Каркасно-панельные здания и их конструкции

При строительстве общественных и ча­стично жилых зданий широко применяют каркасные конструктивные схемы, рас­смотренные ранее. Выбираемая сетка колонн при этом должна отвечать виду и размерам основных планиро­вочных элементов. В каркасных зданиях более полно обеспечивается возможность трансформации внутреннего простран­ства, маневрирования при устройстве окон, витражей и витрин, а также сокра­щения по сравнению с бескаркасными площади, занятой конструкциями, и со­ответственно увеличения полезной пло­щади (в среднем на 8... 12%). Различают системы каркасов рамные, рамно-связевые и связевые.

Рамная система (рис. 12.18) состоит из колонн, жестко соединенных с ними риге­лей перекрытий, располагаемых во взаимно перпендикулярных направлениях и образующих таким образом жесткую конструктивную систему. Соединения ко­лонн и ригелей сложны и весьма тру­доемки, требуют значительного расхода металла. Колонны зданий с рамной си­стемой имеют по высоте здания перемен­ное сечение. Если каркас выполнен в мо­нолитном варианте, то он более жесткий, чем сборный, но в то же время более трудоемок. Эта система имеет ограничен­ное применение в строительстве много­этажных гражданских зданий.

Рис. 12.18. Схема здания с рамной системой:

1 — колонна, 2 — ригели

В рамно-связевых системах (рис. 12.19) совместная работа элементов каркаса до­стигается за счет перераспределения доли участия в ней рам и вертикальных сте­нок-связей (диафрагм). Стенки-диа­фрагмы располагают по всей высоте зда­ния, жестко закрепляют в фундаменте и с примыкающими колоннами. Их разме­щают в направлении, перпендикулярном направлению рам, и в их плоскости. Рас­стояние между стенками-связями обычно принимают 24...30 м. Они бывают пло­скими и пространственными. Поперечные связи-диафрагмы устраивают сквозными на всю ширину здания. По степени обес­печения пространственной жесткости, расходу металла и трудоемкости рамно-связевые каркасы занимают промежуточ­ное место между рамными и связевыми. Эти системы применяют при проектиро­вании общественных зданий высотой до 12 этажей с унифицированными конструк­тивно-планировочными сетками 6x6 и 6 х 3 м.

Для общественных зданий большей этажности применяют связевые системы каркасов с пространственными связевыми элементами в виде жестко соединенных между собой под углом стенок или про­странственных элементов, проходящих по всей высоте здания, образующих так на­зываемое «ядро жесткости» (рис. 12.20). Эти пространственные связевые элементы жесткости закрепляют в фундаментах и соединяют с перекрытиями, образую­щими поэтажные горизонтальные свя­зи — диафрагмы (диски), которые и вос­принимают передаваемые на стены гори­зонтальные (ветровые) нагрузки. Расход стали и бетона в зданиях со связевыми системами на 20...30% меньше по срав­нению с рамными и рамно-связевыми. Пространственные связевые элементы размещают обычно в центральной части высотных зданий и используют для обра­зования ограждений лифтовых и комму­никационных шахт, лестничных клеток. Более высокие показатели по расходу материалов имеют монолитные железо­бетонные ядра жесткости, устраиваемые раньше монтажа каркаса методом сколь­зящей опалубки с последующим исполь­зованием для размещения на них мон­тажных кранов.

Для большепролетных общественных зданий используют плоские несущие кон­струкции (стоечно-балочные системы с балками или фермами, рамы, криволи­нейные системы, арки). Они работают в вертикальной плоскости, и восприятие горизонтальных нагрузок, обеспечение пространственной жесткости и устойчиво­сти покрытия достигаются жестким со­единением конструктивных элементов ме­жду собой и специальными связевыми элементами. Пространственные конструк­ции большепролетных общественных зда­ний выполняют в виде перекрестных ба­лочных систем, оболочек, складок, вися­чих систем и др. Выбор той или иной си­стемы большепролетных зданий в каж­дом конкретном случае зависит от осо­бенностей объемно-пространственного решения, природно-климатических усло­вий и возможностей изготовления. Ос­новными конструкциями каркасных зданий являются колонны и ригели, обра­зующие ту или иную конструктивную схему. К этим конструкциям крепятся вертикальные ограждения-панели.

Рис. 12.19. Схема зданий с рамно-связевыми каркасами:

а — с плоскими связями, б — с пространственными связями, 1 — колонны, 2 — ригели, 3 — плоские связевые элементы

Рис. 12.20. Схемы зданий со связевыми эле­ментами:

а — коробчатыми, б — Х-образными, в — круглыми,

г — двутавровыми

Рис. 12.21. Фрагмент плана перекрытий каркас­ного здания:

НВ — настил, HP — настил-распорка, НРС — настил-распорка сантехнический, НРФ — настил-распорка фа­садный, РР — ригель-распорка, МФ — фасадная сте­новая панель, МФУ — угловая фасадная стеновая панель

Существуют различные схемы членения каркаса на отдельные составные части. Среди них наиболее часто применяют схему с колоннами высотой в один или два этажа (стыкование колонн между со­бой происходит вне узла сопряжения их с ригелем; стык делают на высоте 0,6 м от уровня пола) и схему с колоннами, со­единяемыми между собой и с ригелем в виде платформенного стыка.

На рис. 12.21 показан фрагмент плана каркасно-панельного здания с расположе­нием ригелей поперек здания, а на рис. 12.22 — фрагмент фасада. Жесткость зда­ния обеспечивает так называемые технические этажи. Их ис­пользуют также для расположения инже­нерного оборудования. Такие простран­ственные горизонтальные диски вместе с вертикальными обеспечивают хорошую жесткость зданий.

Рис. 12.22. Фрагмент фасада каркасно-панельного здания:

МФ — фасадная стеновая панель, МП — простеночная стеновая панель

В практике строитель­ства зданий в 60... 100 этажей находят применение связевые системы в виде ре­шетчатых безраскосных или раскосных ферм, жестко скрепленных в углах и образующих как бы внешний короб-оболочку, в которую заключено здание. Это очень эффективная система, так как обладает высокой пространственной жесткостью и вместе с внутренним ядром жесткости воспринимает горизонтальные нагрузки. Строительство зданий по дан­ной конструктивной системе весьма эф­фективно в южных районах (обеспечи­вается хорошая солнцезащита) и в сейс­мических (в связи со значительной их жесткостью).

В случае применения для высотных зданий стальных каркасов стальные ко­лонны по высоте скрепляют монтажными болтами, для установки которых к стальным пакетам ствола колонны при­варивают ушки. Опирание нижнего стального пакета колонны на фундамент производится с фрезеровкой торца и при­менением весьма точно установленной на место (по слою бетона класса не ниже В25) стальной плиты с пристроганной го­ризонтальной площадкой для опирания колонны. Нижний конец стальной ко­лонны закрепляют анкерными болтами, заложенными в фундамент. Стальные сварные ригели перекрытий и система косых связей с последующим забетонированием их в стены жесткости обеспечи­вают высокую жесткость и устойчивость несущего остова здания.

Для уменьшения общей массы кон­струкций каркасных высотных зданий ис­пользуют легкие бетоны, что позволяет снизить массу надземной части здания почти на 30%. Наружные стены приме­няют обычно навесными облегченного типа.