Полная версия

Главная arrow Строительство

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

НЕСУЩИЕ СИСТЕМЫ КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

ЗДАНИЙ

Типы конструктивных систем высотных зданий

В современном высотном строительстве применяют различные варианты компоновок конструктивных систем. При этом, несмотря на значительный мировой опыт строительства, не выработаны единые правила выбора конструктивных решений, ограждающих конструкций и материалов. Отсутствует не только международная систематизация конструктивных схем высотных зданий, но она не разработана и в отдельно взятых странах [И; 14].

Из анализа конструктивных схем высотных зданий можно предположить, что все конструктивные системы можно разделить на три категории (в зависимости от того, где сосредоточиваются несущие элементы - см. рис. 3.1): стеновые, каркасные, смешанные (каркасно-стеновые). Каркасные системы можно разделить на рамно-каркасные, каркасные с диафрагмами жесткости, каркасно-ствольные, каркасно-оболочковые. Стеновые системы можно разделить на схемы с параллельными стенами, с перекрестными стенами и коробчатые (оболочковые). Смешанные системы включают в себя отдельные признаки разных систем; к ним можно отнести каркасно-ствольные, каркасно-оболочковые и коробчато-ствольные [10].

Большинство высотных зданий в настоящий момент строится по каркасным или смешанным системам.

Здания высотой более 250 м часто выполняют с применением ствольной (ядровой) конструктивной системы: «труба в трубе» и «труба в ферме». Эта конструктивная схема состоит из центрального ствола (ядро жесткости), который принимает на себя основную долю нагрузок, и периметральных несущих элементов: отдельных стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, которые можно объединить в единую конструкцию. Жесткость, устойчивость и надежность такой системы обеспечиваются заделкой центрального ствола в фундамент.

Основные схемы конструктивных систем

Рис. 3.1. Основные схемы конструктивных систем: а - рамно-каркасная; б - каркасно-диафрагмовая; в - каркасно-ствольная (ядровая); г - коробчато-ствольная (ядрово-оболочковая); д - каркасно-ствольная; е - коробчатая (оболочковая); ж - перекрестно-стеновая

Если жесткости простой конструктивной системы недостаточно, применяют комбинированную систему. Например, при комбинации ствольной и стеновой систем горизонтальные нагрузки передаются с внешней оболочки и на центральный ствол (ядро жесткости), и на внутренние несущие стены. Комбинированная конструктивная система позволяет распределять доли воспринимаемых усилий на различные конструкции за счет варьирования жесткости несущих элементов остова.

Иногда в зданиях высотой 300 м и более на верхних этажах устраивают пассивные маятниковые демпферы [17]. Например, в небоскребе Taipei 101 установлен такой демпфер. Он имеет шарообразную форму, вес его около 700 т, он подвешен на 16 стальных тросах между 87 и 91 этажами. Шар выполнен из отдельных стальных пластин (41 шт.) Движения этого гигантского маятника сдерживают 8 демпферов и масляные амортизаторы. Они поглощают и рассеивают энергию колебаний. Еще два гасителя (по 7 тонн каждый) и сложная система амортизирующих пружин находятся в шпиле здания. Демпферная система воспринимает на себя инерционные колебания. Обычно демпфер обеспечивает отклонение верха здания в пределах до 10 см, а при катастрофических воздействиях (тайфуны, землетрясения и т. п.) демпфер раскачивается с амплитудой до 1,50 м, и здание при этом колеблется в безопасных пределах. Ограничивает движения маятника кольцо-буфер с дополнительными демпферами.

Тем не менее как для высотных, так и для обычных зданий основные несущие элементы и конструкции решаются исходя из одних и тех же принципов: все они образуют прочный, жесткий и устойчивый остов здания [4; 5; 14]. Основные несущие элементы делятся на три группы:

Линейные элементы:

- колонны и балки (воспринимают осевые и изгибающие усилия).

Плоские элементы:

  • - стены сплошные (с проемами) или решетчатые (воспринимают осевые и изгибающие усилия);
  • - плиты сплошные или ребристые, поддерживаемые каркасом (воспринимают нагрузки в плоскости, перпендикулярной плите).

Пространственные элементы:

- стволы (ядра жесткости) и контурные оболочки, объединяющие конструкции здания для обеспечения их работы как единого целого.

Комбинации этих основных элементов образуют конструктивную схему здания. Количество их возможных сочетаний в конструктивных схемах неограниченно [4; 5; 9; 11; 14; 15]. Наиболее распространенные конструктивные схемы приведены в табл. 3.1. При этом необходимо учесть, что здания чисто стеновой системы обычно имеют высоту до 20 этажей.

Таблица 3.1

Конструктивные системы здания

п/п

Схема

Характеристики

1

Бескаркасная с параллельными несущими стенами

Эта система состоит из плоских вертикальных элементов, которые пригру- жены собственным весом, и поэтому способны эффективно воспринимать горизонтальные воздействия. Система параллельных стен широко применяется для жилых зданий, которые не требуют устройства больших свободных объемов и в которых нет необходимости устраивать специальные стволы жесткости для систем инженерного оборудования

2

Ствольная с наружными стенами-диафрагмами

Плоские вертикальные элементы образуют наружные стены ствола здания. Это позволяет устраивать открытые внутренние объемы, величина которых зависит от пролетов, перекрываемых плитами перекрытий. В стволах размещаются системы инженерного оборудования и вертикального транспорта, а сами стволы повышают жесткость здания

п/п

Схема

Характеристики

3

Коробчатая (объемно-блочная)

Здания объемно-блочной (коробчатой) схемы образуются из трехмерных блоков высотой на этаж, которые напоминают здания с несущими стенами, когда они смонтированы и соединены друг с другом. На рисунке показана система, в которой блоки собираются как кирпичи в кладке, в результате чего имеем перекрестную систему несущих стен-балок

4

С консольными перекрытиями в уровне каждого этажа

Опирание системы перекрытий на центральный ствол жесткости допускает создание свободного от колонн пространства. При этом размеры здания ограничены несущей способностью плит. Такое решение требует применения сталей с высокими механическими характеристиками, особенно при больших вылетах плит перекрытий. Жесткость плит может быть увеличена с помощью предварительного напряжения

Продолжение табл. 3.1

п/п

Схема

Характеристики

5

Каркасная с безбалочными плитами перекрытия

Обычно такая горизонтальная плоская конструкция состоит из железобетонных панелей одинаковой толщины, опирающихся на колонны. При любом решении система не имеет высоких балок и, таким образом, допускает минимальную высоту этажа

6

С консолями высотой на этаж в уровне каждого второго этажа

Консольные решетчатые конструкции высотой на этаж устраиваются через один этаж. Пространство внутри решетчатых конструкций этажа обычно используется для определенных (с фиксированным оборудованием) операций, а полностью свободное пространство между решетчатыми конструкциями может быть предназначено для любых видов деятельности

п/п

Схема

Характеристики

7

С подвешенными этажами

Такая система предполагает эффективное использование материала при применении вместо колонн подвесок, воспринимающих нагрузки от перекрытий. Несущая способность сжатых элементов обычно снижается в связи с продольной устойчивостью, в то время как несущая способность растянутых элементов используется полностью. Подвески передают вертикальную нагрузку на консольные оголовки, установленные на центральном жестком стволе

8

С фермами высотой на этаж, расположенными в шахматном порядке

Фермы высотой на этаж размещаются таким образом, что каждое перекрытие здания опирается на верхний пояс одной фермы и нижний пояс следующей фермы. Кроме восприятия вертикальных нагрузок такая компоновка ферм снижает до минимума требования к системе горизонтальных связей, так как ветровые нагрузки передаются полками ферм и плитами перекрытий

Продолжение табл. 3.1

п/п

Схема

Характеристики

9

Рамно-каркасная

Жесткие узлы сопряжения линейных элементов позволяют создать вертикальные и горизонтальные диски жесткости. Вертикальные диски образуются колоннами и ригелями в основном с прямоугольной сеткой (жесткими рамами). Аналогичная сетка продольных и поперечных ригелей создает горизонтальные диски. Важнейшими факторами для создания пространственной жесткости остова здания являются высота этажа и шаг колонн. Пространственная жесткость зависит от несущей способности и жесткости отдельных колонн, ригелей и узлов стыков

10

Каркасно-ствольная (ядровая)

Жесткая рама воспринимает горизонтальные нагрузки при работе ее элементов преимущественно на изгиб. Такая схема деформирования приводит к большим горизонтальным перемещениям зданий определенной высоты. Однако введением ствола жесткости можно существенно увеличить боковую жесткость здания за счет взаимодействия рамного каркаса со стволом. В стволах размещают системы инженерного оборудования и вертикального транспорта

п/п

Схема

Характеристики

11

Каркасная с решетчатыми диафрагмами жесткости

Сочетанием жестких (или шарнирных) рам с вертикальными решетчатыми диафрагмами, работающими на сдвиг, можно добиться существенного повышения несущей способности и жесткости здания. При проектировании может считаться, что каркас воспринимает вертикальные нагрузки, а вертикальные решетчатые диафрагмы - горизонтальные (ветровые) воздействия

12

Каркасная с решетчатыми горизонтальными поясами и решетчатым стволом жесткости

Горизонтальные решетчатые пояса связывают наружные колонны со стволом и тем самым уменьшают степень раздельной работы рамного каркаса и ствола. Система связей называется венчающей сквозной конструкцией в случае расположения горизонтального пояса наверху здания и поясной конструкцией при размещении их в нижней части здания

Окончание табл. 3.1

п/п

Схема

Характеристики

13

Коробчато-ствольная (труба в трубе)

Наружные колонны и балки располагаются достаточно близко друг от друга, и каркас наружных стен превращается в оболочку с проемами. Все здание работает как полая трубчатая конструкция, консольно заделанная в грунт. Центральный ствол (труба) увеличивает жесткость здания, воспринимая горизонтальные нагрузки вместе с наружной коробкой (трубой)

14

Много секционная коробчатая

Здание такой конструктивной схемы выполняется сблокированным из отдельных секций, решенных по коробчатой схеме (пучок труб). Горизонтальные нагрузки воспринимаются как наружной стеновой коробкой, так и межсекционными стенами. В этом случае повышение жесткости системы очевидно. Такое решение допускает строительство зданий очень большой высоты и с большим открытым пространством междуэтажных перекрытий

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>