Железобетонные колонны с жесткой арматурой 4 страница

3.2.3 Конструктивные схемы башенного типа с консольными
конструкциями

Согласно классификации выделяют здания башенного типа и здания с кон­сольными этажами. Строительство последних не так развито. Такие сложные конструктивные схемы имеют переменную жесткость. Преимущество консольных конструкций заключается в том, что они выдерживают влияние вертикальных сейсмических воздействий. На рисунке 3.13 показано несколько конструктивных схем башенного типа с консольными конструкциями.

Рисунок 3.13 – Конструктивные схемы зданий башенного типа и зданий
с консольными конструкциями

3.2.4 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 рисунке3.14 показаны некоторые конструктивные схемы зданий с консольными этажами.

Рисунок 3.14 – Конструктивные схемы зданий с консольными этажами

3.2.5 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 рисунке 3.15 показаны некоторые несимметричные конструктивные схемы.

Рисунок 3.15 – Здания с несимметричными конструктивными схемами

3.2.6 Другие виды конструкций

Помимо перечисленных существуют и другие сложные конструкции. Например, конструкции с разноуровневымиэтажами, многобашенные конструкции с одним основанием. Такие сложные конструкции в этой книге подробно не рассмотрены. На рисунках3.16, 3.17показаны некоторые примеры подобных конструкций.

Рисунок 3.16  – Примеры сложных конструкций

Рисунок 3.17 – Гостиница ХуаЧао (Шэньчжэнь):

а – план нижнего этажа; б– план типового этажа; с – разрез

3.2.7 Обеспечение монолитности смешанных конструкций

На основании имеющихся данных о разрушении 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.

 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.

1. 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:

– обеспечить целостность углов ядер жесткости за счет увеличения коли­чества арматуры в углах, особенно в углах нижней части ствола;

– осуществлять регулирование поперечных сил в стенах-диафрагмах за счет увеличения толщины стены;

– в стенах-диафрагмах ствола установить многослойное армирование и при необходимости, на уровнях отметок этажей здания устанавливать скорост­ные железобетонные балки;

– неразрезные балки необходимо проектировать с применением нахлестки арматурных стержней;

– 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 и железобетона.

2. 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.

3. 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.

4. 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:

– 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;

– 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.

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 (таблица 3.1).

Таблица3.1 –Максимальные пригодные высоты сталебетонных смешанных конструкций, м

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.

1. 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

Железобетонные конструкции с жесткой арматурой выдерживают значительные нагрузки. Формы сечений колонн с жесткими профилями показаны на рисунке3.18. Исследования показали, что способность к сопротивлению поперечной силе сечения решетчатого типа (д) очень небольшая. Поэтому в настоящее время в основном применяются типы сечений (а) – (г).

а                     б                     в                   г                    д

Рисунок3.18 – Типы сечений железобетонных колонн
с жесткой арматурой

Железобетонные колонны с профилями в сравнении с обычными железобетонными колоннами имеют следующие достоинства: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.

3. 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.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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

Мы поможем в написании ваших работ!