Полная версия

Главная arrow Строительство

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Сравнение систем несущих конструкций высотных зданий

зданий

На рис. 4.30 приведены разные конструктивные схемы высотных зданий и показано, что каждая схема экономически целесообразна для зданий определенной высоты или отношений высоты к ширине. В качестве начальной точки отсчета на этих рисунках приняты здания высотой 20 этажей (около 60 м). Конструктивные решения из стали и железобетона рассмотрены отдельно. Определенные высоты, указанные для разных схем, не следует считать абсолютными. Так, 102-этажное здание Эмпайр Стэйт Билдинг, характеризуемое совместной системой жесткого каркаса и стен-диафрагм, отмечено как здание, применимое для высот менее 40 этажей. График построен в порядке экономической эффективности по расходу материалов на 1 м2 (вес несущих конструкций всего здания, поделенный на общую полезную площадь).

График экономической эффективности по расходам материалов

Рис. 4.30. График экономической эффективности по расходам материалов: а - каркас; б - стена-диафрагма; в - каркас и стены-диафрагмы; г - наружная безраскосная решетчатая коробка; д - коробка с центральным стволом; е - многосекционная коробка; ж - безраскосная решетчатая коробка с внутренними стенами-диафрагмами; з - фермы в шахматном порядке; и - каркас с жесткими узлами; к - каркас и стены-диафрагмы; л - решетчатые пояса; м - безраскосная решетчатая коробка; н - раскосная решетчатая коробка с внутренними колоннами; о - многосекционная коробка; п - мегасистема в виде наружной раскосной решетчатой

коробки

Здания низкой и средней этажности обычно рассчитываются на вертикальные нагрузки, а затем проверяются при горизонтальных воздействиях. Высотные здания значительно в большей степени подвержены горизонтальным воздействиям. На рис. 4.31 приведен рост расхода материалов для пятипролетного здания со стальным каркасом. В зависимости от вертикальных нагрузок вес здания увеличивается почти линейно с ростом числа этажей. Однако расход материалов при восприятии горизонтальных нагрузок возрастает со значительно большей скоростью. Пунктирная линия показывает результат совместного учета вертикальных и ветровых или сейсмических нагрузок.

Расход материалов несущих конструкций на 1 мплощади перекрытий

Рис. 4.31. Расход материалов несущих конструкций на 1 м2 площади перекрытий: 1 - при применении оптимальных конструктивных систем; 2 - колонны (стены); 3 - несущие элементы перекрытий; 4 - материалы, расходуемые на восприятие горизонтальных нагрузок; 5 - материалы, расходуемые на восприятие вертикальных нагрузок;

6 - материалы, расходуемые на обеспечение прочности при вертикальных и горизонтальных нагрузках

Следующий пример иллюстрирует нецелесообразность использования принципа жесткого каркаса (расход стали около 268 кг/м2) для 90-этажного здания по сравнению с коробчатой системой (например, для здания Стандард Ойл Бнлдинг в Чикаго расход стали 166 кг/м2). Наиболее эффективным является конструктивное решение, для которого суммарные напряжения от ветра и вертикальных нагрузок превышают напряжения от вертикальных нагрузок не более чем на 33 %.

Удельный расход материалов для некоторых наиболее характерных схем высотных зданий приведен в табл. 4.5. Система в виде рам и стен-диафрагм здания Эмпайр Стэйт Билдинг далека от оптимального решения, поскольку расход стали 206 кгс/м2 достаточно велик по сравнению с 145 кгс/м2 для коробчатой системы Джон Хэнкок Сентер. Еще больший контраст наблюдается между 60-этажным зданием Чэйз Манхэттен Билдинг с расходом 268 кгс/м2 и немного меньшим по высоте 54-этажным зданием IDS Билдинг, имеющим расход только 87 кгс/м2. Здание Чэйз Манхэттен Билдинг представляет собой большепролетную жесткую раму, в которой для восприятия горизонтальных ветровых нагрузок требуются ригели развитого сечения. Эффективность конструкций IDS Билдинг обусловлена использованием системы с решетчатыми поясами жесткости.

Таблица 4.5

Удельный расход материалов высотных зданий

Год

Число

этажей

Отношение высоты к ширине

Расход

металла,

кгс/м2

Здание

1930

102

9,3

206

Эмпайр Стэйт Билдинг, Нью-Йорк

1968

100

7,9

145

Джон Хэнкок Сентер, Чикаго

1972

110

6,9

180

Уорд Трэйд Сентер, Нью- Йорк

1974

109

6,4

161

Сирс энд Роенбук, Чикаго

Окончание табл. 4.5

Год

Число

этажей

Отношение высоты к ширине

Расход

металла,

кгс/м2

Здание

1963

60

7,3

268

Чейз Манхэттен, Нью- Йорк

1969

60

5,7

185

Фест Нэшинл Бэнк, Чикаго

1971

64

6,3

146

US Стил Билдинг, Питтсбург

1971

57

6,1

87

IDS Сентер, Миннеаполис

1957

42

5,1

137

Сигрэм Билдинг, Нью- Йорк

1970

41

4,1

102

Бостон и К0 Билдинг, Бостон

1965

30

5,7

185

Сивик Сентер, Чикаго

1969

26

4

127

Алкоа Билдинг, Сан- Франциско

1971

10

5,1

30,7

Лоу Инкам Хаузинг, Броктон, Массачусетс

Несопоставимость расходов стали необязательно свидетельствует о недостатках конструктивного решения. Например, для здания Сивик Сентер в Чикаго израсходовано почти вдвое больше стали, чем для других зданий подобной высоты. Но для этого здания необходимо было выполнить функциональные требования к размерам и расположению внутренних помещений. Поэтому пролет ригелей был принят равным 26,5 м, а высота намного превышала обычную (общая высота 30 этажей равнялась 195 м).

Здания, предназначенные исключительно для административных целей, имеют большие нагрузки и значительную высоту этажа 3,65-4,3 м. В случае использования части административного здания под жилые помещения нагрузки снижаются, и высоты этажей принимаются меньшими: 2,75-3,35 м.

Анализируя разнообразные конструктивные решения, можно выбрать оптимальную схему для любого типа здания.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>