Стоечно-балочные конструктивные системы

Стоечно-балочные конструктивные системы состоят из вертикальных несущих элементов – стоек, столбов, колонн, и горизонтальных несущих элементов – балок, ферм, плит. Такие системы, состоящие из линейных вертикальных и горизонтальных несущих элементов, соединенных между собой в поперечном или продольном, или поперечном и продольном направлениях, образуют соответственно поперечные, продольные или пространственные конструкции, называемые рамами. Рамы в зависимости от компоновочного решения бывают одноярусными (одноэтажными) и многоярусными (многоэтажными); а также однопролетными и многопролетными (рис. 5.1.).

Рис. 5.1. Компоновочные схемы рамных каркасов:

а – одноэтажная однопролетная схема; б, в, г – многоэтажная многопролетная схема

Соединение между вертикальными и горизонтальными элементами в узлах рам может быть жестким или шарнирным. Каркасы из рам с жестким соединением в узлах обладают необходимой пространственной жесткостью (рис. 5.2.а.), а в рамы с шарнирным соединением в узлах необходимо вводить дополнительные верти- кальные связи, придающие каркасу требуемую пространственную жесткость. Конструкции связей могут быть:

Рис. 5.2. Связи рамных каркасов в виде:

а – жесткой рамы; б – жесткой рамной вставки (1); в – панели-диафрагмы (2); г - стержневых крестовых (3); д, е – портальных (4) и портальных ломанных (5)

а) в виде вставки из жесткой рамы (рис. 5.2.б.).

б) в виде сплошной панели-диафрагмы, устанавливаемой в одном из отсеков рамы между вертикальными и горизонтальными элементами (рис. 5.2.в.).

в) стержневые связи в виде крестовых пересекающихся или портальных устройств (рис. 5.2.г, д, е.).

Рис. 5.3. Варианты конструктивных решений вертикальных несущих элементов стоечно-балочных систем:

а – прямоугольная; б – квадратная; в – круглая; г – овально-конусная; д – с опорными консолями; е – двухветвевая железобетонная; ж – двутавровая (железобетонная или металлическая); и - двухветвевая металлическая; к – с капителями; л – V-образная; м – T-образная

Установка связей исключает также геометрическую изменяемость каркасной системы. Роль горизонтальных связей в каркасах выполняют элементы перекрытий и покрытий.

Вертикальные элементы стоечно-балочных систем в зависимости от назначения, конструктивного исполнения и материала могут иметь самую разнообразную форму (рис. 5.3.):

а) стойки прямоугольного, круглого, овального и др. вида поперечного сечения;

б) стойки с капителями;

в) стойки с консолями;

г) двухветвевые стойки и др.

Горизонтальные элементы стоечно-балочных систем бывают в виде балок (прямоугольного, таврового, двухтаврового, прямоугольного с полками в средней части сечения и др.) и ферм, состоящих из нижнего и верхнего поясов и решетки – стоек и раскосов (рис. 5.4.).

Рис. 5.4. Варианты конструктивных решений горизонтальных элементов стоечно-балочных систем:

а – балка таврового сечения; б – балка с полками в средней части; в - двутавровая двухскатная балка; г – ферма с криволинейным верхним поясом; д,ж – ферма с полигональным очертанием верхнего пояса; е – ферма с параллельными поясами

Каркасные рамные системы при шарнирном соединении горизонтальных несущих элементов в виде балок или ферм с вертикальными несущими элементами - стойками перекрывают пролеты до 36 м, а при жестком соединении эти системы перекрывают: деревянные рамы – до 40 м и более; железобетонные – 50 м и более; решетчатые из стальных профилей – до 70 м и более (рис. 5.5.).

Рис. 5.5. Рамные конструкции:

а – железобетонная рама; б – стальная решетчатая рама; в – деревянная клееная рама; 1 – решетчатая балка рамы; 2 – прогоны

Пространственная система, составленная из плоских вертикальных и горизонтальных элементов, называется коробчатой. Такие системы могут рассматриваться как ряд стоек и балок, расположенных вплотную друг к другу и жестко связанных между собой. Коробочные системы применяются в зданиях с несущими стенами и перекрытиями или покрытиями из плоских элементов (рис. 5.6.).

Рис.5.6. Коробчатая система.

Возможно комбинированное использование стоечно-балочных и коробчатых систем. Например, в зданиях с неполным каркасом несущие стены являются элементами коробчатой системы, а стойки, балки и плиты внутренних каркасов – элементами стоечно-балочной системы.

Разновидностью стоечно-балочной системы являются каркасы-этажерки, состоящие из вертикальных несущих конструкций в виде стоек-колонн и горизонтальных несущих конструкций в виде безбалочных плит перекрытий (каркасные системы с плоскими дисками перекрытий). Такие каркасы-этажерки выполняют из железобетона в монолитном, реже в сборном или сборно-монолитных вариантах. Монолитный вариант таких конструктивных систем более экономичен по расходу материалов, особенно металла.