Виды каркаса по характеру работы (рамный, связевой, рамно-связевой)

Рамные системы. Рамные каркасы обычно состоят из прямоугольной сетки горизонтальных балок и вертикальных колонн, соединенных между собой жесткими узлами.

В обычной рамной системе (рис. 4.6, а) колонны регулярно расположены по всему плану здания с шагом 6, 9 м. Жесткие рамы при горизонтальных нагрузках работают за счет изгиба колонн и балок. Горизонтальный прогиб рамного каркаса определяется двумя факторами:

· прогибом от изгиба каркаса как консоли (рис. 4.7, б), при этом удлинение и укорочение колонн приводит к горизонтальным перемещениям, составляющим около 20 % общего прогиба;

· прогибом за счет работы балок и колонн на изгиб (рис. 4.7, в).

На последний вид деформирования приходится около 80 % общего перемещения здания, из которых 65 % из-за изгиба балок и 15 % из-за изгиба

Рис. 4.7. Схемы деформирования каркаса с рамными узлами при действии горизонтальной нагрузки:
а - общая схема деформаций; б - прогиб консоли; в - прогиб за счет работы колонн и балок на изгиб; г - схема деформации ячейки жесткой рамы

колонн. Поэтому подобные системы экономичны в зданиях высотой не более 30 этажей.

Системы с внешней пространственной рамой (см. рис. 4.6, б) обладают повышенной изгибной жесткостью, так как при расположении колонн по контуру увеличивается момент инерции горизонтального сечения каркаса. Система отличается высокой жесткостью на кручение. Кроме того, при частом расположении колонн конструктивные элементы внешней рамы выполняют функции фахверка наружной стены и для ее устройства не требуется дополнительных элементов. При большой ширине здания система может быть дополнена внутренними колоннами, воспринимающими только вертикальные нагрузки от шарнирно примыкающих ригелей перекрытий.

Дальнейшим развитием рамных систем является рамно-секционная система (см. рис. 4.6, в). Благодаря дополнительной жесткости внутренних рам и более равномерному включению граней внешней рамы в работу на изгиб, общая жесткость этой системы по сравнению с предыдущей повышается. Рамно-секционная система позволяет завершать различные секции на разной высоте без существенного усложнения конструкций, придавая зданию ступенчатый объем. Ригели перекрытий в пределах отдельных секций обычно опирают на колонны шарнирно.

Связевые системы. В связевых системах (рис. 4.8) горизонтальная жесткость обеспечивается за счет работы диагональных элементов и колонн при шарнирном примыкании ригелей. Связевая система работает на горизонтальные нагрузки как консоль, защемленная в фундаменте, нагрузки на которую передаются посредством жестких дисков перекрытий.

Рис. 4.8. Схемы основных связевых систем:
а - с диафрагмами жесткости; б - с внутренним решетчатым стволом; в - с внутренним железобетонным стволом; г - с внешним стволом; 1 - диафрагмы; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 - внутренний железобетонный ствол; 5 - внешний ствол \ 6 - наружные диафрагмы

Связевая конструкция может быть решена в виде плоских диафрагм (рис. 4.8, а) или в виде пространственных стволов жесткости (рис. 4.8, б, в, г), которые могут располагаться как внутри здания (рис. 4.8, б, в), так и снаружи, образуя внешний ствол (рис. 4.8, г). Внутренний ствол жесткости может быть решен в виде стальной пространственной решетчатой системы или в виде замкнутой железобетонной конструкции. Такой ствол целесообразно совмещать с лифтовыми или коммуникационными шахтами.

Связевая система отвечает принципу концентрации материала и позволяет проектировать большинство элементов каркаса и их сопряжения более легкими, простой конструктивной формы и в максимальной степени типизировать. По расходу стали связевые системы более эффективны, чем рамные, так как большая часть колонн освобождена от внутренних усилий изгиба.

Рамно-связевые системы (рис. 4.9) имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположенными в одной или разных плоскостях со связями. Обратите внимание на несколько иное определение рамно-связевых систем по сравнению с одноэтажными зданиями, что обычно не вносит путаницы и понятно из контекста. Функции обеспечения жесткости распределены в системе между связевой и рамной частями не одинаково, в большинстве случаев связевая часть воспринимает 70...90 % горизонтальных нагрузок. В качестве примера на рис. 4.10 показан каркас 16-этажного жилого дома [9], выполненного по рамно-связевой схеме. В продольном направлении жесткость обеспечивается за счет рамных узлов примыкания ригелей к колоннам, а в поперечном - за счет связевых диафрагм по торцам здания. Ветровые нагрузки в поперечном направлении передаются через горизонтальные диски перекрытий на торцовые диафрагмы. Жесткость перекрытии

Рис. 4.9. Схемы рамно-связевых систем:
а - рамно-связевые системы с жесткими включениями; б - то же, с поясами жесткости; в - то же, с поясами жесткости и ростверками

Рис. 4.10. Рамно-связевой каркас жилого 16-этажного здания:
а - конструктивная схема продольной и торцовой стен; б - план типового этажа; в - общий вид монтажа каркаса

Рис. 4.11. Примеры сочетаний различных систем по высоте каркаса

в горизонтальной плоскости увеличена постановкой крестовых связей.

При проектировании каркасов многоэтажных зданий не всегда сохраняется регулярность системы и единый принцип ее построения. Это вызвано, как правило, нерегулярностью в объемно-планировочных решениях этажей, что требует смещения осей колонн и ригелей как в плане, так и по высоте. На рис. 4.11 показаны примеры сочетания различных схем по высоте здания. В схемах рис. 4.11, а, б в верхней части каркаса использована менее жесткая рамная система, а в схеме рис. 4.11, в использована идея концентрации усилий от горизонтальных нагрузок в меньшем числе узлов и с более конструктивно простым примыканием ригелей в остальных узлах. Но для обеспечения горизонтальной жесткости каркаса по схеме в в верхнем этаже поставлена вертикальная связь (ростверк), которая способствует более полному включению в работу на горизонтальные нагрузки вертикальных элементов каркаса.

40 Монолитное и сборно-монолитное домостроения

Упрощенно технология возведения конструкций из монолитного бетона выглядит следующим образом: непосредственно на стройплощадке монтируются специальные формы - опалубки, повторяющие контуры будущего конструктивного элемента, например колонны, стены и т.д., в которые устанавливается по проекту каркас из арматуры и заливается бетон. После набора бетоном необходимой прочности получается готовый конструктивный элемент здания. Опалубочные элементы либо демонтируются (при применении сборно-разборных опалубок), либо становятся частью стены (при использовании несъемной опалубки).

Степень трудоемкости этих четырех процессов можно представить таким образом: устройство опалубки - 25-35%, армирование 15-25%, бетонирование и уход за бетоном 20-30%, распалубливание 20-30%.

В настоящее время перспективность данной технологии признана как строителями, так и заказчиками; она эффективна в первую очередь для возведения комбинированных конструктивных систем (с монолитным каркасом и наружными стенами из штучных материалов).

Кроме того, использование монолитного железобетона целесообразно при возведении фундаментов, подземных частей зданий и сооружений, пространственных конструкций, высотных зданий и других конструкций, а также при строительстве в сейсмических районах.

Основные преимущества монолитного домостроения. Прежде всего, это возможность создания свободных планировок с большими пролетами за счет перехода к неразрезным пространственным системам.

Другим преимуществом данной технологии является возможность создания практически любых криволинейных форм, что также расширяет спектр решений при создании уникальных архитектурных образов зданий.

Конструкции, выполненные по монолитной технологии, практически не имеют швов, следствием чего является отсутствие проблем со стыками и с их герметизацией, а также повышение теплотехнических и изоляционных свойств.

Расход стали снижается на 7-20%, а бетона - до 15% по сравнению с конструкциями из сборного железобетона.

При всех достоинствах монолитного домостроения данная технология (впрочем, как и всякая другая) не лишена и некоторых недостатков.

Производственный цикл в данном случае переносится на строительную площадку под открытым небом, а это значит, что дождь, снег, ветер, жара и холод будут создавать дополнительные трудности производству монолитных конструктивных элементов.
Особые сложности возникают при бетонировании в зимних условиях. Главная проблема состоит в замерзании несвязанной воды затворения в начальный период структурообразования бетона.