0

Ствольная конструктивная система зданий

КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СО СТВОЛАМИ ЖЁСТКОСТИ

ЛЕКЦИЯ 4.

Высотные здания, часто требуют максимума планировочной гибкости. В этом случае оптимальным решением является сосредоточение систем вертикального транспорта (лифты, лестницы), инженерных коммуникаций, туалетов, др. подсобных помещений с образованием ствола (или стволов) жесткости. Площадь стволов жесткости составляет 15 – 35 % от общей площади здания. Обычно ширина ядра составляет 1/3 – ½ ширины здания.

Ядро в виде призматического ствола, проходящего через всё здание, является основной несущей конструкцией, воспринимающей горизонтальные нагрузки. Остальные вертикальные конструкции воспринимают только нагрузки; их выполняют с поперечным сечением небольших размеров, в результате они занимают меньше места и не мешают свободной планировке.

Здания со стволом жесткости характеризуются меньшей площадью застройки, уменьшенными объемами работ по возведению фундаментов, пониженной чувствительностью к неравномерным осадкам фундаментов, повышенной сопротивляемостью к сейсмическим нагрузкам.

Конструктивные системы зданий со стволами жесткости характеризуются следующими особенностями:

ü формой ствола жесткости (квадрат, прямоугольник, треугольник, многоугольник, круг и т.д), (рис.14.1);

ü количеством стволов (один ли несколько);

ü

расположением стволов ( в центре здания – центральное, по периметру – периферийное, вне здания – примыкающее);

ü компоновкой ствола относительно объема здания (симметричная, асимметричная);

ü влиянием геометрии здания на форму ствола жёсткости (определяющее, косвенное).

Стволы жесткости выполняются из железобетона, стали (рис.14.2) или из их комбинаций. Чаще стволы жесткости выполняются монолитными (рис. 14.3). При этом стены могут быть постоянной толщины (для сравнительно невысоких зданий) или переменной толщины от 40 – 120 см в нижних этажах, до 20 – 60 см — в верхних этажах.

Классификация различных систем с ядрами.

Чистые системы с ядром (ствольные). В этих системах ядро является единственной конструкцией, обеспечивающей пространственную жесткость здания. В зависимости от способов опирания конструкций этажей к передаче нагрузки на стволы различают разновидности ствольной системы:

§ ядро с консольными конструкциями перекрытиями (с консольными этажами, рис 4.30 а);

§ ядро с колоннами по контуру здания (ствольная с колоннами, рис 4.30 б);

§ ядро с консольной платформой на уровне нижних этажей, на которую опираются наружные колонны вышерасположенных этажей (рис 4.30 в);

§ ядро с перекрытиями, подвешенными к консольному поясу в уровне верхних этажей (с подвешенными этажами, рис. 4.30 г).


В системе с консольными перекрытиями достигается максимальная свобода решения фасадных стен, однако из-за гибкости консольных конструкций размеры перекрытий ограничены.

В системе ядро и колонны, в колоннах возникают только осевые силы от вертикальной нагрузки , поэтому их выполняют относительно тонкими.

В системе с консольной платформой в уровне нижних этажей, в ней колонны опираются на консольную платформу, ниже которой ядро является единственной вертикальной конструкцией.

На рис. Схемы зданий с двумя стволами жесткости.

а – с опиранием несущих конструкций этажей на железобетонную балку между стволами и консольные балки; б – то же на стальные фермы; в — с опиранием перекрытий на пояса ферм (в т. ч консольных); г – с опиранием перекрытий на стальной диагонально-решетчатый каркас стен; д – с опиранием перекрытий на железобетонные стенки – балки.

Ствольно — подвесная конструктивная система характеризуется наличием ствола (стволов) и поддерживающих конструкций в виде оголовков, ростверков, балок или ферм, предназначенных для крепления к ним подвесок. Такие системы характеризуются разнообразием геометрических форм. С конструктивной точки зрения и с точки зрения возведения эта система самая сложная. Проблемы возникают в связи с деформациями подвесок, которые выполняются стальными (круглая сталь, канаты, листовая сталь, прокатные профили) или железобетонными. Предварительно напряженные железобетонные подвески отличаются от стальных меньшими деформациями температурного расширения, огне и коррозионной стойкостью. Из расчётных конструктивных и практических соображений необходимо точно определять число этажей, подвешенных к одному горизонтальному консольному поясу (оголовку). Желательно, чтобы число подвешенных этажей не превышало 15. При большем числе этажей целесообразно устраивать промежуточные консольные пояса.


На рис. Схемы зданий ствольно — подвесной системы с одним стволом; а-в – с различной геометрией оголовков подвесной системы; г – с одним балочным оголовком; д – с оголовком и ростверком; е – с оголовком и двумя ростверками; ж – и – с преднапряенными подвесками

Ствольно – блочные системы представляют собой стволы жесткости с опертыми на них или подвешенными к ним объемными блоками (блок –этажами). Возможны следующие варианты:

§ здания с многоэтажными группами блоков, которые устанавливаются на консольные платформы, опирающиеся на стволы (рис 14.24) или подвешиваемые к стволам (рис. 14.25);

§ здания из консольных блоков, закрепляемых на стволе жёсткости (рис 14.26);

§ здания из спаренных консольных блоков, которые опираются на стволы и торцевые стены (рис 14.27);

§ здания с опиранием блоков на мостовые пролетные конструкции в виде балок или ферм (рис.14.29);

§ здания с подвешиванием консольных блоков наклонными тягами к стволам (рис 14.30).

Здания с подвешенными этажами

Доминантой нового центра в г. Поважска-Бистрица является административное здание высотой 56 м с подвешенными этажами (рис. 8.40). Такое конструктивное решение позволило получить свободное пространство при входе в здание, добиться наиболее эффективной статической работы (напряженного состояния) конструкций ствола (ядра) и архитектурной выразительности.
На вершине (т.е. в уровне над землей 54 м) железобетонного двухсекционного ядра размером в плане 6×12 м со стенами толщиной 50 см размещен стальной оголовок (рис. 8.41). Оголовок передает на стены ядра все нагрузки от 13-и этажей, подвешенных к нему (рис. 8.42), Оголовок уложен на слоистые неопреновые опоры, размещенные в четырех углах ядра. Реакция в опоре равна 7300 кН, поэтому способу передачи нагрузки на бетон надо уделять большое внимание.

Конструкция этих опор проста, они допускают некоторый поворот и температурные деформации оголовка. Оголовок состоит из двух продольных балок двутаврового сечения и двух поперечных балок коробчатого сечения, на концах которых предусмотрены ’’коромысла”. К концам ’’коромысел” и продольных балок прикреплены подвески с помощью цапф, такое соединение может воспринимать большие растягивающие силы, чем соединение на болтах, и предотвращать возникновение дополнительных моментов при деформациях оголовка.
Основными несущими конструкциями перекрытий являются главные и второстепенные стальные балки, размещенные в двух направлениях (см. рис. 8.40). Главные балки выполнены из спаренных швеллерных профилей. Концы главных балок с помощью специальных бащмаков и болтов прикреплены к подвескам. Консольные концы балок объединены контурными балками. Крепление балок перекрытий к железобетонным стенам ядра осуществляется с помощью предварительно забетонированных закладных деталей (рис. 8.43). Выравнивание неточностей в размерах осуществлено с помощью накладок, приваренных к стенкам балок и к закладным деталям. Шаг балок 1,5 м. Плита перекрытая выполнена сталежелезобетонной. Совместность работы плиты с балками перекрытия достигается устройством ребер из полосовой стали, приваренных к верхним полкам балок. Эти ребра препятствуют смещению плит относительно балок, а кроме того, поддерживают арматурные сетки, расположенные около верхней грани плиты перекрытия.
Наружные стены размещены снаружи относительно подвесок, выполнены из панелей и присоединены к конструкциям перекрытий так, что допускаются деформации отдельных панелей, а тем самым и деформации всей стальной конструкции здания при действии нагрузок и при температурном воздействии.
При строительстве зданий такого типа необходимо помнить о том, что при увеличении нагрузки увеличиваются прогибы консольного оголовка и удлиняются подвески, поэтому все перекрытия монтируются со строительным подъемом (от 2 см на верхних этажах до 4 см на нижних) .

Монтаж перекрытий начинается с установки на вершине ядра консольного оголовка с помощью специального монтажного оборудования. Плиты перекрытий монтируются последовательно сверху вниз. При сравнении с монтажом зданий с традиционными конструкциями (т.е. снизу вверх) монтаж зданий с подвешенными этажами является более сложным, опасным и исключает возможность одновременного проведения других работ. Недостатком является также то, что наиболее тяжелый конструктивный элемент расположен в вершине здания (рис. 8.44).
Общий расход стали составил 417 т, из них 185 т израсходовано на конструкции оголовка. На рис. 8.45 представлен общий вид здания.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *