Могут использоваться для строительства многоэтажных жилых домов

Прочность, устойчивость и пространственная жесткость высот­ных зданий обеспечиваются совместной работой горизонтальных (пе­рекрытий) и вертикальных (стен и рам) конструкций. Через перекрытия вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, пе­редаются вертикальным несущим конструкциям, а от них на грунт. Ин­тенсивность, направление и характер передачи нагрузок зависят от геометрии вертикальных элементов и их расположения в плане.

В проектировании и строительстве высотных зданий приме­няются разнообразные конструктивные решения, принимаемые про­ектировщиками в зависимости от различных факторов:

• функционального назначения;
• высоты здания;
• природно-климатических условий;
• комплексной безопасности высотных зданий;
• градостроительной ситуации;
• архитектурно-планировочных решений;
• архитектурно-композиционных требований;
• инженерно-технических систем и оборудования.

Важное значение имеют четыре первых фактора, остальные во многом зависят от конкретных условий строительства.

Строительство многоэтажного жилого здания с железобетона. Пошаговая инструкция.

В зависимости от принятой конструктивной схемы здания вертикальные несущие конструкции могут состоять либо из системы стоек и балок типа каркасов, либо из системы стен-диафрагм – сплошных или решетчатых, либо из тех и других вместе (комбини­рованные системы). Стены-диафрагмы могут быть из линейных элементов или объединяться в трехмерные конструкции – ядра (стволы) жесткости. Плоские стены, в свою очередь, могут быть не­прерывными в плане, пересекающими все здание или иметь произ­вольное расположение.

Так как решающее значение при проектировании высотных зданий имеют горизонтальные нагрузки, например ветровые и сейс­мические, вертикальные несущие конструкции должны состоять из достаточно жестких конструктивных элементов, чтобы исключить нежелательные деформации здания. С целью увеличения жесткости в продольном и поперечном направлениях здания устраивается система горизонтальных связей. Горизонтальные нагрузки через перекрытия передаются вертикальным связевым конструкциям. Передача горизонтальных нагрузок происходит с помощью соединении, воспринимаемых сдвигающие усилия и устраиваемых между верти­кальными несущими конструкциями и перекрытиями.

Выбор вертикальных несущих конструкций, их комбинаций и связей является выбором конструктивной системы здания, жест­кость которой определяется расчетом и зависит от многих факторов. Наиболее важным фактором с точки зрения обеспечения устойчиво­сти высотного здания является оказание им сопротивления ветро­вым нагрузкам, увеличивающимся с повышением высоты здания.

По функциям конструктивные элементы, из которых состоит высотное здание, в зависимости от их назначения подразделяется на две группы: несущие и ограждающие. Несущие конструкции здания состоят из взаимосвязанных горизонтальных и вертикальных эле­ментов. В совокупности они образуют конструктивную систему, которую называют несущим остовом здания.

Этапы строительства жилого дома

Критерием выбора конструктивной системы высотного здания является удовлетворение условиям жесткости и устойчивости, а также комфортности пребывания людей на верхних этажах, зависящим от величины и характера ветровых нагрузок:

• горизонтальные перемещения здания от действия суммы полных нормативных вертикальных нагрузок и средней составляю­щей (статической) ветровой нагрузки с учетом поворота фундамента должны составлять не более 1/500 его высоты;
• ускорение колебаний перекрытий верхних этажей при дей­ствии нормативной пульсационной составляющей ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с 2 .

В случае невыполнения этих условий требуется увеличить же­сткость высотного здания, что достигается либо заменой конструк­тивной системы на более жесткую, либо включением в работу дополнительных вертикальных несущих конструкций, к которым от­носятся стены, рамы, стволы (ядра жесткости) и их комбинации. Для увеличения жесткости зданий вертикальные несущие конструкции, в свою очередь, дополнительно могут усиливаться связями, в качестве которых применяются связевые системы как в виде отдельных пло­ских или решетчатых диафрагм, устраиваемых в плане, так и в виде связевых поясов – ферм, предусматриваемых в одном или несколь­ких уровнях по высоте здания.

Горизонтальные несущие 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 высотных зданий, как прави­ло, однотипны и обычно представляют собой железобетонный диск (сборный, монолитный или сборно-монолитный) или (в последнее время) сталежелезобетонный, они воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, пере­давая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции – колон­ны, стены, пилоны и через фундамент на основание (грунт).

Вертикальные несущие конструкции классифицированы на четыре основные конструктивные системы высотных зданий – кар­касную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую:

каркасная – с пространственным рамным каркасом, применя­ется преимущественно в строительстве многоэтажных сейсмостойких зданий. В свою очередь, каркасные системы подразделяются на рамно­каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные;

• стеновая (бескаркасная) – самая распространенная в жи­лищном строительстве, ее используют в зданиях различных плани­ровочных типов высотой от одного до 30 этажей;
• ствольная система применяется в зданиях выше 16 этажей. Наиболее целесообразно применение ствольной системы для ком­пактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций ос­нования (на просадочных грунтах, над горными выработками и др.);
• оболочковая (коробчатая) система присуща уникальным высотным зданиям жилого, административного или многофункцио­нального назначения;
• комбинированные (смешанные) системы сочетают в себе от­дельные признаки двух других систем, к ним относят каркасно­стеновые, каркасно-ствольные и коробчато-ствольные и др.

Основные конструктивные системы ориентированы на вос­приятие всех силовых воздействий одним типом несущих элемен­тов. Так, например, при стержневых конструкциях узлы сопряжения колонн с ригелями должны быть жесткими (рамными) в обоих на­правлениях, чтобы обеспечить восприятие вертикальных и горизон­тальных воздействий.

Наряду с основными системами широко применяют и комбинированные конструктивные системы. В этих системах вертикальные несущие конструкции компонуются их различных видов элементов. К их числу относятся системы: каркасно-диафрагмовая со связями в виде стен – диафрагм жесткости, с неполным каркасом (несущие на­ружные стены и внутренний каркас), каркасно-ствольная, ствольно­стеновая, ствольно-оболочковая и др. (рисунок ниже).

Применяемые конструктивные системы высотных зданий

а – бескаркасная (стеновая); б – рамная; в – каркасная с диафрагмами жесткости; г – ствольная; д – каркасно-ствольная; е – коробчатая (оболочковая); ж – коробчато-ствольная (оболочково-ствольная)

Высотные здания состоят из различных конструктивных эле­ментов, располагаемых как в подземной, так и в надземной частях высотного здания.

Подземные конструкции. В системе «высотное здание – фун­даменты – основание» наиболее нагруженными конструкциями яв­ляются конструкции подземной части, на которые передаются все действующие на здание вертикальные, ветровые (или сейсмические] нагрузки. Промежуточным звеном в этой системе являются фунда­менты, от выбора типа которых зависит как надежное функциониро­вание остальных несущих конструкций высотного здания, так и комфортное пребывание в них людей.

Футдаментом называется подземная часть здания или соору­жения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая давление от этих нагрузок на основание.

Одним из основных факторов, влияющих на выбор типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия площадки строительства. Результаты этих изысканий обеспечивают предварительную оценку несущей способности основания, его возможность осадок и их неравномерности, общей устойчивости основания. Не­благоприятные результаты могут служить основанием для отказа от выбранной площадки строительства по требованиям безопасности или из-за высокой стоимости мероприятий по понижению интен­сивности влияния этих процессов. Кроме того, изыскания позволяют выявить возможное влияние строительства высотного здания на ок­ружающую застройку.

Глубина заложения фундаментов принимается такой, чтобы обеспечить жесткость подземной части здания, заделку здания в ос­нование и уменьшение осадок и кренов сооружения.

С учетом изложенного выше для высотных зданий наиболее эф­фективными решениями фундаментов могут быть следующие варианты:

• плитные фундаменты повышенной жесткости, плитные переменной толщины, а также коробчатого типа с развитой подземной частью, на естественном или укрепленном основании;
• свайные фундаменты, в том числе в виде глу­боких опор с заделкой нижних концов в коренные породы грунтов – известняки;
• комбинированные свайно-плитные (КСП) фундаменты (рисунки ниже).

Конструктивные типы фундаментов высотных зданий

а – плитный; б – плитный переменной толщины; в – плитный коробчатого типа; г – свайный со сплошным плитным ростверком; д – комбинированный свайно-плитный

Выбор конструкции фундамента осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов и зависит от конст­руктивно-планировочной схемы здания, характера напластований грунтов, их физико-механических характеристик и взаимодействия строящегося здания с массивом грунта и окружающей застройкой.

Плитный фундамент представляет собой сплошную железо­бетонную плиту повышенной жесткости (толщиной 1,5 и более мет­ров), расположенную под всей площадью возводимого здания. Нагрузки от здания распределяются по всей по­верхности фундаментной плиты и передаются на грунты основания главным образом через подошву.

Применяются фундаментные плиты переменной толщины с утоньшением в области краев плиты.

Плитные фундаменты традиционно являются наиболее простым конструктивным решением. Однако условия взаимодействия таких фундаментов с основанием при применении их для высотных зданий требуют тщательного расчетного обоснования из-за возмож­ного возникновения кренов, выпоров грунта из-под края фундамен­та, значительных изгибающих усилий в конструкции фундамента, потенциальной возможности потери общей устойчивости здания. При достаточно прочных и малодеформируемых грунтах плитные фундаменты могут применяться при больших (более 500 кПа) удельных нагрузках на основание, если расчетами доказано отсутст­вие сколько-нибудь значительного локального выпора грунта из-под фундамента и прогнозируются допустимые для нормальной экс­плуатации величины осадок. Для обеспечения перечисленных усло­вий могут применяться следующие мероприятия:

• усиление грунтов в основании;
• устройство консольных выпусков из фундаментной плиты за пределы контура здания;
• устройство отсечных стенок, препятствующих выпору грун­та из-под фундаментной плиты;
• организация деформационных швов;
• разработка оптимальных схем передачи нагрузок на основа­ние, учитывающих очередность возведения зданий, входящих в комплекс строящегося объекта.

Плитные (сплошные) фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер слу­жат для установки колонн каркаса. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фун­даментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с разме­щением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.

Фундаменты в виде коробчатого сечения применяются при возведении высотных зданий с большими нагрузками. Ребра такой плиты выполняются на полную высоту подземной части здания и жёстко соединяются с перекрытиями, образуя, таким образом, замк­нутые различной конфигурации сечения. Этот тип фундамента фор­мирует под зданием развитое подземное пространство, представляя собой нижнюю фундаментную плиту, наружные и внутренние вер­тикальные несущие конструкции (стены, колонны, стволы) и пере­крытия одного или нескольких подземных этажей. Количество уча­ствующих в работе перекрытий определяется по расчету.

Вместе с подземной частью такой плитный фундамент еще называется «плавающим». Применение его может оказаться эффективным при строительстве высотных зданий на основаниях, сложенных не столь прочными грунтами, которые рекомендуются для сплошных фундаментных плит. В то же время повышение этажно­сти подземной части высотного здания потребует как геотехниче­ского обоснования проектов, так и решения ограждающих конст­рукций котлованов.

Примером плитного фундамента под высотным зданием мо­жет служить фундамент Дрезднер банка во Франкфурте-на-Майне (1978 г.). Это офисное здание высотой 166 м (32 надземных этажа) в качестве фундамента имеет железобетонную плиту толщиной 4,0 м и общей площадью 3400 м 2 .

Плитный фундамент коробчатого типа был реализован при возведении высотного здания «Эдельвейс» (высота 175 м) на Да­выдковской улице в Москве.

Свайные фундаменты устраивают при строительстве зданий на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах, а также при пе­редаче на основание больших нагрузок от колонн и стен. Этот тип фундамента обеспечивает передачу нагрузки на более плотные грун­ты, расположенные на некоторой глубине. Свайный фундамент под высотным зданием предполагает устройство свайного поля чаще все­го из буронабивных или буроинъекционных свай различной конфигу­рации, объединенных сплошным массивным жестким ростверком, занимающим всю площадь пятна застройки возводимого здания. Ра­бота этого типа фундамента заключается в следующем: нагрузки от здания воспринимаются ростверком, распределяются на сваи и пере­даются на грунты основания за счет трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом сваи (рисунок ниже). Классическим вариантом свайного фундамента для высотного здания является фун­дамент здания Коммерцбанка во Франкфурте-на-Майне: 111 свай длиной 45 м передают нагрузку от надфундаментной конструкции на слой прочного франкфуртского известняка.

При недостаточной несущей способности плита фундамента может быть эффективно дополнена мощными буронабивными опо­рами и превратиться в комбинированный свайно-плитный фундамент, повышающий взаимодействие здания с основанием. Однако применение такого конструктивного варианта допустимо лишь при отсутствии в основании высоко расположенных водоносных пластов или при осуществлении водопонижения.

Схемы работы свайного и комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента:

а – свайный фундамент; б – комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП)

Комбинированный свайно-плитный фундамент (КСП) состоит из свай и железобетонной плиты, располагаемой при наличии подземных этажей у пола нижнего этажа. В отличие от свайного фундамента нагрузка в КСП-фундаменте воспринимается и плитой, и сваями одновременно (рисунок выше), причем доля нагрузки, воспри­нимаемая плитой или сваями, зависит от расстояния между сваями, которое обычно принимается равным 5-6 диаметрам. Примером применения комбинированного свайно-плитного фундамента явля­ется высотный жилой комплекс с подземной автостоянкой, проекти­руемый по ул. Краснобогатырская, вл. 28 в г. Москве, где приняты буронабивные сваи диаметром 1,2 м, длиной 17 м и фундаментная плита толщиной 1,8 м.

В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов или кус­тами, верхним концам последних укладывают монолитные или сборные железобетонные ростверки, а на кусты свай – оголовки.

Мировой опыт показывает, что случайный учет приведенных выше условий приводит к негативным явлениям. Так, в частности, в Шанхае, в центре города, где размещено значительное количество небоскребов, подстилающая порода начинает проседать под их тяжестью.

Надземные конструкции высотных зданий представляют собой наружные и внутренние стены, каркас, стволы и оболочки. Конструкции внутренних стен и колонн высотных зданий по существу технического решения мало отличаются от применяемых в зданиях высотой до 75 м. Наиболее существенное отличие заключается в увеличении их сечений как по требованиям увеличения несущей способности, так и по резко возросшим требованиям к пределу огнестойкости.

Для наиболее нагруженных элементов используются сталежелезобетонные конструкции с жесткой арматурой из прокатных или сварных элементов, дополненной гибкой арматурой по контуру.

Радикальное увеличение несущей способности колонн дает переход к колоннам из трубобетона. В таких колоннах стальная оболочка из круглой стальной трубы, заполненной бетоном высокой прочности, создает обжатие бетонного ядра, служа одновременно вертикальной и горизонтальной арматурой колонн. За счет вертикального и горизонтального обжатия бетонного ядра несущая способность колонны увеличивается вдвое (по сравнению с железобетонной колонны из бетона того же класса) с соответствующим уменьшением размеров поперечного сечения.

Колонны из трубобетона широко внедрены в строительство высотных зданий преимущественно в Юго-Восточной и Восточной Азии. Процент армирования трубобетонных колонн составляет 4-5%, не превышая, таким образом, процента армирования железобетонных колонн с жесткой арматурой.

Еще одним важным несущим элементом высотного здания являются междуэтажные перекрытия, отличающиеся большим разнообразием и зависящие от конструктивной системы несущего остова, этажности гадания, его габаритных размеров в плане и действующих на перекрытия вертикальных и, что особенно важно, горизонтальных нагрузок.

Конструктивные решения перекрытий подчинены требованиям пожарной безопасности, обеспечения их прочности и минимальной деформативности в плоскости (на горизонтальные), из плоскости (на вертикальные нагрузки и воздействия).

Первое требование ограничило вариантность конструкций перекрытий по их материалу: они должны быть несгораемыми и соответственно железобетонными. Основные варианты железобетонных перекрытий – монолитная плоская или ребристая плита, монолитная с оставляемой сборной железобетонной опалубкой, сборная из мно­гопустотных, сплошных или ребристых настилов. В зарубежной практике основным вариантом перекрытия является сталежелезобе­тонная конструкция из стальных балок и монолитной железобетон­ной плиты по профилированному стальному настилу, который слу­жит одновременно несъемной опалубкой и отчасти армированием плиты. Этот вариант конструкции перекрытия, как правило, проек­тируют с подвесным потолком, который скрывает в интерьере стальные балки и создает пространство для разводки многочислен­ных коммуникаций — электрических, вентиляционных и др.

В зависимости от конструктивной системы здания применяют те или иные виды наружных стен, которые проектируют несущими и ненесущими (навесными).

Несущие стены участвуют в работе конструктивной системы здания на все виды силовых воздействий и воспринимают перемен­ные по высоте здания ветровые нагрузки, включая их пульсационную составляющую.

Следует отметить, что наружные стены подвергаются в про­цессе строительства и эксплуатации значительным силовым и тем­пературно-климатическим воздействиям, поэтому их проектируют с учетом конструктивных систем высотных зданий. В каркасных сис­темах и их разновидностях с колоннами, расположенными по пери­метру, применяют навесные конструкции. Как правило, это легкие элементы с листовыми обшивками из стали или алюминия и сред­ним теплоизоляционным слоем.

В последнее время получили распространение навесные сте­новые панели с применением закаленного и армированного стекла. Такие конструкции при требуемой по условиям эксплуатации прочности и жесткости имеют малый вес, что весьма актуально для вы­сотных зданий, высота которых может достигать нескольких сотен метров, с точки зрения максимально возможного снижения нагрузок на несущие элементы каркаса, фундаменты и грунты основания.

Конструктивные решения высотных зданий – важнейший эле­мент проектирования. От выбора конструктивного решения зависит прежде всего безопасность пребывания в высотном здании, а также объемно-пространственные, архитектурно-планировочные и инженерно-технические решения. Правильный выбор конструкций позволит создавать современные безопасные и высокохудожественные высотные здания.

Источник: ros-pipe.ru

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ

Конструктивной системой здания называется совокупность взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.

Принятая конструктивная система здания должна обеспечивать прочность, жесткость и устойчивость здания на стадии возведения и в период эксплуатации при действии всех расчетных нагрузок и воздействий.

Горизонтальные конструкции перекрытия и покрытия здания воспринимают все вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия и передают их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Последние передают эти нагрузки через фундамент на основание. К горизонтальным несущим конструкциям относят железобетонные диски (сборные, монолитные или сборно-монолитные), состоящие из балок, ригелей, настилов и плит перекрытия и покрытия.

Вертикальные несущие конструкции более разнообразны. Различают стержневые (стойки каркаса, колонны) несущие конструкции, плоскостные (стены, диафрагмы), объемно-пространственные элементы высотой на 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.

В соответствии с видом вертикальных несущих конструкций различают пять основных конструктивных систем зданий: каркасную, стеновую (бескаркасную), объемно-блочную, ствольную и оболочковую (рисунок 23).

Наряду с основными конструктивными системами широко применяют комбинированные, в которых вертикальные несущие конструкции компонуют из различных элементов — стержневых и плоскостных, стержневых и ствольных и т. п. Наиболее распространенные комбинированные системы представлены на рисунке 24.

Система с неполным каркасом (каркасно-стеновая) основана на сочетании несущих стен и каркаса, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Здания каркасно-стеновой конструктивной системы рекомендуется проектировать с безригельным каркасом или с ригельным каркасом, имеющим нежесткие узлы соединения ригелей с колоннами.

Система применяется в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом либо с наружным каркасом и внутренними стенами. Первый вариант использовался при повышенных требованиях к свободе планировочных решений здания, второй — при целесообразности применения ненесущих легких конструкций наружных стен и при проектировании зданий средней и повышенной этажности.

I — стеновая; II — каркасная; III — ствольная; IV — оболочковая; V -объемно-блочная;

• 1 — несущая наружная ограждающая конструкция, 2 — то же, ненесущая,
• 3 — внутренняя несущая конструкция, 4 — несущий объемный блок

Каркасно-диафрагмовая система основана на разделении статических функций между стеновыми (связевыми) и стержневыми элементами несущих конструкций. На стеновые элементы (вертикальные диафрагмы жесткости) передается вся или большая часть горизонтальных нагрузок и воздействий, на стержневые (каркас) — преимущественно вертикальные нагрузки. Система получила наиболее широкое применение в строительстве многоэтажных каркасно-монолитных, каркасно-панельных жилых домов в обычных условиях и в сейсмостойком строительстве.

Каркасно-ствольная система. В этом случае вместо диафрагм жесткости применяются пространственные элементы замкнутой формы в плане, называемые стволами. Работа данной системы основана на разделении статических функций между каркасом, воспринимающим вертикальные нагрузки, и стволом, воспринимающим горизонтальные нагрузки и воздействия. Каркасно-ствольная система может использоваться только в каркасных зданиях связевой и рамно-связевой конструктивных систем. Совместимость горизонтальных перемещений каркаса и ствола обеспечивают горизонтальные аутригеры-ростверки, расположенные через 18-20 этажей.

Рис. 24. Комбинированные конструктивные системы:

а — с неполным каркасом; б — каркасно-диафрагмовая; в — каркасно-стволовая;

г — каркасно-блочная; д — блочно-стеновая (блочно-панельная); е — ствольно-стеновая; ж — оболочково-ствольная; з — каркасно-оболочковая

Применяется при проектировании высотных жилых зданий до 60 этажей. Эта система позволяет получить силуэт здания, расширяющийся кверху (в виде опрокинутой пирамиды). В этом случае на верхних отметках здания (на стволе или отдельных опорах) сооружается мощная конА.М. Пономаренко, А.Ю. Жигулина, А.С.

Першина струкция, как, например, система перекрестных ферм и балок с консолями, к которым подвешиваются на стержнях (работающих на растяжение) этажи, изготовленные на земле, или готовые блоки, поднятые на нужные отметки.

Каркасно-блочная система основана на сочетании каркаса и объемных блоков, причем последние могут получать применение в системе в качестве ненесущих или несущих конструкций. Ненесущие объемные блоки используют для поэтажного заполнения несущей решетки каркаса. Несущие устанавливают друг на друга в три-пять ярусов на горизонтальных несущих платформах (перекрытиях) каркаса, расположенных с шагом в три-пять этажей. Система применялась в зданиях выше 12 этажей.

Каркасно-оболочковая система сочетает в себе наружную несущую оболочку 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 в зданиях оболочково-ствольной системы. Применяется при проектировании высотных зданий (свыше 200 м).

Блочно-стеновая (блочно-панельная) система основана на сочетании несущих столбов из объемных блоков и несущих стен, поэтажно связанных друг с другом дисками перекрытий. Применялась в жилых зданиях высотой до 9 этажей в обычных грунтовых условиях.

Ствольно-стеновая система сочетает несущие стены и ствол с распределением вертикальных и горизонтальных нагрузок между этими элементами в различных соотношениях. Применялась при проектировании зданий выше 16 этажей.

Оболочково-ствольная система («труба в трубе» и «труба в ферме») включает в себя наружную несущую оболочку и несущий ствол внутри здания, которые работают совместно на восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Совместность перемещений ствола и оболочки обеспечивается горизонтальными несущими конструкциями отдельных ростверковых этажей, расположенных по высоте здания. Система применяется при проектировании высотных зданий. Большинство высотных зданий оболочкового типа построено именно по этой системе.

Оболочково-стеновая — сочетание внешней решетчатой оболочки и внутренних несущих стен. Внутреннее пространство здания перекрывает пространственная конструкция в виде тонкостенной оболочки, передающей нагрузки на наружные стены здания.

Наряду с основными и комбинированными системами в проектировании получают применение смешанные конструктивные системы, в которых сочетаются по высоте или протяженности здания две или несколько конструктивных систем. Такое решение обычно бывает продиктовано функциональными требованиями. Например, если требовалось выполнить переход от бескаркасной системы в верхних типовых этажах к каркасной системе на первых этажах, т.е. при необходимости устройства мелкоячеистой планировочной структуры типовых этажей над зальной планировочной структурой в нетиповых. Чаще всего эта необходимость возникает при устройстве крупных магазинов в первых этажах жилых домов.

Для жилых зданий применяются следующие типы вертикальных несущих конструкций: стены, каркас, объемные блоки и стволы (ядра жесткости), которым соответствуют стеновые, каркасные, объемно-блочные и ствольные конструктивные системы.

Основой жилищного строительства до недавнего времени являлась стеновая (бескаркасная) конструктивная система (рисунок 25). Значительная часть жилых зданий возводится по такой системе и в настоящее время. В зависимости от расположения несущих стен в плане и характера опирания на них перекрытий в стеновой конструктивной системе различают следующие конструктивные схемы зданий:

• — продольно-стеновую, с продольными несущими стенами;
• — поперечно-стеновую, с поперечными несущими стенами;
• — перекрестно-стеновую, с продольными и поперечными несущими стенами одновременно.

В зданиях перекрестно-стеновой конструктивной системы наружные стены проектируют несущими или ненесущими (навесными), а плиты перекрытий — как опертые по контуру или трем сторонам. Высокая пространственная жесткость многоячейковой системы, образованной перекрытиями, поперечными и продольными стенами, способствует перераспределению в ней усилий и уменьшению напряжений в отдельных элементах. Поэтому здания перекрестно-стеновой конструктивной системы могут проектироваться высотой до 25 этажей. Такая конструктивная схема свойственна панельным жилым домам.

В зданиях поперечно-стеновой конструктивной системы вертикальные нагрузки от перекрытий и ненесущих стен передаются в основном на поперечные несущие стены, а плиты перекрытия работают преимущественно по балочной схеме с опиранием по двум противоположным сторонам. Горизонтальные нагрузки, действующие параллельно поперечным стенам, воспринимаются этими стенами. Горизонтальные нагрузки, действующие перпендикулярно поперечным стенам, воспринимаются: продольными диафрагмами жесткости; плоской рамой за счет жесткого соединения поперечных стен и плит перекрытий; радиальными поперечными стенами при сложной форме плана здания.

Рис. 25. Конструктивные схемы бескаркасных зданий:

а — с продольным расположением несущих стен; 6-е поперечным расположением несущих стен; в — с перекрестным расположением несущих стен; 1 — фундамент;

• 2 — внутренние продольные несущие стены; 3 — наружная продольная несущая стена;
• 4 — панели междуэтажного перекрытия; 5 — внутренняя несущая стена;
• 6 — наружная самонесущая стена; 7 — торцовая несущая стена

Продольными диафрагмами жесткости могут служить продольные стены лестничных клеток, отдельные участки продольных наружных и внутренних стен. Примыкающие к ним плиты перекрытий рекомендуется опирать на продольные диафрагмы, что улучшает работу диафрагм на горизонтальные нагрузки и повышает жесткость перекрытий и здания в целом.

Здания с поперечными несущими стенами и продольными диафрагмами жесткости рекомендуется проектировать высотой до 17 этажей. При отсутствии продольных диафрагм жесткости в случае жесткого соединения монолитных стен и плит перекрытий рекомендуется проектировать здания высотой не более 10 этажей.

Здания с радиально расположенными поперечными стенами при монолитных перекрытиях можно проектировать высотой до 25 этажей. Температурно-усадочные швы между секциями протяженного здания с радиально расположенными стенами рекомендуется размещать так, чтобы горизонтальные нагрузки воспринимались стенами, расположенными в плоскости их действия или под некоторым углом. С этой целью в температурно-усадочных швах необходимо предусматривать специальные демпферы, работающие податливо при температурно-усадочных воздействиях и жестко — при ветровых нагрузках.

В зданиях продольно-стеновой конструктивной системы вертикальные нагрузки воспринимаются и передаются на основание продольными стенами, на которые опираются перекрытия, работающие преимущественно по балочной схеме. Для восприятия горизонтальных нагрузок, действующих перпендикулярно продольным стенам, необходимо предусматривать вертикальные диафрагмы жесткости. Такими диафрагмами жесткости в зданиях с продольными несущими стенами могут служить поперечные стены лестничных клеток, торцевые, межсекционные и др. Примыкающие к вертикальным диафрагмам жесткости плиты перекрытий рекомендуется опирать на них. Такие здания рекомендуется проектировать высотой не более 17 этажей.

При проектировании зданий поперечно-стеновой и продольно-стеновой конструктивных систем необходимо учитывать, что параллельно расположенные несущие стены, объединенные между собой только дисками перекрытий, не могут перераспределять между собой вертикальные нагрузки. Для обеспечения устойчивости стен при аварийных воздействиях (пожаре, взрыве газа) рекомендуется предусматривать участие стен перпендикулярного направления. При наружных несущих стенах из небетонных материалов (например, из слоистых панелей с листовыми обшивками) рекомендуется продольные диафрагмы жесткости располагать так, чтобы они хотя бы попарно соединяли поперечные стены. В изолированно расположенных несущих стенах рекомендуется предусматривать вертикальные связи в горизонтальных соединениях и стыках.

Аксономический разрез многоэтажного жилого дома стеновой конструктивной системы из мелкоштучных элементов (кирпича) представлен на рисунке 26.

В каркасных конструктивных системах основными вертикальными несущими конструкциями являются колонны каркаса, на которые переда-

Рис. 26. Аксономический разрез жилого дома стеновой конструктивной системы ется нагрузка от перекрытий непосредственно (безригельный каркас) или через ригели (ригельный каркас). Прочность, устойчивость и пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается совместной работой перекрытий и вертикальных конструкций.

В каркасной конструктивной системе, в зависимости от расположения ригеля, различают следующие конструктивные схемы зданий (рисунок 27):

• — здания с продольным расположением ригеля;
• — здания с поперечным расположением ригеля;
• — здания с продольно-поперечным расположением ригеля;
• — безригельные здания.

По характеру статической работы каркасы можно классифицировать как: рамные, рамно-связевые и связевые (рисунок 28).

При связевой каркасной системе применяется безригельный каркас или ригельный каркас с нежесткими узлами ригелей с колоннами. При нежестких узлах каркас практически не участвует в восприятии горизонтальных нагрузок (кроме колонн, примыкающих к вертикальным диафрагмам жесткости), что позволяет упростить конструктивные решения узлов каркаса, применять однотипные ригели по всей высоте здания, а колонны проектировать как элементы, работающие преимущественно на сжатие. Горизонтальные нагрузки от перекрытий воспринимаются и передаются на основание вертикальными диафрагмами жесткости в виде стен или сквозных раскосных элементов, поясами которых служат колонны. Для сокращения требуемого количества вертикальных диафрагм жесткости их рекомендуется проектировать непрямоугольной формы в плане (уголковой, швеллерной и т.п.). С той же целью колонны, расположенные в плоскости вертикальных диафрагм жесткости, могут объединяться распределительными ростверками, расположенными в верхней части здания, а также в промежуточных уровнях по высоте здания.

В рамной каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимает и передает на основание каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Рамные каркасные системы рекомендуется применять для малоэтажных зданий.

В рамно-связевой каркасной системе вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают и передают на основание совместно вертикальные диафрагмы жесткости и рамный каркас с жесткими узлами ригелей с колоннами. Вместо сквозных вертикальных диафрагм жесткости могут применяться жесткие вставки, заполняющие отдельные ячейки между ригелями и колоннами. Рамно-связевые каркасные системы рекомендуется применять, если необходимо сократить количество диафрагм жесткости, требуемых для восприятия горизонтальных нагрузок.

Рис. Т1. Здания каркасной конструктивной системы:

а — с продольным расположением ригелей; 6-е поперечным расположением ригелей; в — безригельная система; г — с продольно-поперечным расположением ригелей

В каркасных зданиях связевой и рамно-связевой конструктивных систем наряду с диафрагмами жесткости могут применяться пространственные элементы замкнутой формы в плане, называемые стволами. Каркасные здания со стволами жесткости называют каркасно-ствольными.

Каркасные здания, вертикальными несущими конструкциями которых являются каркас и несущие стены (например, наружные, межсекционные, стены лестничных клеток), называются каркасно-стеновыми. Здания каркасно-стеновой конструктивной системы рекомендуется проектировать с безригельным каркасом или с ригельным каркасом, имеющим нежесткие узлы соединения ригелей с колоннами.

Рис. 28. Виды схем несущего остова каркасных жилых зданий: а — рамная; б — рамно-связевая; в — связевая; 1 — ригели; 2 — элементы связей в виде стен-диафрагм жесткости; 3 — перекрытие

Жилые здания объемно-блочной конструктивной системы представляют собой группы отдельных несущих и установленных друг на друга объемных блоков, которые объединяются друг с другом гибкими или жесткими связями. Здания могут быть решены в следующих конструктивных схемах: блочной, панельно-блочной и каркасно-блочной (рисунок 29).

По блочной схеме возводят здания, как правило, до 9 этажей, и они собираются из жестких объемных блоков в пространственную систему, обладающую достаточной устойчивостью. В связи с тем, что узлы соединения гибкие, осуществляют монтаж горизонтальными ярусами.

Блочно-панельная схема применяется в зданиях, где требуются большие свободные пролеты. В этом случае между объемными блоками располагают элементы крупнопанельных зданий — стеновые панели и панели перекрытий. Для обеспечения устойчивости конструкций сначала монтируют объемные блоки, а затем элементы крупнопанельной системы, обеспечивая замоноличивание всех узлов сопряжения.

Блочно-каркасная конструктивная схема применяется для зданий большой этажности. В них каркас выполняет функцию несущих конструкций, а объемные блоки — самонесущие.

Пример возведения жилого дома из объемных блоков представлен на рисунке 30.

Ствольная система представляет собой наиболее специфичную для высотного жилого строительства несущую конструкцию.

В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются внутренние стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт (а также вентиляционными шахтами и с возможным пропуском в стволе других коммуникаций), на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия. Поскольку ствол (в оптимальном соотношении занимает около 20 % площади плана здания) чаще всего располагается в геометрическом центре плана, возник термин «ядро жесткости». Сечение ядра жесткости часто ограничено сечением лестнично-лифтовых узлов, располагаемых внутри ядра.

Рис. 29. Конструктивные схемы зданий из объемных боков:

а — блочная; б — панельно-блочная; в — каркасно-блочная; 1 — объемные блоки;

2 — панели перекрытия; 3 — стеновые панели; 4 — колонны; 5 — ригели

Ствол жесткости обычно располагают в центральной части здания. В зданиях большой протяженности предусматривают несколько стволов жесткости или переходят к комбинации стволы жесткости +плоские диафрагмы или рамы. Ствол представляет собой объемно-пространственную внутреннюю несущую конструкцию на высоту зданий в виде тонкостенных стержней открытого или замкнутого профиля.

Открытая форма профиля (например, крестообразная) удачна в отношении объемно-планировочного решения здания, но редко применяется. Она исключает трудоемкое и металлоемкое устройство многочисленных надпроемных перемычек, необходимых в стволах закрытого сечения и упрощает установку лифтов. Ограничение в применении оправдано только в особо высоких сооружениях, когда жесткость ствола открытого сечения может оказаться недостаточной.

По способу опирания (связи с несущим стволом) междуэтажных перекрытий различают ствольные системы с консольным (с поэтажным опиранием перекрытий на защемленные в стволе консольные балки), этаже-рочным и подвесным (на гибких тросах или жестких подвесах) опиранием этажей, в т.ч. подвешенные к горизонтальным ростверкам и мостовые («висячий дом»), а также смешанные с опиранием и подвеской на один (или несколько) из жестких консольных ростверков, которые воспринимают нагрузки от несущих и ограждающих конструкций нескольких этажей здания (рисунок 31).

Несущие конструкции ствольных зданий преимущественно железобетонные. Сечение стен монолитного ствола в зависимости от этажности меняется от 40-100 см (класс бетона В50 и В60) в нижних этажах до 20-30 см в верхних (ВЗО).

Реже ствол представляет собой стоечно-балочную стальную обетонированную решетчатую клетку. Ствольные конструктивные системы рекомендуется применять при строительстве зданий, в которых необходимо свободное пространство под зданием, в зданиях высотой более 16 этажей, а также при сложных инженерно-геологических условиях.

Наиболее целесообразно применение ствольной системы для компактных в плане многоэтажных зданий, особенно в сейсмостойком строительстве, а также в условиях неравномерных деформаций основания (на просадочных грунтах, над горными выработками и т. п.). Ствольные системы обеспечивают свободу планировочных решений, поскольку пространство между стволом и наружными ограждающими конструкциями может быть свободно от опор. Эта система наиболее широко и полно позволяет применять развитую пластику фасадов. Пример здания с несущим стволом представлен на рисунке 32.

Рис. 30. Пример возведения жилого дома из объемных блоков

Источник: bstudy.net