Каменные здания.

Глава 4. Конструктивные схемы.

4.1. Железобетонные здания.

В настоящее время в строительстве многоэтажных производственных и гражданских зданий в России и за рубежом выявилась тенденция к росту этажности. Причинами этого являются бурный рост населения городов, стремление к экономии территории, сокращению протяженности городских коммуникаций (в том числе и транспортных) и пр.

Конструктивной основой многоэтажного здания служит пространственная несущая система из стержневых и панельных железобетонных элементов, взаимосвязанных между собой в порядке, обеспечивающем прочность, устойчивость и долговечность системы в целом, а также ее отдельных элементов. Пространственная работа системы проявляется в том, что при загружении одного из ее элементов в работу включаются и другие элементы.

По конструктивной схеме многоэтажные здания разделяют на каркасные, бескаркасные и комбинированной системы, а по назначению — на промышленные и гражданские.

Каркасным называют здание, в котором несущими вертикальными элементами системы являются железобетонные колонны. Бескаркасным (панельным или крупноблочным) называют здание, в котором несущие вертикальные элементы компонуют из поставленных одну на другую стеновых панелей (блоков). В зданиях комбинированной системы несущими вертикальными элементами являются колонны и панельные стены. Различают каркасные схемы с полным и неполным каркасом. При полном каркасе наружные стены самонесущие, а при неполном — несущие. Каркасную систему используют в основном для зданий промышленного, административного и общественного назначения, где требуются большие неперегороженные помещения. Бескаркасную и комбинированную системы применяют для жилых домов, в которых несущие и внутренние стены являются межквартирными и межкомнатными перегородками. В зданиях комбинированной системы нижние этажи каркасные, а остальные панельные.

Объемно-блочные здания выполняют из объемных блоков жестких пространственных элементов, устанавливаемых друг на друге; в случае применения каркаса объемные блоки служат его заполнением, и каждый блок несет только собственную массу и полезную нагрузку.

В многоэтажных каркасных зданиях горизонтальные нагрузки воспринимают системой рам или вертикальных диафрагм-стенок жесткости, специальными связями или ядром жесткости, консольно защемленными в фундаменте (связевые системы). Ядром жесткости называют жесткую пространственную систему, образованную сопряженными между собой стенками. Более часто ядро жесткости выполняют монолитным. Каркас здания с ядром жесткости рассчитывают только на вертикальные нагрузки, что позволяет провести унификацию конструктивных элементов по высоте здания.

В последнее время за рубежом при строительстве общественных и жилых зданий получили широкое распространение системы многоэтажных зданий с подвесными этажами. Такое здание состоит из основной опорной конструкции — железобетонного монолитного ствола, двухконсольных балок или ферм и тяжей, к которым подвешиваются этажи (рис. 146). Всю вертикальную нагрузку передают на жесткий вертикальный ствол, в котором размещают лифты, лестницы, инженерные коммуникации, а также подсобные помещения. Наружные ограждения ненесущие; выполняют их из легких эффективных материалов. В целом масса такого здания невелика. Решения зданий с подвесными этажами многообразны; их классифицируют по виду опорных конструкций, типу подвесок и пр. Например, опорные конструкции могут быть решены в виде нескольких стволов, выполняемых из монолитного железобетона, стальных колонн с ригелями в уровне перекрытий, из сборных панелей, а также в виде мачт с оттяжками и пр.

В последнее время возводят многоэтажные каркасные здания, этажи которых изготовляют на уровне пола подвального, первого, или цокольного, этажа и поднимают в проектное положение посредством гидравлических или механических подъемников, устанавливаемых на колоннах выше поднимаемых этажей (рис. 147). Прочность и устойчивость каркаса в продольном направлении в период монтажа обеспечивают постановкой постоянных вертикальных связей или устройством жестких продольных рам.

Каркасы зданий в период возведения рассчитывают на сочетание следующих нагрузок: собственного веса конструкции (включая вес навесных панелей), скоростного напора ветра и монтажной нормативной нагрузки, равной 2,5 кН/м².

Основными конструктивными элементами каменных зданий являются наружные и внутренние стены, столбы, перекрытия, рама каркаса и перегородки. Все это образует пространственную систему, которая воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки, действующие на здание, и распределяет их между отдельными элементами системы в зависимocти от их жесткости, от материала кладки и от жесткости соединений, характеризующих в целом конструктивную схему здания.

Конструктивная схема должна обеспечивать надежную пространственную жесткость и устойчивость здания в целом на действие внешних нагрузок.

• По признаку восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок различают две группы конструктивных схем зданий:

1) с жесткими опорами, в которых каменные наружные стены, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, опираются на несмещаемые опоры. Этими опорами являются жесткие поперечные стены, а также покрытия и перекрытия при условии относительно частого расположения устойчивых поперечных конструкций (перегородок); 2) с упругими опорами, в которых из-за относительно редкого размещения устойчивых поперечных конструкций (перегородок) горизонтальные покрытия и перекрытия являются упругоподатливыми опорами для каменных стен.

Жесткая конструктивная схема характерна для многоэтажных гражданских, жилых и общественных зданий. Упругая конструктивная схема свойственна одноэтажным промышленным зданиям.

Покрытия и перекрытия могут служить жесткими несмещаемыми опорами для каменных стен в том случае, если расстояние между несущими поперечными стенами не превышает предельного расстояния, принимаемого в зависимости от групп кладки и конструкции покрытия и перекрытия.

• Поперечные конструкции могут служить жесткими опорами при условиях:

1) толщина поперечных несущих каменных и бетонных стен не менее 12 см;

2) толщина несущих поперечных железобетонных стен не менее 6 см;

3) поперечные конструкции рассчитаны на восприятие горизонтальной нагрузки.

Пространственную жесткость зданий в целом и совместную работу элементов конструкций обеспечивают устройством связей; перекрытия анкеруют в стенах, поперечные и продольные стены из кладки соединяют перевязкой камней.

Каменные стены зданий обеих конструктивных схем (жесткой и упругой) в зависимости от вида воспринимаемых нагрузок разделяют на наружные и внутренние.

Под наружными понимают стены, изолирующие помещения от атмосферных воздействий, а под внутренними — стены (перегородки), изолирующие одно помещение от другого. Перегородки воспринимают нагрузки от собственного веса в пределах этажа: Наружные стены воспринимают нагрузки от собственного веса, а также вертикальные и горизонтальные нагрузки (от ветра, кранов).

• По виду воспринимаемой нагрузки наружные стены разделяют на: несущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания, от покрытий, перекрытий, кранов и ветровую нагрузку; самонесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания и ветровую нагрузку; ненесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса и ветровую нагрузку только в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6 м.

Стены многоэтажных зданий рассчитывают на вертикальные нагрузки как неразрезные многопролетные балки с неподвижными опорами на уровне перекрытий. Для упрощения расчета принимают расчетную схему стены в виде однопролетной балки с шарнирными опорами в плоскостях опирания перекрытий. Поперечное сечение такой балки принимают равным поперечному сечению простенка (участок стены между оконными проемами), на который передает нагрузку ригель перекрытия или покрытия. За расчетную ось балки принимают геометрическую ось сечения простенка. Расчетную длину балки принимают равной высоте стены от низа перекрытия вышележащего этажа до низа перекрытия нижележащего этажа.

• Вертикальными нагрузками, действующими на простенок несущей стены в пределах каждого этажа, являются : а) собственный вес Ni стен всех вышележащих этажей, приложенный по оси вышележащего этажа; б) вес покрытия и перекрытий вышележащих этажей; в) вес перекрытия , расположенного над рассматриваемым этажом, приложенный с фактическим эксцентриситетом относительно оси простенка. (При отсутствии специальных опор, фиксирующих положение опорного давления, допускается принимать расстояниеотточки приложения силы до внутренней грани стены, но не более 7 см.)