, пилоны и через фундамент на основание (грунт).
а б в г д е ж
Рисунок3.1 –Применяемые конструктивные системы высотных зданий:
а – бескаркасные (стеновая); б – рамная; в– каркасная с диафрагмами жесткости; г– ствольная;
д– каркасно-ствольная; е– коробчатая (оболочковая); ж–коробчато-ствольная (оболочково-ствольная)
Вертикальные несущие конструкции классифицированы на четыре основные конструктивные системы высотных зданий – каркасную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую:
– каркасная − с пространственным рамным каркасом, применяется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий. В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамно-каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные.
– стеновая (бескаркасная) − самая распространенная в жилищном строительстве, ее используют в зданиях различных планировочных типов высотой от одного до 30 этажей.
– ствольная система применяется в зданиях выше 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 др.).
– оболочковая (коробчатая) система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункционального назначения.
– комбинированные (смешанные) системы сочетают в себе отдельные признаки двух других систем, к ним относят каркасно-стеновые, каркасно-ствольные и коробчато-ствольные и др.
Основныеконструктивныесистемыориентированынавосприятиевсехсиловыхвоздействийоднимтипомнесущихэлементов.Так,например,пристержневыхконструкцияхузлысопряженияколоннсригелямидолжныбытьжесткими (рамными) иобоихнаправлениях,чтобыобеспечитьвосприятиевертикальныхигоризонтальныхвоздействий.
Нарядусосновнымисистемамиширокоприменяютикомбинированныеконструктивныесистемы.Вэтихсистемахвертикальныенесущиеконструкциикомпонуютсяизразличныхвидовэлементов.Кихчислуотносятсясистемы:каркасно-диафрагмоваясосвязямиввидестен – диафрагмыжесткости,снеполнымкаркасом (несущиенаружныестеныивнутреннийкаркас),каркасно-ствольная,ствольно-стеновая,ствольно-оболочковаяидр. (см.рисунок 3.1).
3.1.1 Стеноваясистема
Конструктивнаясистемавысотногоздания– это совокупностьвзаимосвязанныхнесущихконструктивныхэлементов,обеспечивающихегопрочность,устойчивостьинеобходимыйуровеньэксплуатационныхкачеств.
Конструктивныесистемывысотныхзданийсостоятизвертикальныхнесущихэлементов (колонн,пилонов,стен),горизонтальныхнесущихэлементов (плитперекрытий,покрытия,ферм) ифундамента.Стеныобъединяютсявпространственнуюсистемуспомощьювертикальныхдиафрагмжесткостиигоризонтальныхдисковперекрытий.
Различаюттриосновныесхемысистемыснесущимистенами:продольно-стеновая (несущиестеныориентированывдольпродольнойосиздания);поперечно-стеновая (несущиестенырасположеныпоперекпродольнойосиздания);перекрестно-стеновая (спродольнымиипоперечныминесущимистенами).Ввысотномстроительствеприменяютсяпоперечно-стеновыеиперекрестно-стеновыесистемы (рисунок 3.2).
а б в г д
е ж з
Рисунок 3.2 – Системы зданий с несущими стенами:
а, б, в, д, ж, з – с поперечными и продольными внутренними стенами;
г – с перекрестными непараллельными стенами; е – с радиальными стенами
Поперечно-стеноваясхемаприменяетсявзданияхвысотойдо 70 этажей.Толщинастенопределяетсятолькорасчетомнапрочностьиможетбытьнезначительной.Наружныестеныпритакихсхемахявляютсяограждающими,толщинатакихстенопределяетсяпреждевсегонеобходимостьютеплозащитыпомещений.Продольнаяустойчивостьзданияобеспечиваетсядиафрагмамижесткости (этоориентированныепопродольнойосизданиистенылестничныхклеток) идискамиперекрытий (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 – Конструктивная система с поперечными несущими стенами гостиницы
«Измайлово» (Москва, Россия)
В перекрестно-стеновой схеме пространственная жесткость обеспечивается совместно работающими продольными и поперечными несущими стенам и наиболее часто применяется при строительстве высотных зданий. Здания с перекрестно-несущими стенами благодаря большой жесткости могут быть достаточно эффективными в зданиях высотой до 150 м.
Такая система применяется в основном при строительстве высотных жилых домов и гостиниц, поскольку мелкоячеистая планировочная структура таких зданий соответствует этой схеме. Несущие конструкции этих зданий выполняют как в сборном, так и монолитном вариантах. Поперечные и продольные панели представляют массивные несущие элементы, воспринимающие внешние нагрузки и передающие не только горизонтальные, но и другие нагрузки. Поперечные панели обычно не обладают гибкостью и используются в строительстве жилых высотных зданий и отелей, где массивные панели обеспечивают звуконепроницаемость. В зарубежной практике строительства эта система имеет также применение в вариантах только с поперечными или только с продольными несущими стенами, когда жесткость здания в противоположных несущим стенам направлениях обеспечивается конструкциями перекрытия и специальными дополнительными связями. Горизонтальные нагрузки воспринимаются стенами, параллельными направлению действия нагрузки. Благодаря своей жесткости стены работают как высокие балки, воспринимая сдвиг и опрокидывающий момент. Примерами могут служить различные жилые здания. Так, в Торонто (США) возведено 51-этажное жилое здание «МэньюфэкчералЛайфсентер» с монолитными поперечными несущими стенами. Шаг поперечных несущих стен − 7,3 м, высота здания− 165 м.
Стеновая система в виде перекрестных плоских стен, пространственная жесткость которой обеспечивается совместно работающими продольными и поперечными несущими стенами, и перекрытиями.
В качестве примеров высотных зданий со стеновыми конструктивными системами можно привести:
− жилое 29-этажное здание «Янтарный юрод» высотой 90 м с перекрестно-стеновой монолитной системой в г. Москве (2010 г.), толщина стен 16–20 м, с зимними 4-этажными садами по фасаду.
− гостиничный 30-этажный комплекс «Измайлово» в Москве с поперечными несущими стенами, шаг поперечных стен 6,6 м.
− жилое здание «ДеметриоЭлиадес», перекрестно-стеновая система (г. Мардель-Плата, Аргентина).
Самое высокое из построенных зданий стеновой системы – 47-этажный жилой дом «Конкордия Хаус» в Кёльне имеет поперечно-стеновую конструктивную систему (шаг стен 4.5 м.) и выполнено с монолитными железобетонными несущими внутренними системами и перекрытиями.
3.1.2 Каркасная система
Каркасная конструктивная система, прочность, устойчивость и пространственная жесткость которой обеспечивается совместной работой перекрытий и вертикальных конструкций. Вертикальные несущие конструкции выполняют в виде стержней колонн. На колонны опираются главные балки – ригели, воспринимающие, в свою очередь, нагрузки от перекрытий. Ригели могут быть расположены вдоль продольной оси здания, поперек или одновременно в двух направлениях.
Разновидностью каркасных систем являются системы зданий с несущими рамными каркасами. Рамные каркасы (рисунок 3.4), как правило, состоят из прямоугольной сетки жестко соединенных колонн и балок. При рамной схеме сопряжение ригелей с колоннами жесткое, ригели и колонны образуют плоские или пространственные рамы, воспринимающие как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки Устройство стыков ригелей с колоннами усложняется, размеры сечений колонн и ригелей по высоте здания различаются между собой.
а б в г
д е
Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 605; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!