Железобетонные колонны с жесткой арматурой 3 страница

Рисунок 3.4 – Системы задний с несущими рамными каркасами:

а – перекрестные рамы; б – параллельные поперечные рамы относительно двух осей;
в – параллельные поперечные рамы с частично несимметричными внутренними колоннами;
г – параллельные поперечные рамы; д – поперечные рамы с радиальной сеткой;
е – поперечные рамы с криволинейной сеткой колонн

По сравнению с бескаркасными зданиями рамные конструктивные системы обеспечивают большую свободу планировки и рекомендуются при строительстве в районах с высокой сейсмичностью. Основными материалами рамных каркасов являются сталь или железобетон. Рамы могут включать в себя внутренние и наружные стены здания.

Рамная каркасная конструктивная система, являясь первой в высотном строительстве, в настоящее время в чистом виде применяется редко, так как обеспечение необходимой жесткости здания одними лишь, узловыми соединениями рам при большом числе этажей является проблематичным. Эта система может быть рациональной для зданий высотой до 30 этажей со стальным каркасом и до 20 этажей е железобетонным каркасом, однако есть примеры более высоких зданий. Наиболее эффективно рамные каркасы могут применяться в комбинированных системах: в сочетаниях с диафрагмами, ядрами жестко ети и в виде наружных и внутренних решетчатых коробок.

По такой системе разработано 32-этажное здание с наружными и внутренними решетчатыми коробками (рамы-оболочки) «Осака Какуссибилдинг» (Осака. Япония).

Еще одна разновидность каркасной системы – поперечные рамы е радиальной сеткой колонн – применена в 27-этажном здании «Кайзер центр» (архитектор В. Беккет и др.) (Окленд, Калифорния).

Каркасная схема с диафрагмами жесткости характеризуется наличием в отдельных местах между элементами каркаса сквозных или сплошных вертикальных диафрагм, способных сопротивляться изгибу и сдвигу в своей плоскости от горизонтальных нагрузок.

Такая каркасная схема применяется в высотных зданиях как со стальным, так и с железобетонным каркасом (монолитным или сборным). Примером применения этой схемы с монолитным железобетонным каркасом и сплошными диафрагмами, расположенными в плоскостях как в торцовых, так и внутренних стенах, может служить 50-этажное жилое здание «Парк Реджис» в Сиднее (Австралия). Работа жестких рам при горизонтальных нагрузках осуществляется за счет изгиба балок и колонн. Несущая способность рамы зависит от несущей способности отдельных балок и колонн и снижается с повышением высоты этажа и увеличением расстояния между колоннами.

Примерами построенных зданий с рамным каркасом в нашей стране являются: 32-этажная гостиница «Украина» высотой 144 м и 28-этажное административное здание на Смоленской площади высотой 108 м (г. Москва). Материалом первой конструкции была сталь, второй – железобетон.

Связевая каркасная конструктивная система состоит из ригелей и колонн, соединенных между собой нежесткими (шарнирными) узловыми соединениями. благодаря этому упрощается устройство стыков и возможно постоянство сечений колонн и ригелей по всей высоте здания. Эти элементы воспринимают только вертикальные нагрузки; горизонтальные (в основном ветровые) передаются на специальные элементы - связи, или диафрагмы жесткости, с примыкающими к ним колоннами, составляя единую связанную систему, откуда возникло название системы. Недостатком этой схемы является определенное ограничение планировки этажей из-за наличия вертикальных связей.

Исходя из опыта зарубежного строительства, использование только стен-диафрагм для восприятия горизонтальных нагрузок рационально для зданий высотой до 150 м. Для более высоких зданий рекомендуется рамно-связевый каркас. Примерами применения связевого каркаса являются здания, построенные в г. Москве на основе унифицированного сборного железобетонного каркаса, из Единого каталога унифицированных изделий: «Золотое кольцо» и «Белград», здание Аэрофлота на Ленинградском шоссе и др.

Рамно-связевая каркасная конструктивная система состоит из плоских рам и вертикальных связей, составляющих рамный каркас с жесткими узловыми соединениями и вертикальными диафрагмами жесткости. Рамы объединяют дисками перекрытий в единую пространственную конструкцию. Горизонтальная нагрузка в ней принимаются как рамным каркасом, так и дополнительными элементами жесткости в виде плоских или решетчатых диафрагм. Количество диафрагм и их тип назначаются с учетом требуемой жесткости здания. Горизонтальная жесткость зданий с рамно-связевым каркасом значительно выше зданий со связевым каркасом за счет устройства жестких узлов каркаса, способных воспринимать горизонтальные нагрузки совместно с системой диафрагм жесткости. Взаимодействие каркаса и стен-диафрагм проявляется в наложении раздельных форм прогиба: горизонтальная сдвигающая нагрузка о ветра воспринимается в основном рамой в верхней части здания и стеной-диафрагмой внизу.

Рамно-связевая конструктивная система может применяться в зданиях со стальным или железобетонным каркасом. Диафрагма меткости также могут быть стальными решетчатыми или сплошными железобетонными.Примером рамно-связевого стального каркаса является здание Московского государственного университета на Ленинских горах.

Его центральная 31-этажная часть достигает 183 м. По аналогичной схеме построены гостиница «Ленинградская» (26 этажей, высота 106 м) и жилой дом на пощади Восстания (28 этажей, высота 113 м) в г. Москве. План стального каркаса и железобетонных стен-диафрагм здания гостиницы «Кейо ПЛАЗА» высотой47 этажей в г. Токио (Япония). Размеры здания 79,8 × 25,0 м, высота 170 м. Стальные колонны Н-образного сечения расположены с шагом 11,4 м в продольном направлении и 2,9м – в поперечном. Поперек здания через пролет между колоннами размещены монолитные железобетонные стены-диафрагмы.

Разнообразные стеновые и каркасные конструктивные системы позволяют разрабатывать высотные здания различного назначения, единственным ограничением их применения является высотность здания, поскольку стеновые системы по практике проектирования и строительства применяются при высоте до 250 м, а каркасные до 500 м.

3.1.3 Оболочковые (коробчатые) и подвесные системы

С 1960-х гг. в высотное строительство 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, 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»)(рисунок 3.5).

В коробчатой системе в центре плана располагаются с размещенными в его пространстве лифтовыми шахтами и общими холлами. Ствол воспринимаем основную долю всех нагрузок, а расположенные по периметру здания несущие элементы в виде отдела пых стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, также могут быть объединены в единую конструкцию(рисунок 3.6).Жесткость ствольной системы, ее устойчивость и способной к гашению вынужденных колебаний обеспечиваются заделкой цен фального ствола в фундамент.

е ж

15,24

42,67

59,13

63,70

68,58

3,05

1,14

4,57

91,44

1,42

а б в г д

Рисунок 3.5 – Несущие коробчатые конструкции высотных зданий:

а, в, г – коробчатая из пространственнойбезраскосной решетки; б – коробчатая с раскосной
решеткой наружных стен; д – многосекционная коробчатая; е – решетка из колонн
диагональных элементов; ж – решетчатая конструкция с балками и диагональными элементами

С целью дальнейшего повышения жесткости зданий коробчатой системы используются комбинированные решения в следующих сочетаниях:

− коробка плюс дополнительные внутренние стены-диафрагмы (рисунок 3.7);

− коробка с центральным стволом, совместно работающая на горизонтальные нагрузки, при этом наружная коробка воспринимает большую часть ветровой нагрузки в верхней части здания, в то время как ствол воспринимает большую часть нагрузки в нижней части;

− модифицированная коробка, характеризуемая введением дополнительных специальных мероприятий с целью погашения концентрации сдвигающих усилий, вызванных неправильной формой здания, например, наличием острых углов в плане здания (рисунки 3.8).

Коробчатые конструктивные системы обеспечивают повышенную устойчивость высотных зданий к ветровым и сейсмическим нагрузкам, позволяют проектировать различные объемно-пространственные решения свободные архитектурно-планировочные объемы зданий.

3.1.4 Ствольные конструктивные системы

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.

Ствольные конструктивные системы рекомендуется применять при строительстве зданий, в которых необходимо свободное пространство под зданием, а также при сложных инженерно-геологических условиях.

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. В свою очередь, ствольные системы имеют свои разновидности: консольное опирание перекрытий на ствол, подвешивание внешней части перекрытия верхней несущей консоли («висячий дом») или его опирание посредством стен на нижерасположенную несущую консоль, высотой в этаж с передачей в них нагрузки отчасти этажей. Стволом или ядром высоты здания является жесткий (монолитно выполненный) лестнично-лифтовой узел. В первом случае перекрытия жестко защемляются в стенах ствола, во втором свободно опираются на ствол и 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 опирают с одной стороны на центральный лестнично-лифтовой ствол, а с другой – на вертикальные подметки (стальные или железобетонные). Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, каната, 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.

а б в

Рисунок 3.6 –Коробчато-ствольная конструктивная система административного
64-этажного здания «СтилКорпорейшн» (Питебургб США):

а – план здания; б – без оголовка жесткости; в – с оголовком в верхнем этаже

а б

Рисунок 3.7 – Комбинированные решения зданий коробчатой конструктивной схемы:

а – коробка и внутренние стены-диафрагмы; б – коробка и центральный ствол

а б

Рисунок 3.8 – Модифицированные коробчатые схемы зданий неправильной формы:

а – решетчатая коробка с жесткими рамами; б – внутренняя коробка с наружными стенами-диафрагмами

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).

а б в г д е

Рисунок 3.9 – Ствольные конструктивные системы (с одним несущим стволом):

а,б – консольные; в,г – этажерочные; д,е – подвесные; 1 – несущий ствол; 2 – консольное перекрытие;
3 – консоль высотой в этаж; 4 – консольный мост; 5 – ростверк; 6 – подвеска на нижних
этажах высотных зданий (приемлемо применение высокопрочных бетонов классов В50 и В60)

а б в

г д е

Рисунок 3.10 – Ствольно-стеновые конструктивные системы:

а – открытые угловые и замкнутые наружные стволы; б – поперечные диафрагмы и угловые стволы;
в – продольные диафрагмы и центральный ствол; г – открытые и замкнутые стволы по периметру;
д – замкнутые угловые и центральный ствол; е – треугольные стволы по периметру.

За последние десятилетия возведено свыше 100 уникальных зданий ствольно-подвесной системы. При этом количество подвешенных к ростверкам этажей колеблется в очень широких пределах: от 3−4 до 20.

В ходе внедрения ствольно-подвесной системы были применены различные конструкции подвесок −стальных и железобетонных. Наименее деформативными оказались преднапряженные железобетонные подвески с канатной или стержневой арматурой.

Первоначальная ориентация на стальные подвески − полосовые, канатные или из

жестких профилей − не оправдалась. Под воздействием переменных температур наружного воздуха и релаксации стали такие подвески оказались деформативными, что повлекло за собой необходимость частых косметических ремонтов в помещениях из-за возникновения трещин в отделке при перемещении подвешенных краев перекрытий.Кроме того, стальные подвески требуют дополнительной защиты от огня и коррозии.

Обычно стальные подвески проектируют только на вертикальные нагрузки. Однако не исключено их участие в совместной работе со стволом на горизонтальные нагрузки. Для этого преднапряженные подвески должны быть целостной системой, заанкеренной в основании ствола.

Модификация ствольной системы консольного типа имеет в качестве основной горизонтальной несущей конструкции мощную железобетонную структуру в нижней зоне ствола. Она представляет собой, как правило, пространственную консольную в двух направлениях преднапряженную коробчатую конструкцию высотой в 3–5 м.

На ней монтируют различные 10–15-этажные конструкции (от стержневых до объемно-блочных), воспринимающих преимущественно вертикальные нагрузки.

Конструкции зданий ствольной системы могут быть решены в нескольких вариантах. Например, нижняя группа этажей размещена на мощной консоли в основании ствола, а верхняя − подвешена к оголовку в его вершине. Между этими группами формируется промежуточный этаж, свободный от вертикальных несущих (кроме ствола) элементов.

При наличии на различных отметках по высоте здания мощных консолей они могут быть использованы двояко: часть этажей оперта на консоль, часть – подвешена к ней.

Несущие конструкции ствольных зданий преимущественно железобетонные. Сечение стен монолитного ствола в зависимости от этажности меняется от 40–100 см, в нижних этажах до 2040 см в верхних.

В редких случаях ствол представляет собой стоечно-балочную стальную обетонированную решетчатую клетку.

Консольный и подвесной варианты ствольной системы по-разному позволяют менять размеры консольных вылетов плит перекрытий. При этом меняется силуэт и объемная форма здания: при вылетах в одном направлении оно получает силуэт трапециевидной призмы («бабочку»), при вылетах в двух направлениях – силуэт опрокинутой пирамиды

Возможно решение всей трапециевидной призмы или опрокинутой пирамиды какединой консоли на всю высоту здания. При этом все нагрузки передают на ствол через наклонные стойки, работающие как подкосы, и перекрытия, работающие как затяжки.

Ствольные системы с единой горизонтальной несущей конструкцией (оголовкомили мощной консолью) экономичней вариантов с отдельными группами этажей на повторяющихся консолях (или оголовках). Их применение оправдано функциональной или композиционной необходимостью введения между группами повторяющихся этажей горизонтальных прослоек открытого пространства – технических этажей.

Подвесной вариант системы обладает некоторыми функциональными и технико-экономическими преимуществами перед консольным вариантом.

В ней проще менять размеры высот этажей и благодаря работе подвесок на растяжение уменьшить расход стали по сравнению с консольным.

Применяют основной вариант ствольной системы преимущественно для офисов гостиниц высотой до 30–40 этажей, комбинированный – до 50–70.

Ствольные здания имеют характерный внешний облик с открытым нижним участком ствола и соответственно относительно малую площадку опирания на грунт. Фундаменты при этом выполняют из монолитной плиты, свайными или плитно-свайными.

Дата добавления: 2018-05-01; просмотров: 567; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!