Презентация - Лекция 5 "Многоэтажные здания"

ЛЕКЦИЯ 5 Многоэтажные здания Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

5.1. Общая характеристика многоэтажных зданий Многоэтажные здания можно разделить на следующие группы: – малоэтажные здания до 5 – 6 этажей; – здания средней этажности до 10 – 15 этажей; – высотные здания – до 60 этажей; – сверхвысотные здания – 60 – 120 этажей. Структура стоимости многоэтажных зданий: – фундаменты 5 10 %; – стальной каркас 10 20 %; – перекрытия и полы 5 10 %; – ограждение и отделка 15 40 %; – инженерные коммуникации 15 40 %.

Рис. 5.1. Многоэтажный автомобильный паркинг, г. Москва

Рис. 5.2. Небоскреб из металлического каркаса

5.2. Элементы многоэтажных зданий Многоэтажные здания включают конструктивные элементы: 1) Фундаменты. 2) Несущие конструкции представляют собой стальной каркас: вертикальные элементы (колонны), горизонтальные элементы (балки). 3) Перекрытия включают балки и настил. Рис. 5.3. Строение здания Наиболее распространенны квадратные и прямоугольные сетки колонн, иногда треугольные; это определяется выбором общей конструктивной схемы. Шаг колонн зависит от несущей способности балок и конструкций перекрытий. Шаг колонн может изменяться в интервале от 3 до 20 м, но обычно этот интервал составляет 6–10 м

Рис. 5.4. Формы многоэтажных зданий в плане Форма здания в плане может быть: прямоугольной; L-образной; криволинейной; многоугольной; комбинация прямоугольной и треугольной

Поперечные сечения колонн можно разделить на два типа: а) открытые сечения из горячекатаных обычных и широкополочных двутавров, а также составные и крестовые профили; б) замкнутые сечения – трубы круглого, квадратного или прямоугольного поперечного сечения.

Балки многоэтажных зданий поддерживают элементы перекрытий и передают их вертикальные нагрузки на колонны. Сечения балок – наиболее широко применяются горячекатаные обычные или широкополочные двутавры с высотой профиля в интервале 80–600 мм с отношением высота/пролет 1/15 1/30. Рис. 5.5. Балки перекрытий Максимальный прогиб ограничивается 1/400 1/500 пролета.

Перекрытия многоэтажных зданий требуются для восприятия действующих непосредственно на них вертикальных нагрузок. Они обычно состоят из плит, опирающихся на второстепенные балки. Конструктивные решения перекрытия: – из монолитного железобетона с использованием временной опалубки; – из тонких сборных ж.б. плит (толщиной 40–50 мм) с покрывным слоем из монолитного бетона; – из толстых сборных ж.б. плит без покрытия монолитным бетоном; – со стальным настилом, используемым только в качестве постоянной опалубки для монолитного железобетона; – со стальным настилом, имеющим соответствующий рельеф и работающий совместно с бетонной плитой – композитное перекрытие.

Для композитных плит применяется листы профнастила различного вида. Они разделяются на три категории в зависимости от несущей способности: – профили трапецеидальной формы без ребер жесткости с высотой до 80 мм – пролет 2 4 м; – профили трапецеидальной формы с продольными ребрами жесткости с высотой до 100 мм – пролет 3 5 м; – профили с продольными и поперечными ребрами жесткости с высотой до 220 мм – пролет 5 7 м, в это случае можно обойтись без второстепенных балок. Рис. 5.6. Сталебетонное и сборное плоское перекрытие

Связевая система используется для восприятия горизонтальных сил от ветра, сейсмических нагрузок и передачи их на фундаменты. Она состоит из вертикальных и горизонтальных связей и должна обеспечивать необходимую жесткость при кручении. Рис. 5.7. Вертикальные и горизонтальные связи

Рис. 5.8. Сечения раскосов связевых ферм Схема передачи нагрузок: 1. Горизонтальная сосредоточенная сила, приложенная в любой точке фасада, передается через ограждение на два соседних перекрытия. 2. С перекрытия сила передается на вертикальные связи, расположенные в наиболее ответственных местах, посредством горизонтальных несущих элементов перекрытия. Горизонтальные несущие элементы, или горизонтальные связи, должны быть в уровне каждого перекрытия. 3. Вертикальные связи передают усилия на фундаменты.

Функции горизонтальных связей обычно выполняет монолитная плита перекрытия. Вертикальные связи могут быть выполнены: из металлических стержневых элементов, образующих ферму; – в виде монолитной железобетонной стены ( диафрагма жесткости) или ствола (ядро жесткости). В таких системах металлический каркас воспринимает только вертикальные усилия. Железобетонный ствол устанавливается обычно вокруг лестниц и лифтов.

Рис. 5.9. Узлы рамной системы: а) через опорное ребро; б) на накладках 5.3. Конструктивные системы многоэтажных зданий Недостатки рамной системы: – соединения или узлы между элементами значительно усложняются; – колонны являются сжато изгибаемыми; – горизонтальные деформации конструкции очень велики, так как зависят только от момента инерции сечения колонн.

Связевая система состоит из двух подсистем: 1-я: шарнирная рама из балок и колонн, способная передавать вертикальные нагрузки на фундамент. Балки изгибаются в вертикальной плоскости, колонны – центрально сжатые, узлы соединения балок с колоннами воспринимают только поперечную силу. 2-я: консоль, защемленная в основании, которая воспринимает горизонтальные силы и передает их на фундамент. Роль связевой консоли могут выполнять стальные фермы или железобетонные стены. Эти связевые системы работают на поперечный изгиб и их деформативность должна быть проверена расчетом. Основные конструктивные требования: Необходимо обеспечить, чтобы каждое перекрытие работало как плоская система с опорами из вертикальных связей. Связи, как внешняя опора для перекрытий, должны обеспечивать их закрепление в трех направлениях Перекрытия должны иметь достаточную несущую способность для восприятия горизонтальных сил.

Рис. 5.10. Узлы шарнирной рамы Основные преимущества связевой системы: – конструкция шарнирных узлов достаточно простая, позволяет удешевить конструкцию и ускорить монтаж; – горизонтальные деформации малы из-за наличия связевой системы; – колонны испытывают практически только центральное сжатие.

5.4. Схемы малоэтажных зданий Три основные схемы: Жесткая рама с перекрытиями, ориентированными в продольном или поперечном направлении. Связевая схема, состоящая из двух систем: шарнирной рамы и вертикальных связей в виде решетчатых ферм или железобетонных диафрагм. Рамно-связевая схема, когда в одном из направлений (чаще поперечном) реализована рамная схема, а в другом (продольном) – связевая. Рис. 5.11. Связевая система

5.5. Конструктивные системы высотных зданий Типы первичных конструктивных систем: 1. Несущая стена – жесткая диафрагма, образованная плоскими вертикальными элементами, которые формируют наружные и (или) внутренние стены. Они воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки и выполняются преимущественно из железобетона. 2. Ядро жесткости – железобетонный ствол, который составлен из несущих стен, образующих замкнутую форму. Внутри ствола обычно размещаются транспортные системы. 3. Рама обычно состоит из колонн, балок и жестких плит перекрытий, размещенных так, чтобы воспринимать вертикальные и горизонтальные нагрузки. 4. Ствольная конструкция характеризуется размещением несущих элементов по периметру на небольшом расстоянии друг от друга, так что они воспринимают горизонтальные нагрузки как единое целое. Вариантами могут быть: стволы со связями; стволы с рамами; «труба в трубе».

Рис. 5.12. Системы зданий с железобетонными связевыми элементами: а) с несущими стенами; б) со стволом, этажи подвешены к верхней ферме; в) со стволом, консольные этажи

Рис. 5.13. Рамные системы: а) рама; б) рама и ж.б. ствол; в) рама с фермами; г) рама с вертикальными связями; д) горизонтальные фермы и ствол

Рис. 5.27. Схемы высотных зданий: а) рамный ствол; б) «пучок труб»; в) «труба в трубе» с фермой Рис. 5.28. Здание с рамным стволом

Рис. 5.29. Членение конструкций на отправочные элементы Рис. 5.30. Членение конструкций на монтажные элементы и блоки: 1 – монтажные пространственный блок; 2 – монтажный элемент ригеля