Глава 4. Конструктивні схеми.
В даний час в будівництві багатоповерхових виробничих і цивільних будівель в Росії і за кордоном виявилася тенденція до зростання поверховості. Причинами цього є бурхливе зростання населення міст, прагнення до економії території, скорочення протяжності міських комунікацій (в тому числі і транспортних) та ін.
Конструктивною основою багатоповерхового будинку служить просторова несуча система з стрижневих і панельних залізобетонних елементів, взаємопов'язаних між собою в порядку, що забезпечує міцність, стійкість і довговічність системи в цілому, а також її окремих елементів. Просторова робота системи проявляється в тому, що при завантаженні одного з її елементів в роботу включаються і інші елементи.
За конструктивною схемою багатоповерхові будівлі поділяють на каркасні, безкаркасні і комбінованої системи, а за призначенням - на промислові і цивільні.
Каркасних називають будівлю, в якому несуть вертикальними елементами системи є залізобетонні колони. Безкаркасним (панельним або великоблочних) називають будівлю, в якому несучі вертикальні елементи компонують з поставлених одну на іншу стінових панелей (блоків). У будівлях комбінованої системи несучими вертикальними елементами є колони і панельні стіни. Розрізняють каркасні схеми з повним і неповним каркасом. При повному каркасі зовнішні стіни самонесучі, а при неповному - несучі. Каркасну систему використовують в основному для будівель промислового, адміністративного та громадського призначення, де потрібні великі неперегороженние приміщення. Бескаркасную і комбіновану системи застосовують для житлових будинків, в яких несучі та внутрішні стіни є міжквартирними і міжкімнатними перегородками. У будівлях комбінованої системи нижні поверхи каркасні, а решта панельні.
Об'ємно-блокові будівлі виконують з об'ємних блоків жорстких просторових елементів, що встановлюються один на одного; в разі застосування каркаса об'ємні блоки служать його заповненням, і кожен блок несе тільки власну масу і корисне навантаження.
У багатоповерхових каркасних будівлях горизонтальні навантаження сприймають системою рам або вертикальних діафрагм-стінок жорсткості, спеціальними зв'язками або ядром жорсткості, консольно щемлені в фундаменті (связевиє системи). Ядром жорсткості називають жорстку просторову систему, утворену сполученими між собою стінками. Більш часто ядро жорсткості виконують монолітним. Каркас будівлі з ядром жорсткості розраховують тільки на вертикальні навантаження, що дозволяє провести уніфікацію конструктивних елементів по висоті будівлі.
Останнім часом за кордоном при будівництві громадських і житлових будівель отримали широке поширення системи багатоповерхових будинків з підвісними поверхами. Таке будівля складається з основної опорної конструкції - залізобетонного монолітного стовбура, двоконсольних балок або ферм і тяжів, до яких підвішуються поверхи (рис. 146). Всю вертикальне навантаження передають на жорсткий вертикальний стовбур, в якому розміщують ліфти, сходи, інженерні комунікації, а також підсобні приміщення. Зовнішні огорожі не несуть; виконують їх з легких ефективних матеріалів. В цілому маса такого будинку невелика. Рішення будівель з підвісними поверхами різноманітні; їх класифікують за видом опорних конструкцій, типу підвісок тощо. Наприклад, опорні конструкції можуть бути вирішені у вигляді декількох стовбурів, які виконуються з монолітного залізобетону, сталевих колон з ригелями в рівні перекриттів, зі збірних панелей, а також у вигляді щогл з відтяжками та ін .
Останнім часом зводять багатоповерхові каркасні будівлі, поверхи яких виготовляють на рівні підлоги підвального, першого, або цокольного, поверху і піднімають в проектне положення за допомогою гідравлічних або механічних підйомників, що встановлюються на колонах вище піднімаються поверхів (рис. 147). Міцність і стійкість каркаса в поздовжньому напрямку в період монтажу забезпечують постановкою постійних вертикальних зв'язків або пристроєм жорстких поздовжніх рам.
Каркаси будівель в період зведення розраховують на поєднання наступних навантажень: власної ваги конструкції (включаючи вагу навісних панелей), швидкісного напору вітру і монтажною нормативного навантаження, що дорівнює 2,5 кН / м 2.
Основними конструктивними елементами кам'яних будівель є зовнішні і внутрішні стіни, стовпи, перекриття, рама каркаса і перегородки. Все це утворює просторову систему, яка сприймає горизонтальні і вертикальні навантаження, що діють на будівлю, і розподіляє їх між окремими елементами системи в завісімocті від їх жорсткості, від матеріалу кладки і від жорсткості з'єднань, що характеризують в цілому конструктивну схему будівлі.
Конструктивна схема повинна забезпечувати надійну просторову жорсткість і стійкість будівлі в цілому на дію зовнішніх навантажень.
• За ознакою сприйняття горизонтальних і вертикальних навантажень розрізняють дві групи конструктивних схем будівель:
1) з жорсткими опорами, в яких кам'яні зовнішні стіни, що сприймають вертикальні і горизонтальні навантаження, спираються на несмещаемий опори. Цими опорами є жорсткі поперечні стіни, а також покриття та перекриття за умови щодо частого розташування стійких поперечних конструкцій (перегородок); 2) з пружними опорами, в яких через відносно рідкісного розміщення стійких поперечних конструкцій (перегородок) горизонтальні покриття та перекриття є упругоподатлівимі опорами для кам'яних стін.
Жорстка конструктивна схема характерна для багатоповерхових цивільних, житлових і громадських будівель. Пружна конструктивна схема властива одноповерховим промисловим будівлям.
Покриття та перекриття можуть служити жорсткими несмещаемий опорами для кам'яних стін в тому випадку, якщо відстань між несучими поперечними стінами не перевищує граничного відстані, який залежно від груп кладки і конструкції покриття та перекриття.
• Поперечні конструкції можуть служити жорсткими опорами при умовах:
1) товщина поперечних несучих кам'яних і бетонних стін не менше 12 см;
2) товщина несучих поперечних залізобетонних стін не менше 6 см;
3) поперечні конструкції розраховані на сприйняття горизонтального навантаження.
Просторову жорсткість будівель в цілому і спільну роботу елементів конструкцій забезпечують пристроєм зв'язків; перекриття анкеруют в стінах, поперечні і поздовжні стіни з кладки з'єднують перев'язкою каменів.
Кам'яні стіни будівель обох конструктивних схем (жорсткий і пружний) в залежності від виду сприймаються навантажень поділяють на зовнішні і внутрішні.
Під зовнішніми розуміють стіни, ізолюючі приміщення від атмосферних впливів, а під внутрішніми - стіни (перегородки), ізолюючі одне приміщення від іншого. Перегородки сприймають навантаження від власної ваги в межах поверху: Зовнішні стіни сприймають навантаження від власної ваги, а також вертикальні і горизонтальні навантаження (від вітру, кранів).
• По виду сприйманого навантаження зовнішні стіни поділяють на: несучі стіни, що сприймають навантаження від власної ваги стін всіх поверхів будівлі, від покриттів, перекриттів, кранів і вітрове навантаження; самонесучі стіни, що сприймають навантаження від власної ваги стін всіх поверхів будівлі і вітрове навантаження; ненесучі стіни, що сприймають навантаження від власної ваги і вітрове навантаження тільки в межах одного поверху при висоті поверху не більше 6 м.
Стіни багатоповерхових будівель розраховують на вертикальні навантаження як нерозрізні багатопролітні балки з нерухомими опорами на рівні перекриттів. Для спрощення розрахунку беруть розрахункову схему стіни у вигляді однопрогоновою балки з шарнірними опорами в площинах обпирання перекриттів. Поперечний переріз такої балки приймають рівним поперечному перерізі простінка (ділянка стіни між віконними прорізами), на який передає навантаження ригель перекриття або покриття. За розрахункову вісь балки приймають геометричну вісь перетину простінка. Розрахункову довжину балки приймають рівною висоті стіни від низу перекриття наступного поверху до низу перекриття нижчого поверху.
• Вертикальними навантаженнями, що діють на простінок несучої стіни в межах кожного поверху, є. а) власна вага Ni стін всіх вище розташованих поверхів, прикладений по осі вище поверху; б) вагу покриття і перекриттів верхніх поверхів; в) вага перекриття, розташованого над даним поверхом, прикладений до фактичного ексцентриситетом щодо осі простінка. (При відсутності спеціальних опор, що фіксують положення опорного тиску, допускається приймати расстояніеотточкі прикладання сили до внутрішньої грані стіни, але не більше 7 см.)