Междуэтажные перекрытия

Стены

Стены высотных зданий независимо от того, несущие ли это конструкции или диафрагмы жесткости, выполняют из менее прочных бетонов по сравнению с применяющимися для устройства колонн, однако, как правило, прочность бетона в стенах составляет не менее 40 МПа. В высотных зданиях несущую стеновую систему устраивают с применением монолитного бетона. Это обусловлено необходимостью придания остову максимально возможной жесткости, которую технически сложно обеспечить в сборном и сборномонолитном варианте.

В зданиях большой этажности особенность стеновых систем заключается в повышенной чувствительности к неравномерным деформациям силового и усадочного характера. Эти деформации в сочетании с традиционно небольшим процентом армирования могут привести к образованию трещин и нарушению сплошности стеновых конструкций. И если в обычных зданиях подобные дефекты не оказывают существенного влияния на работу здания, то в высотных строениях они могут заметно изменять жесткостные параметры несущего остова и снижать его сопротивление силовым и температурноклиматическим воздействиям.

В местах пересечения или сопряжения стен разных направлений для уменьшения влияния концентраторов напряжений в виде входящих углов устраивают вуты, которые дополнительно армируют для повышения трещиностойкости наиболее уязвимых участков конструкции.

Наружные стены, подвергающиеся в процессе строительства и эксплуатации значительным силовым и температурноклиматическим воздействиям, проектируют с учетом конструктивных систем высотных зданий. В каркасных системах и их разновидностях с колоннами, расположенными по периметру, применяют навесные конструкции. Как правило, это легкие элементы с листовыми обшивками из стали или алюминия и средним теплоизоляционным слоем. В последнее время получили распространение навесные стеновые панели с применением закаленного и армированного стекла. Такие конструкции при требуемой по условиям эксплуатации прочности и жесткости имеют малый вес, что весьма актуально для строений, высота которых может достигать нескольких сотен метров, с точки зрения максимально возможного снижения нагрузок на несущие элементы каркаса, фундаменты и грунты основания.

Элементы наружного ограждения изготавливают на специальном оборудовании, обеспечивающем заданную точность с минимальными допусками, измеряемыми миллиметрами. Такие требования обусловлены необходимостью обеспечения надежного крепления стеновых панелей к каркасу и исключением податливости в соединениях, недопустимых в условиях значительных динамических и знакопеременных нагрузок.

В высотных зданиях с несущим остовом на основе вариантов стеновых систем наружные стены могут устраиваться как с применением навесных панелей, так и различных фасадных систем. В последнем случае наружные стены должны иметь несущую часть, к которой эти системы крепят механически с помощью дюбелей, анкеров и др. Легкие штукатурные системы и навесные фасады традиционной конструкции применяют в относительно невысоких зданиях (рис. 6). Это обусловлено как величиной возникающих усилий, так и сложностью ремонта, особенно на большой высоте, в процессе эксплуатации здания. Следует отметить, что вопросы использования навесных фасадных систем и различного рода облицовок сопряжены не только с эксплуатационными качествами, но также безопасностью людей и сохранностью имущества, например автотранспорта, припаркованного вблизи здания. Падение облицовочной плитки с высоты больше ста метров (рис. 7) может иметь эффект, аналогичный прямому попаданию пули из боевого оружия.

Говоря о конструкции наружных стен высотных зданий, необходимо упомянуть и о светопрозрачных элементах. К оконным заполнениям, воспринимающим значительные по величине статические и динамические нагрузки, предъявляют особые требования прочности, безопасности и надежности. Стеклопакеты и рамы не только должны выдерживать ветровой напор, но также обязаны не допускать возникновения низкочастотных вибраций, опасных для человеческого организма. Крепление оконных заполнений к стенам должно воспринимать многоцикловые знакопеременные нагрузки без увеличения податливости. В целях обеспечения безопасности находящихся в высотном здании и около него людей окна в верхней части делают глухими, поскольку их открывание и закрывание сопряжено не только с достаточно большими физическими усилиями и опасностью получения травм, но и повреждением или даже разрушением самой конструкции. В нижней части высотных зданий применяют окна с параллельным открыванием наружу на величину не более 10 см. При этом запорная и поворотная фурнитура рассчитана на действие ветровых нагрузок, которые, будучи обусловлены нисходящими потоками, могут достигать значительной величины и составлять до нескольких килопаскалей (1кПа » 100 кг/м²).

Технические решения междуэтажных перекрытий высотных зданий отличаются большим разнообразием и зависят от конструктивной системы несущего остова, этажности здания, его габаритных размеров в плане и действующих на перекрытия вертикальных и, что особенно важно, горизонтальных нагрузок. При относительно небольшом шаге сетки колонн (до 7,2 м), а также в зданиях со стеновыми конструктивными системами применяют плоские монолитные железобетонные перекрытия. Армирование таких конструкций выполняют по направлениям силовых потоков, возникающих в дисках перекрытий от вертикальных и горизонтальных нагрузок. С увеличением шага колонн или стен конструкций прибегают к устройству несущих балок, расположенных в одном или двух направлениях.

В большинстве современных высотных зданий, имеющих, как правило, достаточно большую глубину, при компоновке объемно­планировочного решения стремятся максимально открыть внутреннее пространство и освободить его от несущих элементов. Это продиктовано как необходимостью создания условий для свободной планировки этажей, так и требованиями противопожарной защиты вертикальных несущих конструкций. Последние при относительно большом шаге целесообразно располагать в угловых зонах помещений и других местах с ограниченным доступом и обзором. При этом колонны, пилоны и другие элементы могут быть защищены от воздействия высоких температур и декоративно оформлены.

При шаге несущих конструкций более 9 м применение плоских или ребристых монолитных железобетонных перекрытий с обычной стержневой арматурой становится экономически и технически нерациональным. В этом случае используют ребристые перекрытия, в которых балки армируют жесткой арматурой из прокатных или сварных стальных профилей. Использование жесткой арматуры в первую очередь продиктовано необходимостью ограничения прогибов, а также повышения огнестойкости перекрытия.

Несмотря на достаточно высокие технико­экономические и эксплуатационные показатели монолитного железобетона, такие конструкции имеют достаточно большой собственный вес, что в ряде случаев приводит к дополнительному увеличению материалоемкости колонн и фундаментов. В практике строительства высотных зданий в США и ряде других стран получили распространение сталебетонные сборномонолитные конструкции перекрытий (рис. 8). Они представляют собой систему несущих стальных балок (балочную клетку), объединенных по верху монолитной железобетонной плитой. Для устройства плиты применяют несъемную опалубку из профилированного стального настила, который в замоноличенной конструкции выполняет функции внешнего армирования.

Для обеспечения требуемой огнестойкости междуэтажных перекрытий все открытые стальные конструкции должны быть защищены от огневого воздействия. Противопожарную защиту выполняют с помощью специальных изделий, например из каменной ваты, а также различных обмазок, вспучивающихся при высокотемпературном нагреве. Обычно устройство такой защиты стальных конструкций от огня не вызывает проблем, поскольку все элементы перекрытия расположены в пространстве между плитой и подвесным потолком, который также может быть выполнен из огнестойких материалов.