Здания

Конструкция жилого здания

Жилые здания имеют разнообразную конструктивность, отличающуюся по ряду признаков. Современные многоквартирные дома имеют пространственную ячеисто-оболочечную структуру, напоминающую соты в улье, как правило, прямоугольной формы, квартиры и отдельные комнаты в которых отделены друг от друга стенами или перегородками и перекрытиями.

1. Элементы здания

Структура здания включает отдельные и взаимно связанные между собой конструктивные части и элементы, которые подразделяются на три большие группы:

  • объемно-планировочные составные части здания, на которые расчленяется весь объем здания (этаж, отдельные помещения, часть здания между основными расчленяющими его стенами), обеспечивают функциональность здания по его назначению;
  • конструктивные части здания определяют конструктивную структуру строения здания (фундамент, стены и перегородки, перекрытия, крыша);
  • строительные изделия – элементы здания, из которых состоят конструктивные части здания (кирпичи, отделочные камни, панели, плиты, колонны, ступени и т. д.).

Внутреннее пространство здания разделяется на отдельные объемы – этажи и помещения. Внутренний объем зданий состоит из пространственных ячеек различного назначения. Объемно-планировочные решения зданий представляют собой систему размещения помещения в здании. Пространственные ячейки называют объемно-планировочными элементами.

Этаж – одна или группа помещений, расположенных в одном уровне. Этажи разделяются по горизонтали перекрытиями. По местоположению в здании бывают: надземные – при отметке пола помещений не ниже планировочной отметки земли; подвальные – пол заглублен более чем на половину высоты помещений; полуподвальные (цокольные) – пол помещений расположен ниже планировочной отметки, но не более чем на половину высоты помещения. Мансарда – жилой верхний этаж, сверху закрытый скатной крышей. Чердак – нежилой этаж между крышей и перекрытием верхнего этажа. Подвал – подземный жилой или нежилой этаж между перекрытием первого этажа и плитой фундамента.

Технический этаж – нежилой этаж, предназначенный для установки инженерного оборудования и систем коммуникаций. При необходимости зонирования санитарно-технических

систем в зданиях повышенной этажности устраивают технические этажи, в которых размещают инженерные сети и оборудование.

При определении этажности здания в число этажей включают все надземные этажи, в том числе мансардный и цокольный, если верх его перекрытия находится выше планировочной отметки земли не менее чем на 2 м.

При различном количестве этажей в отдельных частях здания или размещении его на участке с большим уклоном этажность определяют отдельно для каждой части здания.

Помещение – огражденное со всех сторон пространство внутри здания, не имеющее более мелких подразделений (жилая комната, аудитория, коридор, санузел и т. д.). Помещения на этаже разделены друг от друга вертикальными конструкциями – стенами и перегородками.

2. Конструктивные части здания

В дальнейшем изложении материала будем различать понятия «конструкция» и «конструктивность изделия». Конструкция – сложный объект (т. е. изделие), составленный из различных частей, например архитектурные конструкции: стеновая панель, ферма и др. Конструктивность объекта (изделия) – это то, что лежит в основе конструкции объекта (изделия), т. е. структура элементов, составляющих его конструкцию (объект, изделия).

Конструктивные части здания и виды нагрузок

Рис. 1. Конструктивные части здания и виды нагрузок

Здание является сложным объектом (рис. 1 – 2), состоящим из множества элементов. Остов здания представляет определенную взаимосвязанную структуру из несущих и ограждающих изделий, обеспечивающих общую устойчивость и жесткость здания.

Строительные конструкции многоэтажного здания

Рис. 2. Строительные конструкции многоэтажного здания (чертеж разреза): 1 – фундамент; 2 – открытая внутренняя лестница; 3 – пол по грунту; 4 – цокольное перекрытие; 5 – междуэтажное перекрытие; 6 – эксплуатируемое покрытие; 7 – колонна; 8 – балка консольная; 9 – перегородка; 10 – дверной проем в стене; 11 – наружная стена; 12 – стена лоджии; 13 – перекрытие лоджии; 14 – шахта лифта; 15 – крыша; 16 – лестничная клетка

Нагрузки на здание могут быть постоянными (вес здания) и временными (люди, оборудование, снег, ветер). Несущие конструкции предназначены для сопротивления механическим нагрузкам. Устойчивость конструкции здания характеризует его сопротивление опрокидыванию, а жесткость – степень сопротивления деформациям остова, главным образом в узлах.

Ограждающие конструкции являются «одеждой» здания, разделяющие внутреннее его пространство на отдельные помещения; они защищают внутреннее пространство от атмосферных осадков, перегрева, охлаждения и других агрессивных воздействий. В ряде случаев несущие и ограждающие функции могут совмещаться, например в наружных и внутренних стенах и покрытиях.

Все конструктивные части здания делят на вертикальные (наружные, внутренние стены и перегородки) и горизонтальные (фундаментная плита, перекрытия, покрытия, крыша). Конструктивные части здания имеют разное назначение. Одни служат для восприятия только внутренних и внешних механических нагрузок. Внутренние нагрузки – собственный вес конструктивной части здания, а также вес других вышележащих вертикальных и горизонтальных частей здания. Внешние нагрузки – горизонтальное боковое давление ветра и вертикальное давление снега на крыше.

Другие конструктивные части здания, кроме восприятия механических нагрузок, выполняют и декоративно-защитные функции при наличии у них таких собственных качеств (например, внешняя форма, качество поверхности и самого вещества несущего элемента) или имея на поверхности несущей части здания дополнительные слои из строительных изделий, придающих им декоративно-защитные качества.

Принято считать , что к строительным конструкциям относятся конструкции сооружений, размеры сечений которых определяются расчетом на механическую надежность. Этим строительные конструкции отличаются от архитектурных конструкций, размеры сечений которых назначаются как в соответствии с расчетом на механическую надежность, так и согласно архитектурно-дизайнерскому решению авторов проекта, которое включает объемнопланировочные и дизайнерские решения, инсоляционный, теплотехнический и акустический расчеты, а также решения, учитывающие другие специальные требования норм и правил проектирования сооружений в зависимости от их назначения и места расположения. То есть, если нужно подчеркнуть многофункциональность конструкции, используют термин «архитектурная конструкция».

Конструктивная часть здания (от лат. constructio – составление, построение) – архитектурная (строительная) конструкция, представляющая собой сложное изделие, конструктивно объединенное на месте строительства монолитными, или одноэлементными, или многоэлементными изделиями и материалами, или их комбинациями (стеновая конструкция, крыша, перекрытие, фундамент и т. д.) (рис. 3).

Конструктивные элементы здания

Рис. 3. Конструктивные элементы здания

К конструктивным элементам зданий предъявляются следующие требования: архитектурная выразительность; функциональная целесообразность; прочность и устойчивость; долговечность и огнестойкость; удобство эксплуатации; технологичность; экономическая целесообразность.

Фундамент – конструкция, воспринимающая всю нагрузку от сооружения и передающая ее на грунт. Помимо этого, на здание через фундамент передаются усилия, возникающие в грунте: напор подземных вод, промерзание и пучение, а также солевая агрессия.

Стены в здании являются вертикальным ограждением. Стены, в зависимости от степени механической загруженности, подразделяются (рис. 4):

  • несущие стены – воспринимают внутреннюю нагрузку от всех вертикальных и горизонтальных вышерасположенных конструктивных элементов и внешнюю нагрузку и передают ее на фундамент;
  • самонесущие стены воспринимают нагрузку только от собственного веса стены с этажностью более одного и от бокового давления ветра, передают ее на фундамент;
  • ненесущие стены (в том числе навесные стены) – воспринимают нагрузку только от собственного веса в пределах одного этажа и от бокового давления ветра; опираются поэтажно на другие элементы сооружения.

Виды наружных стен

Рис. 4. Виды наружных стен

Данная классификация применяется к наружным стенам зданий, что связано с общей тенденцией освобождения наружных ограждений от несущих функций полностью или частично с целью их облегчения и повышения посредством этого теплозащитных свойств, а также возможностей художественно-пластического решения экстерьера зданий.

Стены в зависимости от места положения и функциональности подразделяются на:

  • наружные стены – предназначены выполнять несущую функцию, а также с фасада декоративные и защитные функции от действия внешних физико-химических факторов: солнечной радиации, влаги, тепла и холода, наружного шума, агрессивных газов и пыли, а изнутри – декоративные и защитные функции от действия внутренних агрессивных эксплуатационных факторов помещения;
  • внутренние стены – выполняют несущую, а также декоративную функцию и защиту от внутреннего шума и других внутренних агрессивных эксплуатационных факторов помещения;
  • перегородки – выполняют ненесущую, декоративную функцию и защиту от внутреннего шума и других внутренних агрессивных эксплуатационных факторов помещения. Они опираются на перекрытие и разделяют площадь этажа на разные помещения.

Отдельные опоры – вертикальные несущие элементы (колонны, столбы, стойки), передающие всю нагрузку от перекрытия, других вышерасположенных конструктивных частей и отдельных элементов зданий непосредственно на фундамент. Перекрытия опираются непосредственно на колонны или на смонтированные специальные мощные балки, именуемые ригелем или прогоном. Скрепленные между собой ригели и опоры формируют каркас сооружения. Для пространственной устойчивости сооружения применяют раскосы, диафрагмы и ядра жесткости.

Ригели – это горизонтальные части конструкции, создающие опору для перекрытий.

Перекрытия – горизонтальные ограждения, разделяющие все внутреннее пространство на этажи, выполняют самонесущую функцию и воспринимают полезную нагрузку (вес оборудования, предметов и людей), а также декоративную звукоизолирующую функцию со стороны пола и потолка. Кроме того, перекрытия связывают стены (особенно при монолитном строительстве), тем самым повышая их устойчивость, значительно увеличивая пространственную жесткость сооружения. Перекрытия называют:

  • междуэтажными, если они разделяют смежные этажи;
  • верхними или чердачными (если есть чердак), когда перекрывается верхний этаж;
  • нижними, отделяющими нижний этаж от подвала.

Крыша – это конструкция, которая защищает сооружение сверху от ветра, перегрева солнечными лучами, атмосферных осадков. Она состоит из водонепроницаемого слоя – кровли и несущих элементов, поддерживающих ее. Крыша и чердачное перекрытие вместе составляют комплексную конструкцию, называемую покрытием.

Покрытие – комплексная конструкция, состоящая из крыши и чердачного перекрытия, бывает:

  • чердачное – когда между холодной крышей и утепленным чердачным перекрытием существует пространство, именуемое чердаком;
  • бесчердачное совмещенная крыша, при которой крыша и верхнее перекрытие объединены в одну общую конструкцию (т. е. чердачное перекрытие и чердак отсутствуют), имеющую теплоизолирующий слой.

Лестницы – конструктивные элементы здания, предназначенные для связи между этажами внутри него. Они бывают:

  • наружными – для быстрой эвакуации людей из здания;
  • внутренними – для перемещения людей с этажа на этаж.

Лестницы по противопожарным требованиям располагаются в лестничных клетках (лестничные пространства, огражденные стенами).

Лифтовая шахта – предназначена для устройства лифта и вертикального перемещения людей и предметов с этажа на этаж с его помощью.

Светопропускающие ограждения (окна, витражи, фонари) – элементы, предназначенные для защиты от воздействия внешней среды, для инсоляции и проветривания помещений, а также для визуальной связи с наружным пространством.

Двери – предназначены для отделения и связи соседних помещений, а также всего сооружения. Они бывают внутренними и входными. Внутренние двери служат для разделения и связи одного внутреннего помещения от другого. Входная дверь предназначена для входа и выхода из здания или квартиры, офиса и других видов помещения, а также защиты этих помещений от злоумышленников.

Деформационные швы – разделяют строение на отдельные части от фундамента до крыши, так как при большой длине здания оно может неодинаково реагировать своими частями на внешнее воздействие. Это температурные перепады, неравномерная осадка, сейсмические колебания, что чревато появлением трещин, понижающих несущую способность строения.

Ширину температурных швов рассчитывают исходя из температуры зимнего периода, марки растворов, стенового материала. Например, чем ниже температура зимой, тем чаще устраиваются швы.

Осадочные швы выполняют там, где ожидается неравномерность осадки: на границе разных по структуре грунтов, на стыке построек с разной этажностью и прочих подобных вариантах. Здесь разрезка производится от низа фундамента.

Антисейсмические швы предусматривают в зонах повышенной сейсмичности по принципу, что каждый отдельно стоящий отсек должен быть устойчив к подземным толчкам.

Прочие конструктивные элементы (балконы, козырьки над дверью, приямки у окон подвала, отмостка и др.) выполняют свою специфическую функцию в составе сооружений.

3. Конструктивные системы зданий

Конструктивная система представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.

Выбор конструктивной системы, а значит и вертикальных несущих конструкций, характера распределения горизонтальных нагрузок и воздействий между ними – один из основных вопросов при компоновке конструктивной системы. Конструктивная система оказывает влияние на планировочное решение, архитектурную композицию и экономичность проекта. В свою очередь на выбор системы влияют типологические особенности проектируемого здания, его этажность и инженерно-геологические условия участка строительства.

Несущие конструкции здания состоят из взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных элементов.

Горизонтальные 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 массовых капитальных гражданских зданий, как правило, однотипны и обычно представляют собой железобетонный диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный).

Вертикальные несущие конструкции разнообразны. Различают стержневые (стойки каркаса) несущие конструкции, плоскостные (стены, диафрагмы), объемно-пространственные элементы высотой в этаж (объемные блоки), внутренние объемно-пространственные стержни полого сечения на высоту здания (стволы жесткости), объемно-пространственные наружные конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения. Соответственно примененному виду вертикальных несущих конструкций различают пять основных конструктивных систем гражданских зданий – каркасную, стеновую (бескаркасную), объемноблочную, ствольную и оболочковую (периферийную) (рис. 5).

Каркасная система с пространственным рамным каркасом применяется преимущественно в строительстве многоэтажных зданий (9 и более этажей). Система имеет следующие разновидности:

  • связевые (с диафрагмами жесткости из плоскостных элементов, с раскосными связями);
  • рамные (с жесткими узловыми соединениями колонн и ригелей);
  • рамно-связевые (с диафрагмами жесткости и рамным каркасом, с жесткими включениями, которые образуют ферму, с горизонтальными поясами жесткости).

Каркасная система с пространственным рамным, рамно-связевым или связевым по расчетной схеме каркасом – основа проектирования массовых и уникальных жилых и общественных зданий различного назначения и этажности, несмотря на то что они уступают бескаркасной конструктивной системе по показателям трудоемкости и сроков возведения. Предпочтение, оказываемое каркасным системам, связано с функциональными требованиями к гибкости объемно-планировочных решений и возможности и необходимости их многократных перепланировок в процессе эксплуатации. В свете этих требований компоновочные преимущества каркасной системы перед бескаркасной безусловны. Каркасная система также является основой строительства промышленных зданий. Кроме того, каркасная система практически не имеет ограничений по этажности. Таким образом, по комплексу названных характеристических особенностей, в особенности по широкому спектру функционального использования, каркасная система может быть определена как универсальная. Материалом каркаса может быть дерево, железобетон или металл.

Конструктивные системы гражданских зданий

Рис. 5. Конструктивные системы гражданских зданий: а – каркасная, б – стеновая, в – оболочковая, г – ствольная

Бескаркасная система – самая распространенная в жилищном строительстве зданий.

Несущими элементами являются стены. Система имеет следующие разновидности:

  • перекрестно-стеновые;
  • плоскостеновые – с продольными, с поперечными, с радиальными стенами;
  • с наружными несущими стенами без внутренних стен других вертикальных опор.

Стеновая (бескаркасная) система – основа проектирования жилых домов различной этажности и назначения (квартирные дома, общежития, гостиницы, пансионаты) и для разных инженерно-геологических условий. Выбор этой системы связан с относительной стабильностью объемно-планировочных решений и их технико-экономическими преимуществами, благодаря чему расширяется применение бескаркасной системы для массовых типов общественных зданий (детские дошкольные учреждения, школы, поликлиники и др.). Предельной для стеновой системы в настоящее время считается высота в 30 этажей. В зависимости от этажности здания, наряду с несущими стенами (основной и единственный тип вертикальной несущей конструкции), в здании могут присутствовать также самонесущие (при высоте менее шести этажей) и/или навесные (при любой этажности) стены. Материалом несущих стен может быть дерево, бетон в монолитном или сборном исполнении или камень.

Объемно-блочная система зданий – в виде группы отдельных несущих столбов из установленных друг над другом объемных блоков.

Объемно-блочная система (столбчатая) – здание в виде группы отдельных несущих столбов из установленных друг на друга железобетонных объемных блоков (единственный по типу несущий элемент) – применяется при проектировании жилых зданий различных типов высотой до 16 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях. Столбы соединяют друг с другом жесткими и гибкими связями. Главное экономическое преимущество объемно-блочных зданий – сокращение затрат труда и времени на постройке.

Оболочковая система присуща уникальным высотным зданиям административного или многофункционального назначения. Система имеет следующие разновидности:

  • с решетчатой рамной или раскосной оболочкой;
  • многосекционные решетчатые оболочки;
  • с макроформами.

Оболочковая система (периферийная) характеризуется наличием единственной вертикальной несущей конструкции – наружной оболочки стен. Других внутренних несущих конструкций в системе нет. Система присуща уникальным высотным (боле. этажей) зданиям, поскольку обеспечивает существенное увеличение жесткости сооружения. Система обеспечивает также свободу планировочных решений, что позволяет ее широко применять для жилых и общественных зданий; чаще всего такие здания многофункциональны. Оболочковая конструкция может совмещать несущие и ограждающие функции или дополняться наружными ограждающими конструкциями.

Ствольную систему применяют в зданиях высотой более 16 этажей. Система имеет следующие разновидности:

  • с консольными перекрытиями;
  • этажерочные;
  • с перекрытиями, подвешенными к горизонтальным ростверкам;
  • мостовые.

Ствольная система обеспечивает свободу планировочного решения, поскольку пространство между стволом и наружными ограждающими конструкциями свободно от промежуточных опор. Это позволяет использовать систему в проектировании многоэтажных (более 20 этажей) жилых и общественных зданий, преимущественно для зданий башенного типа с компактной (квадратной, прямоугольной, круглой и др.) формой плана. Возможно применение системы и для протяженных зданий при компоновке конструктивной системы из нескольких стволов. Каждый ствол решается как коммуникационно-техническая зона – вмещает лестницы, лифты, целый комплекс инженерных коммуникаций (трубопроводы различного назначения). Функции ствола как единственного по типу несущего и жесткостного элемента обеспечивается целостностью его конструкции в монолитном железобетонном или решетчатом металлическом исполнении. Наружные стеновые ограждения могут быть самонесущими или навесными.

Наиболее целесообразны компактные в плане многоэтажные здания ствольной системы в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и др.).

Помимо основных типообразующих признаков конструктивной системы, которыми являются вертикальные несущие элементы, существуют дополнительные классификационные признаки внутри каждой из конструктивных систем. Ими служат признаки размещения вертикальных несущих конструкций в здании и расстояния между ними. Так, например, в зависимости от расположения несущих стен в бескаркасном здании различают перекрестно-стеновой, поперечно-стеновой и продольно-стеновой варианты конструктивной системы. Конструкции сборных железобетонных перекрытий, применяемые в массовом строительстве, в зависимости от величины перекрываемого пролета условно делят на перекрытия малого (2,4–4,5 м) и большего (6–7,2 м) пролета.

В практике строительства, наряду с ординарными системами, широко используют комбинированные конструктивные системы (рис. 6), основанные на применении двух или трех видов вертикальных несущих конструкций: каркасно-стеновую (колонна и стена), каркаснообъемно-блочную (колонны и объемные блоки), каркасно-ствольную (колонны и стволы жесткости), ствольно-оболочковую (стволы и оболочки наружных стен), каркасно-ствольно-оболочковую (колонны, стволы и оболочки).

В комбинированных конструктивных системах, кроме перечисленных пяти видов жестких вертикальных несущих конструкций, можно использовать гибкие стержневые конструкции в виде подвесок, работающих на растяжение. Их применяют в каркасно-подвесной и ствольноподвесной конструктивных системах.

При выборе конструктивной системы каркасных зданий учитывают объемно-планировочные требования: она не должна связывать планировочные решения. Ригели каркаса должны не пересекать плоскость потолков помещений, а проходить по их границам и т. п. Поэтому каркас с поперечным расположением ригелей применяют преимущественно в зданиях с регулярной планировочной структурой (гостиницы, общежития, пансионаты и т. д.), совмещая шаг поперечных перегородок и шаг несущих конструкций.

Наиболее распространенные комбинированные системы показаны на рис. 6.

Система с неполным каркасом основана на сочетании несущих стен и каркаса, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Систему применяют в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом либо с наружным каркасом и внутренними стенами. Первый вариант используют при повышенных требованиях к свободе планировочного решения здания, второй – при целесообразности применения ненесущих легких конструкций наружных стен. Систему применяют при проектировании зданий средней и повышенной этажности.

Система каркасно-диафрагмовая основана на разделении статических функций между стеновыми (связевыми) и стержневыми элементами несущих конструкций: на стеновые элементы (вертикальные диафрагмы жесткости) передают всю или большую часть горизонтальных нагрузок и воздействий, на стержневые (каркас) – преимущественно вертикальные нагрузки. Система получила наиболее широкое применение в строительстве каркасно-панельных зданий общественного назначения различной этажности и многоэтажных жилых зданий в обычных условиях и в сейсмостойком строительстве.

Система каркасно-ствольная основана на разделении статических функций между каркасом, воспринимающим вертикальные нагрузки, и стволом, воспринимающим горизонтальные нагрузки и воздействия. Ее применяют при проектировании многоэтажных и высотных зданий, поскольку с ростом этажности возрастают горизонтальные ветровые нагрузки, а следовательно, и требования по обеспечению пространственной жесткости и устойчивости, эффективно реализуемых посредством введения жесткого элемента – ствола.

Комбинированные конструктивные системы

Рис. 6. Комбинированные конструктивные системы

Каркасно-блочная система основана на сочетании каркаса и объемных блоков, которые могут получать применение в системе в качестве несущих или ненесущих конструкций. Ненесущие объемные блоки используют для поэтажного заполнения несущей решетки каркаса, дополнительно обеспечивая ее свойство геометрической неизменяемости (пространственной жесткости). Несущие объемные блоки устанавливают друг на друга в три–пять ярусов на расположенные с шагом три–пять этажей горизонтальные несущие платформы (перекрытия) каркаса. Система целесообразна в зданиях выше 12 этажей. Она позволяет разнообразить планировочное решение и внешний облик здания по ярусам за счет разнообразия комбинаций используемых сборных элементов – объемных блоков.

Блочно-стеновая (блочно-панельная) система основана на сочетании несущих столбов из объемных блоков и несущих стен, поэтажно связанных друг с другом дисками перекрытий. Применяют в жилых зданиях высотой до 9 этажей в обычных грунтовых условиях. Система позволяет существенно сократить сроки и трудоемкость возведения здания за счет применения сборных пространственных элементов. Наиболее распространенными в массовом строительстве являются поэтажные объемные блоки шахт лифтов, сантехнические кабины и лестничные клетки.

Ствольно-стеновая система основана на сочетании несущих стен и ствола (стволов) с распределением вертикальных и горизонтальных нагрузок между этими элементами в различных соотношениях. Применяют при проектировании зданий выше 16 этажей. При этом роль ствола как элемента жесткости и устойчивости повышается с ростом высоты здания.

Ствольно-оболочковая система основана на сочетании наружной несущей оболочки и несущего ствола внутри здания, работающих совместно на восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Совместность перемещений ствола и оболочки обеспечивается горизонтальными несущими конструкциями отдельных ростверковых этажей, редко расположенных по высоте здания. Система применяется при проектировании высотных зданий, поскольку обеспечивает высокую степень пространственной жесткости и устойчивости при сохранении гибкости планировочного решения. Система позволяет также улучшить экономические показатели сооружения за счет упрощения конструкций перекрытия при уменьшении пролета элементов по сравнению с оболочковой системой или увеличить габарит корпуса здания за счет упрощенного решения перекрытий по сравнению со ствольной системой при консольных перекрытиях.

Каркасно-оболочковая система основана на сочетании наружной несущей оболочки здания с внутренним каркасом при работе оболочки на все виды нагрузок и воздействий, а каркаса – преимущественно на вертикальные нагрузки. Совместность горизонтальных перемещений оболочки и каркаса обеспечивается, так же как и в зданиях оболочково-ствольной системы, за счет горизонтальных перекрытий – диафрагм жесткости. Применяют при проектировании высотных зданий.

Наряду с основными и комбинированными в проектировании зданий используются смешанные конструктивные системы – сочетание в здании по его высоте или протяженности двух или нескольких конструктивных систем. Такое решение обычно бывает продиктовано функциональными требованиями. Например, переход от бескаркасной системы в типовых этажах к каркасной системе в первых или верхних связан с необходимостью перехода от мелкоячеистой планировочной структуры типовых этажей к зальной планировочной структуре в нетиповых этажах. Чаще всего эта необходимость возникает при устройстве крупных магазинов в первых этажах жилых домов либо в многоэтажных гостиницах с ресторанами и танцевальными залами в нижних и верхних этажах. Следует учитывать, что такая смена конструктивных систем по высоте приводит к удорожанию строительства объекта.

К смешанным конструктивным системам относят также вариант конструктивного решения высотного здания, в котором, наряду с однотипными железобетонными дисками перекрытий, применяют горизонтальные ростверковые конструкции повышенной жесткости высотой в этаж и более, основное назначение которых – обеспечение совместности и равенства перемещений вертикальных несущих элементов.

Таким образом, выбор комбинированной или смешанной системы всегда имеет обоснование: конструктивное соответствие функциональной структуре здания, обеспечение пространственной жесткости и устойчивости, снижение стоимости строительства здания, учет климатических особенностей или специфики участка строительства.

Понятие «конструктивная система» является обобщенной характеристикой конструкций здания, определяемой видом вертикальной несущей конструкции и не зависящей от используемого материала и способа возведения.

Например, на основе бескаркасной конструктивной системы может быть запроектировано здание со стенами деревянными рублеными, кирпичными, бетонными (крупноблочными, панельными или монолитными). В свою очередь, каркасная система может быть реализована в деревянных, стальных или железобетонных конструкциях, а основные ее элементы – колонны – в кирпичном исполнении.

4. Основные конструктивные схемы

Конструктивная схема представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций.

В проектно-строительной практике сложилось несколько конструктивных систем, основанных преимущественно на использовании стеновой и стоечно-балочной (каркасной) тектоники, в редких случаях – для большепролетных уникальных зданий – тектоники свода и купола. Конструктивные системы имеют следующие схемы (рис. 7).

Конструктивные системы и схемы

Рис. 7. Конструктивные системы и схемы

Здание и его элементы подвергаются воздействию горизонтальных и вертикальных нагрузок. Устойчивость и пространственная жесткость обеспечиваются:

  • в бескаркасных зданиях – надежным соединением поперечных стен и стен лестничных клеток с продольными стенами; надежным соединением междуэтажных перекрытий между собой и стенами;
  • в каркасных зданиях – надежным соединением колонн, ригелей и перекрытий в геометрически неизменяемую систему (многоярусная рама); установкой между колоннами диафрагмы жесткости на каждом этаже; укладкой в междуэтажных перекрытиях плит распорок между колоннами.

Конструктивный тип и схема несущих элементов здания позволяют на стадии проектирования:

  • установить характер (сжатие, растяжение, изгиб и др.) и уровень силовых нагрузок, которые должны воспринимать каждый элемент здания, выявить тип напряженных конструкций – несущие, самонесущие и ненесущие;
  • определить элементы здания, которые должны выполнять функцию наружных и внутренних ограждающих конструкций;
  • определить конструкции, которые должны обладать комплексом качеств несущих и ограждающих конструкций;
  • выбрать виды материалов и изделий для конструкций.

Конструктивную схему, как и систему, выбирают на начальном этапе проектирования с учетом объемно-планировочных, конструктивных и технологических требований.

Каркас имеет следующий состав основных элементов (рис. 8): колонна, ригель, плита перекрытия.

Состав основных элементов каркаса

Рис. 8. Состав основных элементов каркаса

Различают четыре конструктивных схемы каркасных зданий по расположению в пространстве его составных элементов:

  • каркас с перекрестным расположением ригеля;
  • каркас с поперечным расположением ригеля;
  • каркас с продольным расположением ригеля;
  • безригельный каркас.

При выборе конструктивной схемы каркаса учитывают экономические и архитектурные требования: элементы каркаса не должны связывать планировочное решение; ригели каркаса не должны пересекать потолки в жилых комнатах и т. д.

В связи с этим каркас с перекрестным или поперечным расположением ригеля применяют в зданиях с регулярной планировочной структурой (общежития, гостиницы, офисы), совмещая шаг перегородок с шагом несущих конструкций.

Каркас с продольным расположением ригеля применим в жилых домах квартирного типа и массовых общественных зданиях сложной планировочной структуры, например в зданиях школ.

Безригельный (безбалочный) каркас в основном используют в многоэтажных промышленных зданиях, а в последнее время также в общественных и жилых зданиях. Ограниченная область применения схемы связана с ее относительно малой экономичностью. В то же время благодаря отсутствию ригелей эта схема среди каркасных в архитектурно-планировочном отношении – наиболее благоприятная. Преимущество безригельного каркаса используется в гражданских зданиях при их возведении в сборно-монолитных конструкциях методом подъема перекрытий или этажей. Архитектурно-планировочным преимуществом такой строительной системы является возможность относительно произвольной установки колонн в плане здания: их размещение определяется только статическими и архитектурными требованиями и может не подчиняться закономерностям модульной координации размеров шагов и пролетов. Широкое использование схемы в промышленном строительстве связано с максимальной ее несущей способностью и устойчивостью за счет монолитного или сборно-монолитного перекрытия.

В состав несущих конструктивных элементов стеновой системы, помимо стен, входят также плиты перекрытий.

Здания бескаркасной (стеновой) системы возводятся по одной из пяти схем (рис. 9):

  • с перекрестным расположением внутренних несущих стен при малом шаге поперечных стен (перекрестно-стеновая схема);
  • с чередующимся (большим и малым) шагом поперечных несущих стен и отдельными продольными стенами жесткости (схема со смешанным шагом несущих стен поперечного направления);
  • с редко расположенными поперечными несущими стенами и отдельными продольными стенами жесткости (схема с большим шагом несущих стен поперечного направления);
  • с продольными наружными и внутренними стенами и редко расположенными поперечными стенами – диафрагмами жесткости;
  • с продольными наружными несущими стенами и редко расположенными поперечными стенами жесткости.

Бескаркасные (стеновые) системы здания

Рис. 9. Бескаркасные (стеновые) системы здания

В первых трех схемах возможно вариантное решение продольных наружных стен в виде несущей, самонесущей и ненесущей (навесной) конструкций. В последних двух схемах наружные стены могут быть только несущими, а поперечные внутренние стены решают с передачей на них горизонтальных либо вертикальных и горизонтальных нагрузок (соответственно самонесущие или несущие стены).

Перекрестно-стеновая схема характеризуется малыми размерами (до 20 м2) конструктивно-планировочных ячеек, что ограничивает область ее применения жилыми зданиями. Частое расположение поперечных стен делает трансформацию планов зданий практически неосуществимой. Разнообразие планировочных решений в проектировании домов на основе этой схемы достигают применением нескольких размеров шагов поперечных стен (например, 3,0; 3,6. 2 м) в различных сочетаниях. Благодаря высокой пространственной жесткости перекрестно-стеновую схему широко применяют в проектировании многоэтажных зданий, а также в сложных грунтовых и сейсмических условиях.

Поперечно-стеновые схемы имеют ряд преимуществ в архитектурно-планировочном отношении перед перекрестно-стеновой схемой. Они позволяют более разнообразно решать планировку жилых зданий, размещать встроенные нежилые помещения в первых этажах, обеспечивать удовлетворительные планировочные решения детских дошкольных учреждений и школ.

Вариантность планировочных решений выше для схемы со смешанным шагом несущих стен, поскольку регулярность конструктивного решения в значительной степени определяет и регулярность планировочного решения. С другой стороны, стоимость здания в его сборном исполнении будет снижаться в случае единообразия и повторяемости одинаковых конструкций, и в этом случае схема с равным и большим шагом несущих стен оказывается предпочтительнее.

Продольно-стеновая схема с тремя и более несущими стенами является традиционной для жилых и общественных зданий со стенами из кирпича, мелких и крупных блоков. В панельном исполнении схема оказывается недостаточно устойчивой при высоте более двух этажей, поэтому панельное исполнение по данной схеме имеет крайне ограниченное применение. Редкое расположение поперечных стен – диафрагм жесткости (через 25–40 м) – обеспечивает для продольно-стеновой схемы свободу планировочных решений в жилых и общественных зданиях различного назначения.

Схему с двумя продольными несущими стенами применяют пока только в экспериментальных объектах. Она обеспечивает максимальную свободу планировки и многократной трансформации планировочных решений в течение срока эксплуатации здания, возможность компоновки ячеистой или зальной структуры здания или их сочетания без перехода к составной (смешанной) конструктивной системе.

Объемно-блочная конструктивная система проявляет себя в двух группах схем:

  • собственно блочные схемы, основной объем которых полностью формируется из различных по конструктивному решению объемных блоков;
  • комбинированные системы с применением объемных блоков в сочетании с другими элементами – крупными панелями, элементами каркаса, ядрами жесткости и др.
  • Обобщенные конструктивные схемы объемно-блочных домов (рис. 10):
  • однородная схема – объемные блоки формируют связанные между собой несущие столбы;
  • неоднородная схема – комбинация несущих и ненесущих объемных блоков;
  • каркасно-блочная система – ненесущие объемные блоки опираются на несущий каркас;
  • блочно-панельная схема – несущие объемные блоки комбинируются с крупными панелями; применение крупных панелей делает более гибким планировочное решение;
  • блочно-панельная схема с шахматным расположением блоков, при котором нет двойных стен и перекрытий;
  • схема блоков, навешиваемых на несущие столбы – ядра жесткости;
  • схема висячих ненесущих блоков, подвешенных к тем или иным видам несущих конструкций;
  • схема блочно-ствольная, ярусная, когда на различных высотах ядер жесткости создаются несущие платформы для размещения объемно-блочных частей высотного здания из несущих объемных блоков в несколько этажей.

Конструктивные схемы объемно-блочных зданий

Рис. 10. Конструктивные схемы объемно-блочных зданий

Варианты ствольной и оболочковой систем определяются не столько пространственными параметрами, сколько конструктивным решением самих несущих элементов – стволов и оболочек. Поскольку и ствол жесткости, и вертикальная стена-оболочка здания представляют собой в общем случае один тип формы – трубу, то вариации конструктивного решения стволов и оболочек сходны: они могут решаться в виде рамной конструкции, в виде сплошностенчатой конструкции или в виде стержневой системы (рис. 11).

Конструктивные решения оболочковой системы

Рис. 11. Конструктивные решения оболочковой системы

Варианты ствольной системы различают также по решению связей перекрытий со стволом жесткости. Их осуществляют подвеской перекрытий на гибких тросах или жестких подвесках (подвесная система); с поэтажным опиранием перекрытий на защемленные в стволе консольные балки (консольная система); с опиранием и подвеской на один (или несколько) жестких консольных ростверков, воспринимающих нагрузки от несущих и ограждающих конструкций нескольких этажей здания, расположенных выше, ниже, или выше и ниже ростверка.

Как уже отмечалось, оболочковая конструкция может совмещать несущие и ограждающие функции или дополняться наружными ограждающими конструкциями. В первом случае она представляет собой монолитную или сборно-монолитную легкобетонную замкнутую оболочку с регулярно расположенными проемами, либо решетку; во втором случае – раскосную либо безраскосную пространственную ферму.

5. Строительные системы

Если конструктивные системы и их варианты – схемы – определяют конструкции зданий по их важнейшим типам и пространственно-геометрическим параметрам, то характеристики конструкций по материалам и технологиям возведения представляют строительные системы здания.

Строительная система – комплексная характеристика конструктивного решения здания, включающая вид вертикальных несущих конструкций, их материал и способ возведения (напрямую или опосредованно).

Различают четыре группы материалов несущих конструкций: деревянные, металлические, бетонные, каменные и две группы технологий возведения: традиционные, индустриальные (полносборные, монолитные, сборно-монолитные). Так, для зданий из дерева традиционна технология выполнения рубленых стен из бревен или брусьев, индустриальная – из бревен, брусьев или панелей, полностью подготовленных в заводских условиях для сборки на месте строительства. Для зданий из кирпича и камней традиционна технология ручной кладки стен и столбов (неиндустриальная технология).

Наиболее распространено применение одного вида конструкционного материала и одного способа возведения всего здания. Их классификация приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация строительных систем

Материал конструкций Конструкции зданий
Камень Бетон Дерево
Технология возведения Традици-онная Полно-сборная Монолитная и

сборномонолитная

Полносборная Традиционная Полносборная
Строительная система Ручная

кладка

Крупно-блочная Панельная Подъем

перекрытий

Подъем

этажей

Скользящая

опалубка

Объемно-переставная

опалубка

Крупно-щитовая

опалубка

Крупно-блочная Панельная Каркасно-панельная Объемно-блочная Бревенчатая рубленная Брусчатая рубленная Каркасная Щитовая Панельная

Примечание. В классификацию условно не включены строительные системы зданий кустарной технологии возведения (глинобитные, саманные и др.), а также здания с тентово-пленочными конструкциями покрытий.

По отношению к строительным системам используются различные характеристики зданий:

  • рубленый бревенчатый дом;
  • здание с кирпичными стенами;
  • объемно-блочный жилой дом;
  • монолитно-бетонное здание с неполным каркасом;
  • промздание со стальным каркасом;
  • зальное здание с покрытием из клеедеревянных арок и др.

Фасады зданий часто отражают строительную систему и технологию возведения здания

(рис. 12).

Фрагменты фасадов зданий

Рис. 12. Фрагменты фасадов зданий

Решение функциональных, объемно-планировочных и архитектурно-художественных задач при проектировании иногда приводит к необходимости сочетания разных по высоте или в плане здания конструктивных систем и, соответственно, различных конструкционных материалов и технологий возведения. В этих случаях применяют комбинированные строительные системы.

В строительстве высотных зданий применение комбинированных строительных систем нередко диктуется требованиями обеспечения их пространственной жесткости и устойчивости. В этих целях, например, сочетают монолитную технологию возведения ствола жесткости с монтажом полносборных конструкций обстройки ствола (колонн, перекрытий, стен).

Если сочетание строительных систем в здании предполагается по его высоте, то более тяжелые (массивные), долговечные, огнестойкие, жесткие и устойчивые конструкции располагают ниже (для нижних этажей), а другие, уступающие по указанным показателям, выше. Например, деревянные стены опирают на каменные или бетонные, металлический каркас – на монолитные бетонные «столы» с мощными опорами, деревянные и стальные большепролетные арки покрытий – на мощные бетонные фундаменты-пилоны, деревянные элементы покрытий – на кирпичные стены и т. п.

Не рекомендуется (а иногда это невозможно) опирать каменные или бетонные стены на деревянные, железобетонные плиты перекрытий – на деревянные балки и стены, железобетонные фермы – на металлические колонны.

Применение комбинированных строительных систем позволяет использовать возможности региональных сырьевых и производственных баз, разнообразить конструктивное формообразование и решать тектонические задачи.

Строительная система зданий с несущими стенами из каменных материалов

В строительной системе зданий с несущими стенами из кирпича и мелких блоков из керамики, легкого бетона или естественного камня традиционно используется ручная кладка стен, являющаяся одной из основных для жилых и массовых общественных зданий. Объясняется это тем, что общий уровень индустриальности конструкций зданий традиционной системы весьма высок вследствие применения сборных изделий для перекрытий, лестниц, фундаментов, перегородок и др.

Традиционная система имеет ряд архитектурных и эксплуатационных преимуществ. Благодаря малым размерам основного конструктивного элемента стены (кирпича, камня) эта система позволяет проектировать здания любой формы, с различными высотами этажей и разнообразными по размерам и форме проемами. Конструкции зданий со стенами ручной кладки надежны в эксплуатации, они огнестойки и долговечны.

Основные технические и экономические недостатки традиционной системы – трудоемкость возведения и нестабильность прочностных характеристик кладки, подверженных влиянию сезона возведения и квалификации каменщика. Трудоемкость возведения здания с кирпичными стенами выше по сравнению с панельной строительной системой, поэтому и стоимость кирпичного здания превышает стоимость панельного дома.

Полносборные здания

Полносборные здания с несущими конструкциями из бетонных и железобетонных элементов возводят на основе крупноблочной, панельной, каркасно-панельной и объемно-блочной строительной систем.

Крупноблочная строительная система служит для возведения зданий до 16 этажей. Масса сборных элементов – 3–5 т. Крупные блоки устанавливают по основному принципу возведения каменных стен – горизонтальными рядами, на растворе, с взаимной перевязкой швов.

По сравнению с традиционной кирпичной, крупноблочная система характеризуется более низкими затратами труда и сроками строительства. Поскольку крупноблочная система в технико-экономическом отношении уступает крупнопанельной, ее доля в объеме городского строительства была невелика.

Панельная строительная система применяется при проектировании бескаркасных зданий высотой до 30 этажей в обычных грунтовых условиях и до 14 этажей в сейсмических районах.

Стены таких зданий монтируют из бетонных панелей высотой в этаж и длиной 1–3 конструктивно-планировочных шага, весом до 10 т. Конструкции панелей самоустойчивы: при возведении их устойчивость обеспечивают монтажные приспособления, а в эксплуатации – специальные конструкции стыков и связей. Панели несущих стен устанавливают на цементном растворе, без взаимной перевязки швов.

Каркасно-панельная строительная система с несущим сборным железобетонным каркасом, панельными наружными стенами и перекрытиями из панелей и настилов применяется в строительстве зданий до 30 этажей. Система уступает панельной бескаркасной по технико-экономическим показателям затрат труда, стоимости строительства и расходу стали. Объемно-блочная строительная система – здания возводятся из крупных объемнопространственных железобетонных элементов массой до 25 т, представляющих собой жилую комнату или другой фрагмент здания. Объемные блоки устанавливаются друг на друга без перевязки швов.

По трудозатратам система обладает преимуществами перед панельной системой не только по абсолютным показателям, но и по соотношению трудозатрат на заводе и на строительной площадке. : 60 % – в панельном строительстве, 70 : 30 % – в объемно-блочном строительстве.

Объемно-блочную систему применяют для строительства жилых домов, гостиниц, спальных корпусов и санаториев высотой до 16 этажей в обычных и сложных грунтовых условиях, а также для жилых домов малой и средней этажности в сейсмических районах.

Монолитная и сборно-монолитная строительные системы служат преимущественно для возведения зданий повышенной этажности. К системе монолитного домостроения относят здания, все несущие конструкции которых выполняют из монолитного бетона; к системе сборно-монолитной – здания, в которых несущие конструкции выполняют частично сборными, частично монолитными. Монолитные здания, как правило, проектируют бескаркасными, сборно-монолитные – каркасными или бескаркасными.

На архитектурно-планировочное и конструктивное решение монолитных и сборно-монолитных зданий существенное влияние оказывает метод бетонирования несущих конструкций. В отечественном монолитном домостроении наибольшее распространение при возведении бескаркасных зданий получили методы бетонирования в скользящей, объемно-переставной и крупноразмерной щитовой опалубке, при возведении каркасных – методы подъема перекрытий и подъема этажей.

Метод скользящей опалубки предусматривает непрерывное бетонирование несущих стен в системе синхронно перемещаемых по вертикали опалубочных щитов, установленных по контуру всех несущих стен здания или секции-захватки. Область применения метода ограничена многоэтажными зданиями башенного типа, а также зданиями комбинированной строительной системы с монолитными стволами жесткости.

Метод объемно-пространственной опалубки основан на цикличном (поэтажном) бетонировании стен и перекрытий с последующим перемещением элементов Г- и П-образной (объемной) формы, объединяющей вертикальных и горизонтальные щиты опалубки на отметку верхнего этажа. Данный метод экономичнее метода скользящей опалубки и более универсален.

Метод крупноразмерной щитовой (крупнощитовой) опалубки заключается в цикличном (поэтажном) бетонировании несущих стен в поэтажно устанавливаемых крупных (размером на конструктивно-планировочную ячейку) плоских опалубочных щитах. Аналогично методу объемно-переставной опалубки данный метод экономичен и универсален в объемно-планировочном отношении.

Метод подъема перекрытий сводится к бетонированию плит междуэтажных перекрытий и покрытий размером на всю площадь здания на нулевой отметке в инвентарной бортовой опалубке с последующим перемещением этих плит по вертикальным несущим конструкциям (колоннам и объемно-пространственным бетонным шахтам – стволам жесткости) и закреплением на проектных отметках.

Различие между методами подъема перекрытий и подъема этажей сводится к различиям в месте монтажа вертикальных ограждающих конструкций. При подъеме перекрытий их устанавливают после закрепления перекрытий на проектных отметках. При подъеме этажей ограждающие конструкции каждого этажа (преимущественно полносборные) монтируют на нулевой отметке и перемещают на проектную отметку вместе с плитой междуэтажного перекрытия. Методы подъема перекрытий и подъема этажей используются преимущественно в многоэтажном строительстве, как обычном, так и сейсмостойком. Наиболее целесообразны эти методы для многоэтажных общественных зданий с большими полезными нагрузками – книгохранилищ, архивов и т. п.

Монолитные и сборно-монолитные здания по жесткости одинаковы, а иногда и превосходят панельные. Поэтому их применение особенно целесообразно в сложных грунтовых и сейсмических условиях. По технико-экономическим показателям монолитное домостроение близко панельному, но отличается меньшими затратами труда и расходом стали, сокращением вложений в производственную базу. Эти преимущества монолитных систем возрастают при проектировании сейсмостойких зданий, что также способствует увеличению объема внедрения монолитного домостроения в сейсмических районах.

Строительные системы зданий с несущими конструкциями из дерева служат для возведения жилых и общественных зданий высотой в 1–2 этажа. По противопожарным требованиям в зданиях выше 2 этажей допустимо только выборочное использование деревянных элементов. Например, для внутриквартирных перекрытий и лестниц в зданиях с квартирами в двух уровнях, или для каркаса панелей ненесущих наружных стен с обшивками из негорючих листовых материалов.

Существует несколько строительных систем здания с несущими стенами или каркасом из дерева: традиционная – с несущими рублеными стенами из уложенных по периметру стен горизонтальных рядов (венцов) бревен; индустриальные – брусчатая с несущими стенами из брусьев квадратного или прямоугольного сечения; каркасная с заполнением пространства между стойками утеплителем и обшивками на постройке (каркасно-обшивная) или заполнением утепленными щитами заводского производства (каркасно-щитовая); бескаркасные – щитовая и панельная.

Традиционная используется в богатых лесом районах для малоэтажных жилых и общественных зданий (детские сады, магазины и др.).

Брусчатая, каркасно-обшивная, каркасно-щитовая, щитовая и панельная системы представляют собой последовательные этапы индустриализации массового деревянного домостроения. На современном этапе развития строительной техники они уступили место наиболее экономически эффективным и индустриальным панельным клеефанерным конструкциям. Панели высотой в этаж и длиной 2,4–6,0 м имеют деревянный каркас, наружную обшивку – из водостойкой фанеры, внутреннюю обшивку из древесно-стружечных плит и эффективный утеплитель.

Затраты пиломатериалов на строительство панельных зданий в 2,6 раза ниже, чем на брусчатые дома. Срок возведения одноэтажного одноквартирного панельного дома составляет всего 1,5–2 рабочих смены. Эксплуатационные качества наружных ограждений панельных зданий значительно выше, чем каркасно-обшивных или щитовых, благодаря малой протяженности стыков сборных элементов и практической воздухонепроницаемости обшивок.

Применение панельного деревянного домостроения в малоэтажной застройке технически более целесообразно и экономично также по сравнению с индустриальными системами на основе бетона. В отличие от панельного бетонного, деревянное панельное домостроение позволяет снизить массу конструкций зданий . раза, расход стали – в 6 раз, затраты труда – на 30 % и сметную стоимость – до 7 %.

Строительная система древесно-клееных конструкций общественных зданий комплексной поставки находит все большее использование благодаря внедрению прогрессивных технологий склейки древесины водостойкими синтетическими клеями и надежных методов ее защиты от возгорания и гниения. Наряду с развитием производства эффективных утеплителей созданы реальные предпосылки для заводского комплектного производства несущих (балки, арки, рамы) и ограждающих (плиты, панели) древесно-клееных конструкций. В первую очередь они предназначены для строительства зрелищных (спортивные залы, крытые бассейны, клубы) и торговых (универсамы, крытые рынки) зданий. По сравнению с наиболее индустриальными конструкциями из сборного железобетона применение древесно-клееных конструкций уже на начальном этапе их внедрения позволило снизить затраты труда на 30 %, а массу конструкций . 5 раз, в связи с чем становится очевидной перспективность увеличения объема применения данной системы.

Строительные системы с использованием металлических конструкций получили максимально широкое применение в промышленном строительстве, а также в малоэтажном строительстве общественных зданий комплектной поставки и мобильных одноэтажных зданий из блок-контейнеров различного типа. Система легкометаллических зданий распространена в строительстве предприятий торговли, общественного транспорта, питания и досуга.

В полный комплект конструкций входят колонны, легкое пространственное покрытие (чаще всего типа «структура»), трехслойные панели наружных стен и покрытия с металлическими обшивками, специальные профили-нащельники стыков, витражи, оконные блоки, комплектующие изделия. Основные экономические преимущества системы – минимальные сроки, снижение массы здания и трудоемкости строительства. Такие конструкции наиболее целесообразны в умеренном и холодном климате.

Строительная система зданий контейнерного типа предназначена преимущественно для временного проживания при пионерном освоении территории. Это одноэтажные здания в виде объемного блока облегченной конструкции с контурным каркасом из гнутых металлических профилей и слоистых стен и покрытий из небетонных материалов. Стены и покрытия, как правило, имеют наружную профилированную металлическую обшивку с заполнением наиболее эффективными утеплителями.

6. Конструктивные особенности высотных зданий

Высотными считаются здания высотой 17 этажей и более. Каркас таких зданий может быть стальным с жесткими сварными узлами в продольном и поперечном направлении; связевой системы с металлическими колоннами, горизонтальными и раскосными связями и железобетонным ядром жестокости; комбинированным – стальные и железобетонные колонны с монолитными или сборными стенками жесткости .

Конструктивные системы каркасов зданий и материалы для устройства несущих конструкций надземных частей высотных зданий выбираются на основании:

  • требований технического задания на проектирование;
  • укрупненных технико-экономических показателей вариантов строительства;
  • объемно-планировочных решений зданий;
  • анализа работы конструктивных систем на восприятие расчетных нагрузок, а также особых воздействий при возникновении чрезвычайных ситуаций;
  • требований по противопожарной защите;
  • требований комплексной безопасности, включая антитеррористическую защищенность и устойчивость зданий к прогрессирующему обрушению.

В начале зарождения и строительства высотных зданий отдавалось предпочтение стальным каркасам благодаря их высокой прочности. В последнее же время все большее применение находят железобетонные каркасы. Примеры высотных зданий представлены на рис. 13.

Стальной каркас рамной конструкции формируется из сварных колонн высотой в несколько этажей и жестко связанных с ними стальных ригелей двутаврового сечения с нижней уширенной полкой, на которую укладываются плиты перекрытия. При связевой схеме кроме стальных колонн и связей используются железобетонные диафрагмы жестокости. При комбинированном каркасе используются колонны в виде металлических сердечников из стандартных профилей, заключенных в железобетонную обойму, и сборные железобетонные ригели. Колонны верхних этажей могут быть сборными железобетонными. Для защиты от огня и в целях повышения срока службы стальные колонны обетонировываются или оштукатуриваются по сетке. Торцы стальных колонн (или сердечников) обрабатываются фрезерованием. После выверки и закрепления болтами они обвариваются по контуру.

Стыки железобетонных колонн выполняются преимущественно в виде выпусков рабочей арматуры, свариваемых встык ванной сваркой на высоте 0,8–1,2 м от уровня перекрытия. Для обеспечения устойчивости каркаса в период возведения стыки следует немедленно обетонировывать.

Междуэтажные перекрытия могут быть сборными железобетонными из многопустотных или беспустотных ТТ-образных плит, а также сборно-монолитными.

Ядро жесткости обычно выполняется в монолитном варианте.

Для обеспечения устойчивости каркаса и включения в работу в период монтажа всего диска междуэтажного перекрытия узлы сопряжения перекрытия с колоннами, ригелями и ядром жесткости, а также швы между плитами замоноличивают сразу после окончания крановой сборки этажа.

При проектировании каркасов следует учитывать, что предельные горизонтальные перемещения верха высотных зданий с учетом крена фундаментов при расчете по недеформированной схеме в зависимости от h (где h – расстояние от верха фундамента до верха несущих конструкций покрытия) не должны превышать: до 150 м (включительно) – 1/500; при h = 200 м – 1/600; при высотах от 150 до 200 м значения предельных горизонтальных перемещений следует определять по интерполяции.

Современные высотные здания

Рис. 13. Современные высотные здания

Жесткость каркасов зданий в условиях нормальной эксплуатации назначают из условий обеспечения нормальной работы инженерного и технологического оборудования зданий, а также комфортных условий пребывания людей по критерию ускорения колебаний.

Для обеспечения комфортного пребывания людей в высотных зданиях ускорение колебаний перекрытий пяти верхних этажей при действии ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с2.

При проектировании каркаса зданий, их частей и отдельных элементов следует предусматривать материалы, обеспечивающие при проектных воздействиях упругопластическую работу бетона и упругую работу стали, а при особых воздействиях – развитие пластических деформаций в пределах, обеспечивающих локализацию возможных разрушений и общую устойчивость зданий.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *