ні положення

Конструктивна система будівель

Щоб вільно творчо компонувати різні будівлі необхідно досконало знати сучасні інженерні конструкції і вміло застосовувати їх відповідно до їх можливостями і економікою.

Конструктивне рішення будівлі в цілому визначається на першому етапі проектування вибором конструктивної системи і конструктивної схеми.

Вибір конструктивної системи впливає на планувальне рішення, архітектурну композицію і економічну доцільність проекту.

У свою чергу на вибір конструктивної системи впливають типологічні особливості проектованої будівлі, його поверховість і інженерно-геологічні умови будівництва.

Конструктивною системою будівлі називається сукупність взаємопов'язаних конструкцій будівлі, що забезпечують його міцність, жорсткість і стійкість. Прийнята конструктивна система будинку повинна забезпечувати міцність, жорсткість і стійкість будівлі на стадії зведення і в період експлуатації при дії всіх розрахункових навантажень і впливів.

Вибір конструктивної системи будівлі визначає статичну роль кожної з його конструкцій. Матеріал конструкцій і техніку їх зведення визначають при виборі будівельної системи будівлі.

Конструктивна система може бути однорідною (основний) або комбінованої.

Залежно від зовнішнього вигляду несучої конструкції (її схожість на стійку, пластину, оболонку і об'ємний елемент) розрізняють п'ять класичних (основних) конструктивних систем:

каркасну (вертикальна несуча конструкція колона),

стінну (діафрагмовим, бескаркасную) (вертикальна несуча конструкція стіна),

об'ємно-блочну (несуча конструкція блок),

ствольную (об'ємно-просторова внутрішня несуча конструкція стовбури жорсткості (ядро жорсткості));

оболонкову (периферійних) (об'ємно-просторова зовнішня несуча конструкції на висоту будівлі у вигляді тонкостінної оболонки замкнутого профілю, що утворює одночасно і зовнішню захисну конструкцію будівлі).

Впровадження в будівництво двох останніх видів конструктивних систем (ствольної і оболонкової) почалося з 60 років минулого століття. Їх винахід запатентовано американським інженером Ф.Каном в 1961р.

Мал. .... Плани основних конструктивних систем житлових будинків: а - каркасна; б - безкаркасні; в - об'ємно-блокова (столбчатая); г - ствольна; д - оболонкові.

Стійко-балочна конструкція ікаркасние системи

Найдавнішою конструктивною системою, що діє в наші дні, є стійко-балочна система. Вона виникла ще в епоху неоліту.

Стійко-балочна конструкція складається з вертикальних і горизонтальних стрижневих несучих елементів. Вертикальний елемент - стійка (колона, стовп) - являє собою прямолінійний стержень, який сприймає всі вертикальні навантаження від горизонтального елемента (балки); горизонтальні навантаження, що припадають на стійку, і передає зусилля від цих впливів на фундамент. При цьому сама стійка працює на стиск і вигин. Горизонтальний елемент стійко-балкової системи - балка (брус) - прямолінійний стержень, який працює на поперечний вигин під дією вертикальних навантажень.

Стійко-балочна система перекриттів (Греци стійки - колони, балки - архітрави

Сполучення вертикальних і горизонтальних елементів можуть мати різну жорсткість, що відбивається на характері їх спільної роботи.

При шарнірному закріпленні балки мають свободу горизонтальних переміщень і повороту на опорі, в зв'язку з цим вони передають на стійки тільки вертикальні зусилля.

При жорсткому сполученні балки зі стійкою забезпечується спільність їх деформацій і переміщень в вузлі сполучення і можливість передачі моменту, що вигинає від балки на стійку. Такий варіант стійко-балкової системи носить назву рами або рамної конструкції, а жорсткий вузол сполучення балки зі стійкою - рамного вузла.

Стійко-балкові конструкції виконують з різною кількістю прольотів і ярусів (поверхів). Система несучих конструкцій будівлі у вигляді багатопролітної і багатоповерхової стійко-балкової конструкції називається каркасної системою.

Каркас являють собою систему, що складається із стрижневих несучих елементів - вертикальних (колон) і горизонтальних балок (ригелів), об'єднаних жорсткими горизонтальними дисками перекриттів і системою вертикальних зв'язків.

Системі притаманне чіткий поділ на несучі та огороджувальні конструкції. Несучий остов (колони, ригелі і диски перекриттів) сприймає все навантаження, а зовнішні стіни виконують роль огороджувальних конструкцій, іноді сприймаючи власну вагу (самонесучі стіни). Це дає можливість застосовувати матеріали міцні і жорсткі - для несучих елементів каркасу, і тепло - звукоізоляційні матеріали - для огороджувальних. Використання високоефективних матеріалів дозволяє домогтися зниження ваги будівлі, що позитивно позначається на статичних властивості будівлі.

Каркасна система з просторовим рамним каркасом застосовується переважно в будівництві багатоповерхових сейсмостійких будівель, висотою більше дев'яти поверхів, а також в звичайних умовах будівництва при наявності відповідної виробничої бази.

Каркасна система - основна в будівництві громадських і промислових будівель. У житловому будівництві обсяг її застосування до недавнього часу був обмежений. Основа протипожежних вимог під час проектування житлових будинків - послідовне створення вертикальних перешкод вогню - брандмауерів. У спорудженні каркасного типу створення брандмауерів велося по врахуванню між колонами вогнетривких вертикальних діафрагм жорсткості. Таким чином, заздалегідь обмежувалися можливості просторового планування, основного переваги каркасних систем.

Системи перекриттів з давніх-давен проектувалися з стереотипного підходу до компонування балочної клітки, тобто складалися з балок (ригелів) і настилу, так конструктивно вирішуються і дерев'яні перекриття. Потім з'являються залізобетонні ребристі плити перекриття, в яких цей підхід вже злитий в один конструктивний елемент. З'явилися пізніше плоскі пустотні плити перекриттів - є значним кроком в проектуванні систем будівель нового типу.

В індустріальних житлових будинках, в порівнянні з традиційними спорудами, що мали змішані покриття, що включали фрагменти дерев'яних перекриттів, горизонтальні несучі конструкції вперше починають виконувати роль «діафрагм жорсткості», крім того, перекриття сприймають горизонтальні навантаження і впливу (вітрові, сейсмічні та ін.) І передають зусилля від цих впливів на вертикальні конструкції.

Передача горизонтальних навантажень і впливів здійснюється двояко: або з розподілом їх на всі вертикальні конструкції будівлі, або на окремі спеціальні вертикальні елементи жорсткості (стіни, діафрагми жорсткості, гратчасті вітрові зв'язку або стовбури жорсткості). Індустріальний тип будівель надає і проміжні рішення - передача навантаження можлива з розподілом горизонтальних навантажень в різних пропорціях між елементами жорсткості і конструкціями, які працюють на сприйняття вертикальних навантажень.

Каркаси, що застосовуються в цивільному будівництві, можна класифікувати за такими ознаками:

За характером статичної роботи:

- рамні - з жорстким з'єднанням несучих елементів (колони, ригелі) в вузлах в ортогональних напрямках плану будівлі. Каркас сприймає всі вертикальні і все горизонтальні навантаження. Каркас, що складається з поперечних і поздовжніх рам (рамний каркас), володіє просторової жорсткістю: його деформації під впливом силових впливів мінімальні і не порушують експлуатаційних якостей зданія.Рамние каркасні системи рекомендується застосовувати для малоповерхових будівель.

Жорстке з'єднання - це ....

- рамно-зв'язкові - з жорстким з'єднанням у вузлах колон і ригелів в одному напрямку плану будівлі (створення рамних конструкцій) і вертикальними зв'язками, розставленими в перпендикулярному напрямку рам каркаса. Зв'язками служать стрижневі елементи (хрестові, портальні) або станів діафрагми, що з'єднують сусідні ряди колон. Вертикальні і горизонтальні навантаження сприймаються рамами каркаса і вертикальними пілонами жорстких связей.Рамно-связевиє каркасні системи рекомендується застосовувати, якщо необхідно скоротити кількість діафрагм жорсткості, необхідних для сприйняття горизонтальних навантажень.

- связевиє - відрізняються простотою конструктивного рішення з'єднань колон з ригелями, що дає рухливе (шарнірне) закріплення. Каркас (колони, ригелі) сприймає тільки вертикальні навантаження. Горизонтальні зусилля передають на зв'язку жорсткості - ядра жорсткості, вертикальні пілони, стрижневі елементи. Каркас з шарнірними сполученнями просторової жорсткістю не володіє. Для її забезпечення вводяться спеціальні конструкції вертикальних зв'язків. Як зв'язків можуть бути використані окремі стіни (діафрагми жорсткості), рами, розкоси і ін. В рамних і в'язевих каркасах горизонтальними діафрагмами жорсткості служать конструкції перекриттів.

Шарнірне з'єднання - це ... ..

Мал. .... Каркасні конструктивні системи

а. б - зв'язкові з вертикальними діафрагмами жорсткості; в - те ж, з розподільним ростверком в площині вертикальної діафрагми жорсткості; г - рамна; д - рамно-связевая з вертикальними діафрагмами жорсткості; е-то ж, з жорсткими вставками

1 - вертикальна діафрагма жорсткості; 2 - каркас з шарнірними вузлами; 3 - розподільний ростверк; 4 - рамний каркас; 5 жорсткі вставки

- залізобетонний каркас. виконуваний в збірному, монолітному або збірно-монолітному варіантах. Крок колон, як правило приймають 6 * 6м.

- металевий каркас. часто застосовується при будівництві громадських і багатоповерхових будинків, що зводяться за індивідуальними проектами.

- дерев'яний каркас в будівлях не вище 2-х поверхів.

Приклади пристрою металевого каркаса:

З'єднання елементів рам між собою - фланцеве, на високоміцних болтах з попередньої затягуванням

Жорсткість каркаса будівлі в цілому забезпечується системою гнучких вертикальних і горизонтальних зв'язків, що встановлюються з попереднім натягом, і розпірок

У житлове та офісне будівництво технології будівництва з металу масово увійшли завдяки розробці металокаркасних технологій і зусиллям американських будівельників. Перша будівля з металевим каркасом заввишки всього 11 поверхів з'явилося на самому початку ХХ століття в Нью-Йорку. Справжній розквіт будівництва з них почався, коли в Америці підскочили вгору хмарочоси. ВУкаіни чудовим прикладом будівлі з металевим каркасом є закладений в 1949года 36-поверхової будівлі МДУ на Воробйових горах.

Слід зазначити, що до ненавнего часу вУкаіни будівельні металоконструкції так і залишалася долею унікальних споруд. Крига скресла після перебудовних 90гожов минулого століття, але затребуваність таких будівель до недавнього часу була невисокою (для порівняння, частка будинків з МК в країнах Скандинавії досягає 80% - проти 5% вУкаіни). Перелом настав, коли на вітчизняному ринку з'явилися недорогі і якісні комерційні споруди з металу для сільського господарства, логістики та спорту. Сьогодні затребуваність їх зростає з кожним роком, а поява подібних технологій в житловому будівництві обіцяє справжню революцію в цінах і якості квартир.

Приклад рішення металевого каркаса для багатоповерхового житлового будинку.