Прийоми конструктивних рішень будівель - рішення задач, контрольних
Прийоми конструктивних рішень будівель
Проектування конструкцій будівлі будь-якого призначення починають з вирішення основного принципової завдання - вибору конструктивної системи будівлі виходячи з функціональних і техніко-економічних вимог.
Конструктивна система - це взаємозв'язана сукупність вертикальних і горизонтальних несучих конструкцій будівлі, які, сприймаючи все припадають на нього навантаження і впливу, спільно забезпечують міцність, просторову жорсткість і стійкість споруди.
Вибір конструктивної системи визначає роль кожного несучого конструктивного елемента в просторової роботі будівлі.
Горизонтальні несучі конструкції (покриття та перекриття) сприймають все що припадають на них вертикальні навантаження і передають їх вертикальних несучих конструкцій (стін, колон та ін.), Які, в свою чергу, передають навантаження через фундамент на грунт (фундамент будівлі). Горизонтальні несучі конструкції, як правило, грають в будівлі роль жорстких дисків - горизонтальних діафрагм жорсткості. Вони сприймають і перерозподіляють горизонтальні навантаження і впливу (вітрові, сейсмічні) між вертикальними несучими конструкціями.
Горизонтальні несучі конструкції цивільних будівель заввишки більше двох поверхів, як правило, однотипні і є залізобетонний диск - збірний (з окремих залізобетонних суцільних, багатопустотних або ребристих плит), збірно-монолітний або монолітний. Також в багатоповерхових промислових будинках (рідше - в цивільних будівлях) використовують перекриття по металевих балках (балкові) і профільованому сталевому настилу. Виходячи з протипожежних вимог в ряді випадків такі перекриття згодом замоноличивают бетоном.
Вертикальні несучі конструкції в порівнянні з горизонтальними різноманітніші. Розрізняють такі види вертикальних несучих конструкцій:
- стрижневі (стійки каркаса);
- площинні (стіни, діафрагми);
- об'ємно-просторові елементи висотою в поверх (об'ємні блоки);
- внутрішні об'ємно-просторові порожнисті стрижні (відкритого або закритого перетину) на висоту будівлі (стовбури жорсткості);
- об'ємно-просторові зовнішні несучі конструкції на висоту будівлі у вигляді тонкостінної оболонки замкнутого перетину (оболонки).
Відповідно увазі вертикальної несучої конструкції отримали найменування п'ять основних конструктивних систем будівель:
Поряд з основними широко застосовують комбіновані конструктивні системи. У цих системах вертикальні несучі конструкції компонують, поєднуючи різні види несучих елементів - стіни і колони, стіни і об'ємні блоки та ін.
У відповідності до функціональних вимог до об'ємно-планувального вирішення в будівлях можуть поєднуватися різні структури просторових осередків. Це тягне за собою і поєднання різних конструктивних систем в одній будівлі. наприклад, безкаркасних для фрагмента будівлі пористої структури і каркасної - для зальних приміщень. Таке рішення називається змішаною конструктивною системою будівлі.
Вибір конструктивної системи при проектуванні заснований на об'ємно-планувальних, архітектурно-композиційних та економічних вимогах, відповідно до яких визначилися області раціонального застосування кожної з конструктивних систем.
Безкаркасні (стінна) система (рис. 3.1) - основа проектування житлових будинків різної поверховості та призначення (квартирні будинки, гуртожитки, готелі, пансіонати та ін.) І для різних інженерно-геологічних умов. Вибір цієї системи пов'язаний з відносною стабільністю об'ємно-планувальних рішень житлових будинків і з її техніко-економічними перевагами. Завдяки цьому розширюється застосування безкаркасних системи і для масових типів громадських будівель (шкіл, дитячих дошкільних установ, поліклінік та ін.).
Мал. 3.1. Безкаркасні (стінна) конструктивна система
1 - зовнішня несуча стіна;
2 - внутрішня несуча стіна;
3 - збірний настил перекриття
Каркасна система (див. Рис. 3.2) найбільш часто застосовується при проектуванні масових і унікальних громадських будівель різного призначення та поверховості. Ця система поступається бескаркасной системі за показниками витрат праці і строкам зведення. Однак перевага, яка каркасних систем, пов'язане з функціональними вимогами до гнучкості об'ємно-планувальних рішень громадських будівель і необхідності їх неодноразової перепланування в процесі експлуатації. З точки зору цих вимог компонувальні переваги каркасних систем перед безкаркасними очевидні.
Мал. 3.2. Каркасна конструктивна система
1 - колони каркаса; 2 - ригелі каркаса; 3 - збірний настил перекриття; 4 - зовнішня навісна стінова панель
Загальний вигляд каркасних конструктивних систем громадського та промислового будівель показані на рис. 3.3.
Мал. 3.3. Загальний вигляд будівель з каркасною конструктивною системою
а - громадського, б - промислового
Об'ємно-блокова система (див. Рис. 3.4) застосовується при проектуванні житлових будинків різних типів висотою до 16 поверхів. Головна перевага такої конструктивної системи - скорочення витрат праці при будівництві будівель.
Мал. 3.4. Об'ємно-блокова конструктивна система
1 - монолітний залізобетонний об'ємний блок (розміром на кімнату)
Ствольна система (див. Рис. 3.5) забезпечує свободу планувальних рішень, оскільки простір між стовбуром жорсткості і зовнішніми огороджувальними конструкціями залишається вільним від проміжних опор. Відносно висока жорсткість будівлі дозволяє використовувати таку систему при проектуванні житлових і громадських будівель, як правило, баштового типу з компактною (квадратної, круглої і т.п.) формою плану, висотою понад 20 поверхів. Можливе застосування ствольної системи і для протяжних будівель, але в цих випадках конструктивна система таких будівель компонується з декількох стовбурів.
Найбільш доцільні компактні в плані багатоповерхові будівлі ствольної системи в сейсмостійкому будівництві, а також в умовах впливу деформацій земної поверхні (на просадних грунтах, над гірничими виробками і т.п.).
Мал. 3.5. Ствольна конструктивна система
1 - збірний або монолітний стовбур жорсткості; 2 - консольні міжповерхові перекриття
Оболонкові система притаманна унікальним і висотним (більше 40 поверхів) будинків, оскільки забезпечує суттєвої збільшення жорсткості споруди. Застосування такої системи в якості основної (а також в комбінації з каркасом) забезпечує свободу планувальних рішень, що дозволяє застосовувати її для житлових і громадських будівель. Однак найчастіше такі будівлі проектують багатофункціональними. Оболонкові конструкція може поєднувати несучі та огороджувальні функції або доповнюватися зовнішніми огороджувальними конструкціями.
Мал. 3.6. Приклад будівлі з оболонкової конструктивної системою
Крім основних тіпообразующіх ознак конструктивної системи, тобто несучих вертикальних елементів, існують додаткові класифікаційні ознаки всередині кожної з систем. Ними служать геометричні ознаки - ----------- розміщення вертикальних несучих конструкцій в плані будівлі і відстані між ними. Спосіб розміщення несучих горизонтальних і вертикальних конструкцій будівлі в просторі називають конструктивною схемою.
При бескаркасной (стіновий) конструктивній системі. виходячи з основних геометричних ознак, можна виділити наступні види конструктивних схем (див. рис. 3.7):
а) з великим шагомнесущіх стін (2,4 ÷ 4,5 м);
б) з вузьким кроком несучих стін (6,0 ÷ 7,2 м);
в) зі змішаним кроком;
Мал. 3.7. Конструктивні схеми безкаркасних будівель
Поздовжньо-стінова конструктивна схема (див. Рис. 3.7 а) традиційна в проектуванні будинків малої, середньої і підвищеної поверховості. Рідкісне розташування поперечних стін-діафрагм жорсткості (через 25 - 40 м) забезпечує свободу планувальних рішень в будівлях, тому цю схему застосовують при проектуванні житлових і громадських будівель різного призначення.
Поперечно-стінова конструктивна схема (див. Рис. 3.7 б) менш гнучка в планувальному відношенні, ніж поздовжньо-стінова схема. Тому найбільш часто її застосовують при будівництві житлових будинків, рідше - масових типів громадських будівель (дитячих установ, шкіл і т.п.). Поперечно-стінова схема (особливо з великим кроком поперечних несучих стін) допускає можливість часткової перепланування внутрішнього обсягу будівель в процесі експлуатації, а також розміщення невеликих вбудованих нежитлових приміщень на перших поверхах житлових будинків.
в) притаманні малі розміри конструктивно-планувальних осередків (близько 20 м 2), що обмежує область її застосування тільки житловими будинками. Часте розташування поперечних стін робить трансформацію планів будівель важкоздійсненним. Різноманітності планувальних рішень в проектуванні будинків на основі цієї схеми сприяє використання декількох розмірів кроків поперечних стін (наприклад, 3,0; 3,6 і 4,2 м) в різних поєднаннях. Завдяки високій просторової жорсткості перехресно-стінова схема широко поширена в проектуванні багатоповерхових будинків, а також будинків, що будуються в складних геологічних умовах, а також в сейсмічно небезпечних районах.
У каркасних будівлях застосовують чотири конструктивні схеми:
-I - з поперечним розташуванням ригелів;
-II - з поздовжнім розташуванням ригелів;
-III - з перехресним розташуванням ригелів;
Використання сучасних масових типових конструкцій перекриттів визначає розміри основної конструктивно-планувальної сітки осей каркаса 6 '6 м (при додатковій сітці 6' 3 м).
При виборі конструктивної схеми каркаса враховують як економічні, так і архітектурно-планувальні вимоги:
- елементи каркаса (колони, ригелі, діафрагми жорсткості) не повинні обмежувати свободу вибору планувального рішення;
- ригелі каркаса не повинні виступати з поверхні стелі в житлових кімнатах, а проходити по їх кордонів.
Каркас з поперечним розташуванням ригелів (див. Рис. 3.8) доцільний в будівлях з регулярною планувальною структурою (гуртожитки, готелі), де крок поперечних перегородок поєднується з кроком несучих конструкцій.
Мал. 3.8. Конструктивна схема каркасного будинку з поперечним розташуванням ригелів
Каркас з поздовжнім розташуванням ригелів (див. Рис. 3.9) використовують в проектуванні житлових будинків квартирного типу та масових громадських будівель складної планувальної структури, наприклад, в будівлях шкіл.
Мал. 3.9. Конструктивна схема каркасного будинку з поздовжнім розташуванням ригелів
Каркас з перехресним розташуванням ригелів виконують найчастіше монолітним і використовують в багатоповерхових промислових і громадських будівлях.
Безригельний каркас використовують як в багатоповерхових промислових, так і в цивільних будівлях, тому що в зв'язку з відсутністю ригелів ця схема в архітектурно-планувальному відношенні найбільш доцільна.
Мал. 3.10. Конструктивна схема будівлі з безрігельной каркасом
1 - колони каркаса; 2 - збірний або монолітний настил перекриття
В даному випадку ригелі відсутні, а збірний або монолітний диск перекриття спирається або на капітелі (розширення) колон, або безпосередньо на колони (див. Рис. 3.10).
У комбінованих конструктивних системах може застосовуватися різне поєднання вертикальних несучих конструкцій, які використовуються в основних конструктивних системах. На практиці найбільш поширені такі види конструктивних схем в будівлях з комбінованими системами:
1) Неповний каркас (див. Рис. 3.11). Таку схему вибирають виходячи з місцевих сировинних і виробничих умов застосування масивних конструкцій зовнішніх стін.
Мал. 3.11. Конструктивна схема будівлі з неповним каркасом (план)
а - плити перекриття спираються на ригелі каркаса і на зовнішню несучу стіну;
б - ригелі каркаса спираються на колони і на зовнішню несучу стіну
1 - колони каркаса; 2 - ригелі; 3 - збірний настил перекриття; 4 - несуча стіна
2) Схема, в якій каркас розташований в межах першого поверху (або декількох поверхів), а вище будівля має стінну конструктивну систему (див. Рис. 3.12).
Мал. 3.12. Приклад комбінованої конструктивної системи (розріз)
1 - колони каркаса; 2 - поздовжньо розташовані ригелі; 3 - збірний настил перекриття; 4 - несучі стіни