10616

55

Большинство высотных зданий, построенных в Москве в начале 50-х годов XX в. (1945 – 1955 гг.) имеют каркасы из рамно-связевых систем, в которых рамные моменты в ригелях воспринимают и разгружают до 0,1– 0,07 полного балочного момента.

Современные рамно-связевые системы имеют следующие варианты:

–с жесткими включениями в виде сплошных панелей или связевых ячеек (рис. 3.3.1 а, б). Здесь отдельно расположенные жесткие включения слабо влияют на общий характер работы системы, но способствуют снижению сдвиговых смещений. Если же жесткие включения составляют геометрически неизменяемую конфигурацию, то жесткость системы в целом существенно повышается;

–с горизонтальными поясами жесткости в виде связевых ферм (рис. 3.3.2). Здесь пояса жесткости, дополняющие рамную систему, снижают ее горизонтальные перемещения благодаря повышению сопротивления относительному сдвигу смежных колонн между поясами жесткости и приближают эпюру осевых деформаций общего изгиба системы к линейной;

–с горизонтальными поясами жесткости и вертикальными пространственными сквозными или сплошностенчатыми стволами (рис. 3.3.3). Особенность такой системы в том, что колонны, не входящие в связевую систему, с помощью поясов и ростверка включаются

в работу всей системы, уравновешивая значительную часть общего момента от горизонтальных нагрузок. При этом на 30…40% уменьшаются горизонтальные перемещения, снижаются перекосы ячеек в верхней части здания.

Ствольные системы

В таких каркасах главные опоры – стволы и диафрагмы опираются на фундамент, а остальные конструкции этажей прерываются выше, кроме тяг в предварительно напряженных ствольных системах. Таким образом, здесь часть вертикальных нагрузок передается на ствол поэтажно через подвески и ростверки. Эффективность ствольных систем – в замене сжатых колонн растянутыми подвесками из высокопрочной стали. В ствольных системах с предварительным напряжением гибкие нити воспринимают и вертикальные, и горизонтальные нагрузки и в целом обеспечивают повышение жесткости всей системы. В пособии [1] приведены разные варианты ствольных систем. Рассмотрим некоторые из них:

–с подвешенными этажами (рис. 3.4.1);

–с консольными этажами (рис. 3.4.2);

–с предварительно напряженными гибкими нитями (рис. 3.4.3).

56

Рис. 3.3.1а. Рамно-связевая система с жесткими включениями, отдельно расположенными

57

Рис. 3.3.1б. Рамно-связевая система с жесткими включениями, объединенными в геометрически неизменяемую систему

58

Рис. 3.3.2. Рамно-связевая система с горизонтальными поясами жесткости в виде связевых в двух перпендикулярных направлениях

59

Рис. 3.3.3. Рамно-связевая система с горизонтальными поясами жесткости на 1 этаж и вертикальным пространственным стволом сквозного сечения

60

Рекомендуемое число этажей высотных зданий при использовании разных

систем стальных каркасов

	На основе анализа опыта строительства и технико-экономических оценок [1] пред-
лагается следующая этажность для разных конструктивных схем:
–	обычные рамные системы на 20…30 этажей;
–	связевые или рамно-связевые с диафрагмами или внутренним стволом на 20…45 этажей;
–	связевые или рамно-связевые с ростверками, диафрагмами и внутренним стволом на
	30…60 этажей;
–	рамная система, дополненная внешней пространственной рамой на 50…90 этажей;
–	секционно-рамная система или связевая система с внешним стволом в виде пространст-

венной фермы на 80…100 этажей.

Следует заметить, что конкретные условия строительства крайне разнообразны, а конструктивные системы могут иметь свои особенности. Поэтому рекомендуемые этажности при повышении взаимодействия конструкций могут быть увеличены на 10…20 этажей.

Основные принципы компоновки стальных каркасов высотных зданий

Компоновка каркаса высотного здания относится к первому этапу его инженерного решения. Она включает следующие действия:

–определение главных размеров каркаса в плане и по высоте; установление их соотношений;

–определение взаимного расположения колонн, рам, стволов жесткости и др.;

–установление первичных компоновочных размеров: шаг колонн, их габариты сечений; шаг балок перекрытий, габариты их сечений; высоты этажей;

–согласование компоновки наземного каркаса с фундаментами и покрытием здания;

–взаимная увязка несущих и ограждающих конструкций по их функциям и размерам.

Один из основных принципов компоновки высотных зданий – принцип упрощения конструктивной формы, реализация которого обеспечивается следующими приемами:

–четкостью статической и геометрической схем;

–регулярностью и однородностью построения каркаса;

–конструктивной простотой элементов и их сопряжений, максимальной их повторяемостью и технологичностью в исполнении;

–уменьшением числа вспомогательных и слабонагруженных элементов.

Другой важный принцип компоновки каркаса высотного здания – принцип концентрации материала или его рассосредоточения ( в каркасах с внешней пространственной рамой, которая приближает работу каркаса к работе оболочки.

61

Рис. 3.4.1. Ствольные системы с подвесными этажами

62

Рис. 3.4.2. Ствольные системы с консольными этажами

63

1 –	ванта;
2 –	ствол;
3 –	жесткие ри-
гели;
4 –	балочные
ригели;
5 –	подвески;
6 –	плита фун-

дамента.

Рис. 3.4.3. Ствольные системы с предварительным напряжением ванта-

ми

64

Особенности компоновки каркаса в плане

Форма плана каркаса высотного здания существенно влияет на поведение каркаса от действия ветровых нагрузок. Как отмечено в [1], горизонтальные перемещения квадратного в плане каркаса почти в 2 раза больше, чем те же перемещения круглого в плане каркаса. Однако, жесткость квадратного в плане каркаса на горизонтальные нагрузки можно существенно повысить, перейдя от компактного плана к расчлененному при той же площади (крестовый план, план по 3-м осям под углом 120°, см. [3, с.135]).

По условиям жесткости минимальный габарит горизонтальной проекции каркаса

рекомендуется принимать [1, 3] не менее (1			... 1	)Н ,	где Н − высота здания. При
		5	8
этом	1	Н рекомендуется для обычных рамных систем,			1	Н - для расчлененных или
	5				8

круглых в плане каркасов.

Компоновка каркаса в плане: сетка колонн, связи, несущие конструкции перекрытий и покрытия, - зависят от выбранной системы каркаса. При этом здесь основными конструктивными элементами являются перекрытия и покрытие. Перекрытия состоят из несущей части и многослойного пола (покрытие верхнее, основание под него, звукоизолирующий слой), а также подвесного потолка. Расход стали на балки перекрытий может составлять 30…50% от общего расхода стали на здание. Поэтому важно принять рациональную компоновку конструкций перекрытий в плане и по их толщине (высоте). Основным типом сечения балок перекрытия являются прокатные или сварные двутавры в зависимости от нагрузок. Важным является размер типовой ячейки балочной клетки перекрытия, как связанный с шагом колонн и экономичностью решения в целом. Для снижения общих расходов инженерные системы пропускают в плоскости перекрытий через отверстия в стенках балок. В этом случае удобны балки с перфорированной стенкой. В технических этажах и поясах (этажах) жесткости инженерные системы размещают в межферменном пространстве. Варианты рекомендуемой раскладки балок в ячейках перекрытия приведены на рис. 3.6.1а… е. Здесь на рис. 3.6.1а показаны только контурные балки ячейки между колоннами. В зависимости от размеров L1 и L2 между ними могут быть установлены до-

полнительные балки настила, а по ним несущие плиты или железобетонные плиты непосредственно по контурным балкам. На рис. 3.6.1б… е приведена другая раскладка балок, как в балочной клетке нормального или усложненного типов [8], по которым можно монтировать или сборные железобетонные плиты, или устраивать монолитную плиту по несущему профилированному листу.