Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Конструкции зданий

Конструктивные схемы здания


Конструктивные схемы здания

Конструктивные элементы, из которых состоит здание, имеют двоякое назначение. Одни образуют несущий остов его и ограждают от внешнего пространства, это — фундаменты, вертикальные несущие конструкции, перекрытия и наружные ограждения. Они являются в здании постоянными и не изменяемыми по положению. Чем реже поставлены постоянные конструкции, тем больше свободы в планировке отдельных помещений. Другие элементы предназначены для разделения и связи помещений между собой (перегородки, лестницы, заполнения проемов), для выполнения различных требований изоляции (крыши, ограждения подвалов, тамбуры, подвесные потолки и пр.), а также внешней и внутренней отделки. Все они могут быть изменены по форме и положению без нарушения целостности здания.

Рис. 1. Композиционные схемы производственных зданий
а — одноэтажное двухпролетное здание; б — многоэтажное двухпролетное здание; с — одноэтажное-многопролетное здание; a — многоэтажное многопролетное здание

Вертикальные несущие конструкции могут быть расположены вдоль здания, деля его на несколько пролетов, или поперек, образуя при частом расположении жесткие членения на небольшие ячейки, при редком — являясь почти незаметными, предоставляя свободу для микропланировки. Та или иная форма этих конструкций с определенным видом их сопряжений определяет конструктивную схему здания.

Имеются две основные конструктивные схемы: с несущими стенами (бескаркасная) и каркасная.

Несущие стены могут быть расположены вдоль или поперек здания. В первом случае перекрытия опираются на продольные стены, расстояния между которыми (пролет здания) определяются композицией внутренних помещений и экономичностью размеров перекрытий. Здание может быть скомпоновано в один и два пролета. При необходимости иметь три пролета (наличие коридора или большая ширина здания) внутренние стены заменяются отдельными столбами (внутренний каркас). Продольные стены воспринимают все нагрузки и должны обладать соответствующей прочностью и устойчивостью. Кроме того, наружные стены ограждают помещения от внешнего пространства, в силу чего они должны иметь определенные теплоизолирующие и атмосфероустойчивые качества.

Рис. 2 Бескаркасные конструктивные схемы каменных зданий
а — с продольными несущими стенами; б — с поперечными несущими стенами с узким шагом; в — то же, с широким шагом

По форме и размерам отдельных элементов, из которых возводятся такие стены, они могут быть мелкоэлементными и крупноэлементными. Трудность совмещения в одних и тех же материалах свойств прочности и и теплоизоляции, а в многоэтажных зданиях с большими нагрузками (производственные) также недостаточность прочности соответствующих стеновых материалов и неэкономичность несущих конструкций из них в указанных условиях ограничивают сферу применения этой конструктивной схемы. Наиболее целесообразна она для жилых домов преимущественно в 4-квар-тирных секциях (см. рис. 5.9 и 5.11) высотой в пределах 5—6 этажей с пролетами до 600 см каждый. Для общественных зданий она может быть рекомендована при анфиладной планировке и при меньшей этажности из-за больших пролетов и нагрузок. При коридорной системе она может иметь место в двухпролетных зданиях при композиции, с одной стороны, более глубоких помещений, с другой — более мелких за счет отделения коридора от этого пролета перегородками (см. рис. 2.5, а). В промышленных зданиях она применима в одно- и двухпролетных зданиях: в одноэтажных — с пролетами до 15 м, высотой до 10 м с подъемно-транспортным оборудованием грузоподъемностью не более 10 т; в многоэтажных — не более чем в 2—3 этажа с пролетами до 6 м и высотой этажа нормально 320—480 см в увязке с поэтажными нагрузками.

При расположении несущих стен поперек здания они все (кроме торцовых) являются внутренними, и отпадает требование теплоизоляции, в силу чего они могут быть выполнены из наиболее прочных материалов. Наружные же стены при этом выполняют только ограждающие функции и делаются из легких пористых материалов. Обладая достаточной прочностью, они могут быть самонесущими, т. е. передающими собственный вес непосредственно на фундамент, а в случае применения менее прочных материалов — ненесущими (навесными). Тогда они крепятся к несущим конструкциям здания, передавая им свой вес. Самонесущие стены могут быть как мелкоэлементными, так и крупноэлементными. Навесные стены делаются крупнопанельными. Поперечные несущие стены применимы в гражданских зданиях: жилых — с межкомнатными несущими перегородками с расстоянием между ними от 240 до 360 см — узкий шаг; или с межквартирными — тогда шаг их определяется требуемой площадью квартиры и экономичными размерами перекрытий и принимается чаще всего в пределах до 600 см — широкий шаг. Схема с широким шагом может быть применима и в некоторых видах общественных зданий: с коридорной системой планировки, например, административных; или анфиладной, например, детские сады, компонующиеся из однотипных ячеек-комнат.

Ширина здания компонуется в зависимости от требуемых и допускаемых пропорций комнат и условий естественной освещенности их и принимается в пределах 900—1 200 см, а при наличии коридора — до 1 500 см. В промышленных зданиях эта конструктивная схема трудно применима и нецелесообразна.

Рис. 3. Несущий остов здания и обеспечение его устойчивости горизонтальными и вертикальными диафрагмами жесткости
а — передача сил через перекрытия противоположным параллельным стенам; б — перекос здания в силу изменяемости узлов сопряжения горизонтальных и вертикальных конструкций; в — связевая система устойчивости

Кроме вертикальных нагрузок, на здание действуют горизонтальные силы (в основном ветер), которые могут нарушить его устойчивость. Устойчивость здания обеспечивается его собственным весом и совместной работой элементов, составляющих несущий остов. Продольные стены, воспринимающие горизонтальные силы, в многоэтажном здании опираются на междуэтажные перекрытия, которые в той или иной степени в зависимости от их жесткости передают эти силы параллельным стенам. Такими опорами (горизонтальными диафрагмами) в высоких помещениях гражданских зданий, например, залах различного назначения большой длины, могут быть, как уже указывалось, железобетонные горизонтальные обвязки в виде карниза большого выноса или непрерывного балкона, опирающихся на торцовые стены помещения и рассчитанных на ветровые нагрузки. В промышленных одноэтажных зданиях это могут быть несущие конструкции верхнего покрытия, опирающиеся на продольные стены, и горизонтальные связи (ветровые), расположенные в плоскостях верхнего и нижнего поясов этих конструкций вдоль продольных стен и также рассчитанные на ветровые нагрузки. Однако при жестких перекрытиях здание в целом может получить перекос и выйти из положения устойчивости в случае изменяемости узлов сопряжения горизонтальных и вертикальных конструкций. Для предотвращения этого в направлении действия горизонтальных сил должны быть поставлены жесткие вертикальные конструкции (вертикальные диафрагмы) в виде поперечных стен, контрфорсов или поперечных рам. Такая система устойчивости называется связовой 1. В гражданских зданиях с продольными несущими стенами такими диафрагмами могут быть стены лестничных клеток и специально поставленные поперечные стены, если расстояния между лестницами превосходят допускаемые условиями устойчивости при связевой системе. Поперечные рамы представляют конструкцию из стоек и балок (ригелей), жестко связанных между собой в неизменяемую систему, и применяются в производственных зданиях с помещениями,превосходящими своей длиной допускаемую при связевой системе устойчивости.

Рис. 4. Виды горизонтальных диафрагм жесткости
а — в залах общественных зданий; 1 — карниз большого выноса; 2 — непрерывный балкон; б — в производственных зданиях; 3 — фермы покрытия; 4 — горизонтальные связи в плоскости нижнего пояса; 5 — вертикальные связи

В зданиях с поперечными несущими стенами таковые выполняют также функции вертикальных диафрагм,что совместно с продольными участками стен лестничных клеток, а также наружными ограждениями, хотя и ненесущими, но жесткими в своей плоскости, обращают все здание в пространственно жесткую систему.

При каркасной конструктивной схеме несущими элементами являются стойки и балки (стоечно-ригельный каркас), причем они образуют параллельные плоские системы (рамы), поставленные поперек или вдоль здания , связанные между собой междуэтажными перекрытиями или дополнительными балками (распорками). При расчете каркаса на вертикальные и горизонтальные нагрузки он конструируется как про-странственно-жесткая система с неизменяемыми узлами сопряжения стоек и балок (ригелей) в обоих направлениях. Такая система обеспечения устойчивости называется рамной. При расчете каркаса только на вертикальные нагрузки сопряжения элементов его делаются шарнирными или частично защемленными, и устойчивость здания обеспечивается по связевой системе. Каркас может быть рассчитан как ряд параллельных рам, жестких в своей плоскости; при этом диафрагмы жесткости должны быть поставлены только в направлении перпендикулярном плоскости рам. Вертикальные железобетонные диафрагмы в зданиях большой этажности делаются не только плоскими, но и пространственными (вертикальные оболочки), что значительно уменьшает деформативность каркаса. Перекрытия укладываются на ригели каркаса соответственно его композиции вдоль или поперек здания. Каркас может быть также решен по без-ригельной схеме, состоящей из одних стоек.В таком случае перекрытия величиной на композиционную ячейку каркаса опираются четырьмя углами непосредственно на стойки, обеспечивая горизонтальную связь конструкции.

Промежуточной конструкцией является схема с неполным каркасом, расположенным только по внутренним осям здания; по наружным же осям возводятся несущие стены. Такой каркас может быть поперечным или продольным. Неполный каркас также может быть безри-гельным. Устойчивость здания с неполным каркасом обеспечивается по связевой системе ввиду невозможности сделать жесткие узлы сопряжений ригелей или перекрытий со стенами в силу различной жесткости и конструктивной формы сопрягаемых элементов.

Ограждающими конструкциями при полном каркасе могут быть как самонесущие, так и ненесущие стены. Первые выполняются так же, как и в зданиях с поперечными несущими стенами, вторые могут быть набраны из мелких легких камней в виде заполнения, опирающегося на обвязки каркаса, или в виде легких панелей, навешиваемых на каркас.

Рис. 5. Каркасные конструктивные схемы каменных зданий
а — полный поперечный каркас; б — полный продольный каркас; в — полный пространственный каркас; г — полный безригельный каркас; д — неполный поперечный каркас; е — неполный продольный каркас; 1 — вертикальные диафрагмы жесткости; 2 — жесткие узлы сопряжений

Каркасная конструктивная схема применяется как в гражданских, так и в промышленных зданиях. Она представляет большую свободу для внутренней планировки помещений, дает возможность устройства сплошного остекления в наружных стенах. Оба эти обстоятельства делают ее особенно актуальной для общественных зданий при любой этажности. Здание может компоноваться в 1 — 2 и более пролетов. В жилых зданиях переход к каркасной схеме в основном диктуется этажностью. В настоящее время экономичность ее применения начинается в зданиях от 16 этажей и выше. При возможности иметь особо легкие навесные конструкции наружных стен она может быть применена и при меньшей этажности в случае необходимости иметь свободу планировки помещений. Жилые здания с каркасными несущими конструкциями компонуются в 2 и 3 пролета. В производственных зданиях каркасная конструктивная схема является основной в силу больших размеров помещений, их высот и нагрузок, необходимости свободы маневрирования внутри цехов, а также в виду применения легких ограждающих конструкций и больших площадей остекления. На выбор конструктивной схемы здания оказывает влияние характер и возможности материально-производственной базы, а также географические и геологические условия, например, наличие просадочных грунтов, сейсмичность района, комплексные условия строительства на Крайнем Севере и т. п.

Рис. 6. Размещение и формы вертикальных диафрагм жесткости
а — схема плана 16-этажного жилого дома; б — схема плана высотного здания; 1 — плоская диафрагма; 2 — пространственная диафрагма жесткости

При составлении проектов зданий производятся технико-экономические сравнения вариантов их с различными конструктивными схемами по следующим показателям: вес здания, расход стали и цемента (в кг), трудоемкость возведения здания и изготовления его конструкций (в чел.-днях), сметная стоимость, отнесенные к 1 м3 объема здания или к 1 м2 площади (жилой, основной, производственной) или к единице измерения сравниваемых конструкций. При наличии эталона (т. е. проекта апробированного и утвержденного как типовой) дается сравнение с ним в процентах.





Похожие статьи:
Армокаменные конструкции балок, перемычек и перекрытий

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Конструкции зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум