Пространственная жесткость и устойчивость здания.

Пространственная жесткость и устойчивость несущего остова в поперечном направлении обеспечивается жесткими рамами каркаса, диафрагмами жесткости и горизонтальными жесткими дисками перекрытий, а в продольном направлении - рамами каркаса и горизонтальными жесткими дисками перекрытий. Вертикальная нагрузка в обоих направлениях воспринимается колоннами. Горизонтальная нагрузка воспринимается: в поперечном направлении - рамами каркаса и диафрагмами жесткости, в продольном направлении - рамами каркаса.Интересно решена пространственная жесткость и устойчивость здания «Сигрем билдинг» в Нью-Йорке высотой 158,5 м. Несущий остов здания - каркасный. Диафрагмы жесткости в виде пилонов симметрично расположены в плане.Оригинальность обеспечения жесткости здания состоит в изменении конструктивного решения пилонов по высоте каркасного несущего остова. С 1-го по 17-й этажи в плане здания были установлены диафрагмы жесткости в виде сплошных стен толщиной 300 мм из монолитного железобетона. С 17-го по 29-ый этажи вместо диафрагм жесткости в виде сплошных стен были использованы сквозные пилоны с раскосной решеткой. А с 29-го этажа и выше диафрагмы жесткости отсутствуют и горизонтальная жесткость несущего остова обеспечивается только жесткими рамами.К другому примеру можно отнести каркасное 60-этажное здание Первого национального банка в Чикаго. Высота здания 259,1 м. Несущий остов - каркасный. Диафрагмы жесткости распределены равномерно по плану здания и расположены вдоль лифтовых шахт и лестничных клеток. Пространственная жесткость и устойчивость несущего остова обеспечивается совместной работой рам каркаса, диафрагм жесткости в виде пилонов, перекрытий и покрытия.Необходимо отметить, что горизонтальную жесткость каркасных несущих остовов с распределенными диафрагмами жесткости можно увеличить с помощью устройства горизонтальных решетчатых жестких ростверков в одном, двух или более уровнях, в зависимости от высоты здания.Введение жестких ростверков в систему каркаса обеспечивает эффективное перераспределение усилий между связевыми диафрагмами и жесткими рамами каркаса, способствуя тем самым более равномерному их загружению. Такая схема каркасного несущего остова используется для многоэтажных зданий высотой до 50 -60 этажей.Так, в каркасном здании административного центра в Торонто высотой224 м пространственная жесткость и устойчивость его несущего остова обеспечивается: диафрагмами жесткости, жесткими рамами и решетчатыми жесткими ростверками. Диафрагмы жесткости в виде сквозных пилонов симметрично расположены в плане здания. Жесткие ростверки расположены в двух уровнях по высоте здания в виде ферм высотой на этаж. Устройство жестких ростверков позволило уменьшить отклонение здания от вертикали до 1/500 Н от действия ветровой нагрузки.

13Выбор материала несущего остова.

Современный уровень развития строительной индустрии способствует наиболее широкому использованию в промышленном строительстве сборных железобетонных и металлических каркасов. Основными преимуществами сборных железобетонных каркасов являются их высокая долговечность, огнестойкость, малая деформативность, поэтому в стране создана развитая индустриальная база, позволяющая изготовлять сборные железобетонные элементы разнообразной номенклатуры. Расход металла на изготовление сборных железобетонных элементов (по сравнению с металлическим каркасом) ограничен, эксплуатационные затраты незначительны. К недостаткам его относятся большая масса, трудоемкость устройства стыковых соединений, трудность переустройства при реконструкции. В целях снижения массы железобетонных конструкций успешно проводятся работы по созданию предварительно напряженных конструкций, в которых бетону задают необходимые сжимающие усилия, улучшающие его работу при возникновении в сечении растягивающих напряжений. Применением бетонов более высоких классов (В60 и более), и высокопрочной арматуры снижают размеры поперечных сечений изделий. Кроме того, облегчают массу бетона применением легких заполнителей. Перспективно применение легких железобетонных конструкций, изготовляемых в виде тонких (40...50 мм) плит, допускающих их изгиб при установке. Создаваемые таким путем оболочки способны выполнять одновременно и несущие, и ограждающие функции, что делает их весьма экономичными как по расходу бетона, так и металла. Стальные каркасы обладают по сравнению с железобетонными значительно меньшей массой. Сечения их более ажурны, транспортировка и монтаж просты и менее трудоемки. Однако металлические каркасы подвержены коррозии, менее огнестойки, в процессе эксплуатации, особенно при наличии агрессивных сред, требуют постоянного наблюдения и проведения защитных мероприятий. Кроме того, дефицит стали в стране вынуждает применять металлические каркасы лишь при пролетах более 24 м, высоте здания свыше 15 м, грузоподъемности кранов более 50 т, над горячими участками цехов, при сейсмичности 8...9 баллов, отсутствии базы строительных материалов или когда принимается решение все здание возводить из легких конструкций, комплексно поставляемых на строительную площадку. Деревянные конструкции в капитальном строительстве до последнего времени находили ограниченное распространение, несмотря на то, что дерево имеет малую объемную массу, большую прочность при работе на изгиб и сжатие, что выгодно отличает его от стали и железобетона. Кроме того, было распространено мнение, что дерево как материал с анизотропным строением вынуждает принимать большие запасы прочности, утяжеляющие и усложняющие конструкции, а способность древесины при изменении влажности окружающей среды разбухать или усыхать при неблагоприятных условиях способствует быстрому ее загниванию. По сравнению с другими конструкциями деревянные считались менее огнестойкими. Бурное развитие химической промышленности и промышленности полимерных материалов позволило применять склеивание древесины в слоистые конструкции и создавать разнообразные рациональные и пластические архитектурные формы. Пропитка древесины антисептиками повысила ее устойчивость против гниения, а обработка антиперенами повысила ее невозгораемость. Металлические и железобетонные конструкции полностью теряют свою несущую способность уже при нагреве до 450° С. Скорость же обугливания древесины при температуре горения около 800° С составляет 0,5...0,8 мм/мин, что позволит при соблюдении пожарной безопасности своевременно ликвидировать пожар. Кроме того, выяснилась исключительно высокая стойкость деревянных конструкций в условиях агрессивной воздушной среды, при которой железобетон и металл разрушаются сравнительно быстро.