Здания и их устойчивость при пожаре / Roytman - Zdaniya i ikh ustoychivost pri pozhare 2013

3 2

1

4

5

60 000	3 000	3 000

а

					1					1
								1
				3					5
								2
				4					6
							7
				12 000			3 000		12 000
					б
	11	10	9	8
	12						5
13									1
13	7		6	4					3
13
									2

в

21 000

Рис. 3.12. Планировочные схемы сельскохозяйственных зданий:

а – зальная планировочная схема (план коровника на 200 голов):

1 – основное производственное помещение; 2 – инвентарная; 3 – помещение для запаса кормов; 4 – вентиляционная камера; 5 – электрощитовая;

б – секционная планировочная схема (план фруктохранилища-холодильника на 500 т):

1 – холодильная камера; 2 – экспедиция; 3 – комната приема пищи; 4 – гардеробная; 5 – инвентарная; 6 – электрощитовая; 7 – навес;

в – анфиладная схема планировки (план цеха плодово-ягодных натуральных соков):

1 – площадка для сырья; 2 – навес для тары; 3 – моечное отделение; 4 – отделение розлива; 5 – дробильно-прессовое отделение;

6 – стерилизационное отделение; 7 – отделение мойки банок; 8 – компрессорная; 9 – вентиляционная камера; 10 – бойлерная; 11 – сушилка; 12 – кладовая;

13 – вспомогательные помещения

91

При зальной схеме (рис. 3.12, а) производственное помещение занимает почти всю площадь здания, не имеет внутри перегородок, кроме тех, которые отделяют подсобно-вспомогательные помещения. Зальная схема экономична, но не исключает контакт больных животных (птиц) со здоровыми, ограничивает возможности дезинфекции помещений.

Секционная схема (рис. 3.12, б) обеспечивает размещение в здании двух или нескольких одинаковых производственных секций, вход

вкоторые организован через подсобное помещение. Эта схема удобна для хранилищ, в которых производят первичную обработку овощей и фруктов.

Коридорно-секционная схема отличается от секционной тем, что вход

всекции предусматривается из коридора. В здании может быть один продольный коридор или несколько коридоров, в том числе и поперечных.

При анфиладной схеме (рис. 3.12, в) предусматривается последовательный переход из одного производственного помещения в другое.

Смешанная (комбинированная) схема применяется, если в здании размещают несколько различных по площади и конфигурации производственных помещений.

Проектирование сельскохозяйственных зданий каркасного типа ведется на основе УГС.

3.2.Конструктивные системы и схемы зданий

Здания должны быть прочными, устойчивыми, огнестойкими. Эти свойства зависят от конструкций, выбор которых начинают с решения принципиального вопроса конструирования – конструктивной системы здания.

Конструктивная система – это взаимосвязанная совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые, воспринимая все приходящиеся на него нагрузки и воздействия, совместно обеспечивают прочность, пространственную жесткость и устойчивость сооружения.

В процессе строительства и эксплуатации здание испытывает на себе действие многочисленных нагрузок, отличающихся по величине, направлению, характеру действия и месту приложения. Конструкции, участвующие в восприятии нагрузок, называют несущими.

Размещаясь в объеме здания в определенном сочетании, несущие конструкции образуют пространственную систему, способную воспринимать все действующие на здание силовые нагрузки и воздействия и обеспечивать его прочность, жесткость и устойчивость.

Конструктивная система является обобщенной конструктивностатической характеристикой здания, не зависящей от материалов, из которых оно возводится, и способа возведения.

92

Восприятие и передача нагрузок осуществляется конструкциями по следующей схеме.

Вертикальные несущие конструкции воспринимают действующие на здание вертикальные нагрузки (от собственной массы, оборудования, снега и др.) и передают их основанию. К вертикальным несущим конструкциям относятся: фундаменты, стены, отдельные опоры, а к горизонтальным – перекрытия и покрытие.

Горизонтальные несущие конструкции воспринимают горизонтальные (ветровые, сейсмические и др.) нагрузки и поэтажно вместе

ссобственной массой передают их вертикальным несущим конструкциям. Существует несколько способов передачи горизонтальных нагрузок. Горизонтальные нагрузки могут быть равномерно распределены между вертикальными несущими конструкциями либо передаваться на специальные вертикальные элементы жесткости (диафрагмы, связи, стволы жесткости).

Горизонтальные несущие конструкции зданий массового строительства, как правило, однотипны. В отличие от горизонтальных, вертикальные несущие конструкции разнообразны. К ним относятся: плоскостные элементы (стены, диафрагмы жесткости), стержневые элементы сплошного сечения (стойки каркаса), объемно-пространственные элементы высотой

сэтаж (объемные блоки), внутренние объемно-пространственные полые стержни на высоту здания в виде стволов (ядер) жесткости, внешние объ- емно-пространственные несущие конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения.

Тип вертикальной несущей конструкции определяет тип конструктивной системы здания. Различают основные и комбинированные конструктивные системы. Основных систем пять: бескаркасная (стеновая), каркасная, объемно-блочная, ствольная и оболочковая.

Впределах одной конструктивной системы пространственное положение вертикальных несущих конструкций может меняться. Вариант конструктивной системы по признаку размещения в пространстве (продольное, поперечное, перекрестное) основных несущих конструкций называется конструктивной схемой здания.

Бескаркасная (стеновая) конструктивная схема является основной в проектировании жилых домов различных этажности и назначения (квартирные дома, общежития, гостиницы, пансионаты). Выбор этой системы связан с относительной стабильностью объемно-планировочных решений жилых зданий и ее технико-экономическими преимуществами, благодаря чему расширяется применение бескаркасной системы для массовых типов общественных зданий (детских дошкольных учреждений, школ, поликлиник и др.).

Стены воспринимают все вертикальные, а через перекрытия и все горизонтальные нагрузки, действующие на здание (рис. 3.13).

93

Плиты перекрытия

Несущая стена

Перегородки

Несущая стена

Рис. 3.13. Вариант бескаркасной конструктивной системы здания (бескаркасный несущий остов с поперечными несущими стенами)

Система включает три варианта конструктивной схемы: с продольным расположением несущих стен (на них опираются междуэтажные перекрытия) (рис. 3.14, а); с поперечным расположением несущих стен (на них опираются междуэтажные перекрытия) (рис. 3.14, б); перекрестная – с опиранием плит перекрытия (по контуру) на продольные и поперечные стены (рис. 3.14, в).

		4	4
	3	6	7
	2	5
	1	1
а		б
		4

3

2

в1

Рис. 3.14. Конструктивные схемы бескаркасных зданий:

а– с продольным расположением несущих стен;

б– с поперечным расположением несущих стен; в – перекрестная:

1– фундаменты; 2 – внутренняя продольная несущая стена; 3 – наружная продольная несущая стена; 4 – плиты перекрытий; 5 – внутренняя несущая стена; 6 – наружная самонесущая стена; 7 – торцевая несущая стена

94

Каркасная конструктивная схема с пространственным рамным каркасом является основной в проектировании производственных и сельскохозяйственных зданий, а также общественных и жилых зданий повышенной этажности.

При выборе каркасной конструктивной схемы зданий учитывают объемно-планировочные требования: она не должна связывать планировочные решения. Ригели каркаса не должны пересекать плоскость потолков помещений, а должны проходить по их границам и т. д. Поэтому каркас с поперечным расположением ригелей применяют преимущественно в зданиях с регулярной планировочной структурой (гостиницы, общежития, пансионаты и т. п.), совмещая шаг поперечных перегородок и шаг несущих конструкций. Каркас с продольным расположением ригелей применяют, проектируя общественные здания сложной планировочной структуры (школы, лечебно-профилактические учреждения и др.).

Основным преимуществом каркасных зданий является четкое разграничение функций между каркасом, воспринимающим все нагрузки, и стенами, которые выполняют только ограждающие функции (рис. 3.15).

		1	1
	4	2
		3
4			2
			2
5		3

Рис. 3.15. Вариант каркасной конструктивной системы здания:

1 – колонны; 2 – ригели; 3 – плиты перекрытия (рядовые); 4 – плиты перекрытия межколонные; 5 – панели наружных стен

Вертикальные несущие конструкции в каркасной системе – колонны, горизонтальные несущие конструкции – ригели, балки, фермы.

Каркасная система включает четыре конструктивные схемы (рис. 3.16): с поперечным расположением ригелей, с продольным расположением ригелей, с перекрестным расположением ригелей, безригельная.

95

3

2

а

3

2

в

	4		6
			5
		3
		5
		2
	1	б	1
	6		5
4	5		3

2

1

г

1

Рис. 3.16. Конструктивные схемы каркасных зданий:

а– с поперечным расположением ригелей;

б– с продольным расположением ригелей;

в– с перекрестным расположением ригелей;

г– безригельное решение:

1– фундамент; 2 – наружная стена; 3 – колонны; 4, 6 – ригели; 5 – плиты перекрытий

Объемноблочная конструктивная схема применяется

восновном при проектировании жилых зданий (рис. 3.17).

Вэтой системе вертикальными несущими элементами служат объемные блоки, включающие в себя комнату или даже квартиру. Блоки устанавливают друг на друга столбами на всю высоту здания с передачей вертикальной нагрузки от вышележащих блоков нижележащим по контуру, двум противоположным сторонам или углам блоков.

Ствольная конструктивная схема – обеспечивает свободу планировочных решений, поскольку пространство между стволом и наружными ограждающими конструкциями свободно от промежуточных опор (рис. 3.18). Это позволяет использовать ее в проектировании многоэтажных

(более 20 этажей) жилых	и	общественных зданий, преимущественно
для зданий башенного типа	с	компактной (квадратной, прямоугольной,

96

круглой и др.) формой плана. Возможно применение системы и для протяженных зданий, но в этих случаях конструктивная система компонуется из нескольких стволов либо их комбинации с плоскими диафрагмами или рамами. Варианты ствольной системы зависят от типа решения связи перекрытий со стволом жесткости. Их осуществляют подвеской перекрытий на гибких тросах или жестких подвесках (подвесная система); с поэтажным опиранием перекрытий на защемленные в стволе консольные балки (консольная система); с опиранием и подвеской на один или несколько жестких консольных ростверков, воспринимающих нагрузки от несущих и ограждающих конструкций нескольких этажей здания, расположенных выше и (или) ниже ростверка.

Рис. 3.17. Объемно-блочная конструктивная система

1

2

3

4

Рис. 3.18. Ствольная конструктивная система (конструктивные решения с ядром и консольными перекрытиями):

1 – вантовая; 2 – с опиранием на нижнюю консоль; 3 – поэтажно-консольная; 4 – консольно-ферменная

97

Оболочковая конструктивная схема присуща уникальным высотным (более 40 этажей) зданиям, поскольку обеспечивает существенное увеличение жесткости сооружения. В основном варианте системы несущая часть здания представляет собой наружную оболочку – вертикальную пространственную замкнутую конструкцию, жестко заделанную в фундамент или в конструкции подземных этажей, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки на здание. Поперечную жесткость оболочки обеспечивают жесткие конструкции перекрытий. Конструкции оболочек разнообразны (рис. 3.19). Данная система с каркасом или диафрагмами обеспечивает свободу планировочных решений, что позволяет применять ее для общественных и жилых зданий. Однако чаще всего так проектируют многофункциональные здания.

Рис. 3.19. Оболочковая конструктивная система:

а – оболочка выполнена в виде безраскосной пространственной рамы;

б – оболочка выполнена в виде раскосной пространственной фермы

аб

Наряду с основными конструктивными системами широко применяются комбинированные конструктивные системы, в которых вертикальные несущие конструкции компонуются из разнотипных элементов – стержневых и плоскостных, стержневых и ствольных и т. д.

В системе с неполным каркасом (рис. 3.20, а) в качестве вертикальных несущих конструкций используются стены и стойки каркаса, между которыми с помощью жестких перекрытий распределяются действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки. Система применяется в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом или с наружным каркасом и внутренними несущими стенами.

На сочетании стержневых и плоскостных вертикальных несущих конструкций основана каркасносвязевая система (каркаснодиафрагмовая, каркасно-дисковая).

98

Вертикальными несущими конструкциями этой системы (рис. 3.20, б) являются стойки каркаса и специальные вертикальные элементы жесткости, которые выполняют в виде вертикальных металлических конструкций – связей жесткости или в виде специальных железобетонных перегородок – диафрагм (стенок) жесткости.

Каркасноствольная система основана на разделении статических функций между каркасом и стволом или несколькими стволами жесткости (рис. 3.20, в). Для восприятия горизонтальных и несимметричных вертикальных нагрузок требуются дополнительные элементы жесткости. Горизонтальными элементами жесткости служат перекрытия, плиты которых соединенывжесткийдиск, включающийвработувсеколонныкаркаса.

5

3

5 4

9

7

а	1	6
	4
8
			3
б			в
5		3	2	3	4
	2
		5

6	4	3	6		5
			г	6

Рис. 3.20. Комбинированные конструктивные системы:

а – системас неполным каркасом; б– каркасно-связевая(каркасно-диафрагмовая) система;

в– каркасно-ствольная система; г – конструктивные схемы каркасно-связевой системы:

1– несущие стены; 2 – самонесущие (ненесущие) стены; 3 – колонна; 4 – ригель; 5 – перекрытие; 6 – связь (диафрагма) жесткости; 7 – ствол (ядро) жесткости; 8 – жесткий стык; 9 – гибкий (шарнирный) стык

99

3.3.Каркасы

Необходимую жесткость и устойчивость каркаса достигают применением рамной, связевой или рамно-связевой конструктивной схемы.

При рамной схеме действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают поперечные и продольные рамы, образованные жестким соединением колонн и ригелей. Обеспечение жесткости и прочности соединений колонн и ригелей требует значительных затрат металла и бетона, осложняет конструктивное решение узлов, повышает трудоемкость и стоимость возведения. Рамная схема рациональна при небольшой этажности зданий. Достоинство рамного каркаса – свобода планировочных решений и надежность конструкций, обеспечивающие возможность перераспределения усилий и равномерность деформаций в элементах рам. Недостаток – невозможность унификации элементов из-за различных величин усилий по этажам.

При связевой схеме вертикальные нагрузки воспринимают колонны каркаса, а горизонтальные – диафрагмы жесткости (система поперечных и продольных связей). В результате сечения элементов такого каркаса по сравнению с рамным уменьшаются, а узловые соединения становятся более простыми, их принимают в расчетной схеме шарнирными, а не жесткими. Связевая схема обеспечивает широкую унификацию основных элементов каркаса – колонн и ригелей. Стойки каркаса могут иметь одно и то же сечение по всей высоте здания, отличаясь лишь армированием и маркой бетона. Ригели проектируют одинаковыми по всей высоте здания.

Рамносвязевая схема каркаса сочетает в себе рамы и диафрагмы жесткости. Горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимают те и другие, а распределение усилий между ними происходит в зависимости от соотношения жесткостей. Такая схема наиболее целесообразна для металлических и монолитных железобетонных каркасов. Сборный железобетонный рамно-связевый каркас оправдан для сейсмических условий.

Конструкции каркасов изготавливают из железобетона, металла, древесины.

3.3.1.Железобетонные каркасы

Всовременном строительстве железобетонные каркасы выполняют в основном сборными из унифицированных типовых конструкций заводского изготовления.

Основными типами многоэтажных железобетонных каркасов являются стоечно-балочный, безбалочный и с межферменными этажами.

100