Требования к каркасам и их элементам

КАРКАСНЫЕ СИСТЕМЫ промзданий

Общие положения

Каркасы (каркасные конструктивные системы) при­меняют для всех видов гражданских и промышленных зданий - жилых, административных, учебных, торговых, лечебных, производственных и т.д. Каркас является прак­тически единственной конструктивной системой, на осно­ве которой проектируются многоэтажные здания со зна­чительными свободными пространствами (крупными по­мещениями), а также с возможностью изменения со вре­менем внутренней планировочной структуры.

Отличительная черта каркасного здания - строгое деление элементов на несущие и ограждающие - позво­ляет применять для них наиболее соответствующие на­значению материалы: жесткие и прочные - для несущих; легкие, тепло- и звукоизоляционные - для ограждающих. Эффективное использование свойств различных матери­алов снижает массу зданий, затраты на строительство.

Понятия и определения

Каркас - несущая конструкция, представляющая со­бой систему соединенных между собой стержневых вер­тикальных (стойки, колонны) и горизонтальных (балки, ригели, фермы, плиты) элементов, воспринимающую си­ловые нагрузки и обеспечивающую прочность, жесткость и устойчивость здания в целом. Дополнительными эле­ментами каркаса могут быть стержневые элементы - свя­зи и плоскостные элементы - диафрагмы жесткости.

Колонна (стойка) - вертикальный стержневой эле­мент несущей системы, воспринимающий нормальные силы, а в многоэтажных зданиях, кроме того, - местные изгибающие моменты.

Ригель (балка) - горизонтальный стержневой эле­мент несущей системы, воспринимающий приложенные к перекрытиям вертикальные нагрузки и передающий их вертикальным элементам несущей системы.

Рама - плоская или пространственная стержневая часть несущей системы, элементы которой соединяются жесткими, шарнирными или упругоподатливыми узлами.

Диафрагма - плоская несущая конструкция, составная часть несущей системы. Диафрагмы могут быть вертикаль­ными в виде стен и горизонтальными в виде дисков.

Стена-диафрагма (диафрагма жесткости) - стена многоэтажного здания, воспринимающая горизонталь­ные и вертикальные нагрузки и передающая их через фундамент на основание.

Ядро жесткости - пространственная часть несущей системы, состоящая из диафрагм и имеющая поперечное сечение в виде открытого или замкнутого профиля.

Связь стержневая - наклонный несущий стержневой элемент (элементы), соединяющий вертикальный и гори­зонтальный элементы несущей системы и обеспечиваю­щий ее жесткость (геометрическую неизменяемость).

Диск перекрытия - горизонтальная диафрагма, спо­собная воспринимать усилия, действующие в горизон­тальной плоскости, и объединяющая вертикальные несу­щие конструкции в единую пространственную систему.

Стык - соединение сборных элементов здания.

Замоноличивание стыков сборных элементов - за­полнение швов, ниш, пространств между монтируемыми изделиями цементным раствором или бетоном.

Рамный каркас - вид каркаса, состоящего из жест­ко соединенных колонн и ригелей, образующих плоские и пространственные рамы, объединенные перекрытиями.

Связевый каркас - вид каркаса, состоящего из ко­лонн, шарнирно присоединенных к ним ригелей и систе­мы связей, в которые входят стержневые связи, диафраг­мы жесткости и диски перекрытий.

Рамно-связевый каркас - вид каркаса, состоящего из жестких рам и связей в виде вертикальных (наклонных) конструкций и дисков перекрытий, объединяющих рамы в единую пространственную конструкцию.

Безригельный каркас - вид каркаса, в котором от­сутствуют ригели, а перекрытия в общем случае работа­ют как плиты, опертые на отдельные опоры в виде колонн.

Классификация каркасов

По материалу основных элементов различают карка­сы: деревянные, металлические, железобетонные, ком­бинированные.

По этажности: одноэтажные, малоэтажные, много­этажные.

По величине пролетов: с малыми пролетами (до 6 м), с пролетами средней величины (6-12 м), большепро­летные (более 12 м).

По типу горизонтальных несущих конструкций карка­сы бывают: ригельные (балочные), безригельные (без­балочные), с фермами высотой в этаж (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Виды каркасов по типу горизонтальных несущих кон­струкций:

а - ригельный (балочный); б - безригельный (безбалочный); в - с фермами на высоту этажа; 1 - колонна (стойка); 2 - ригель (балка); 3 - плита; 4 – ферма

По расположению ригелей: поперек здания, вдоль здания, с перекрестным расположением (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Расположение ригелей каркасов: а - поперек здания; б - вдоль здания; в - перекрестное

По способу обеспечения пространственной жестко­сти каркасы подразделяются на следующие конструктив­но-статические типы: рамные, связевые, рамно-связевые (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Конструктивно-статические типы каркасов (схемы пла­нов и разрезов): а - рамный; б - связевый; в - рамно-связевый

По схеме расположения рам каркаса: каркасы с плоскими рамами, каркасы с пространственными ра­мами (в двух или трех вертикальных плоскостях).

По технологии возведения: каркасы сборные (дере­вянные, стальные, железобетонные), монолитные (желе­зобетонные) и сборно-монолитные

Требования к каркасам и их элементам

При проектировании каркасного здания необходим комплексный учет технологических, технических, эстети­ческих и экономических требований и условий.

Конструктивное решение каркаса должно отвечать монтажным требованиям - простоте, удобству, высокой скорости и безопасности монтажа, обеспечивая беспре­пятственный подъем и установку в проектное положение, быструю выверку и закрепление монтажных элементов. Членение конструкций на монтажные элементы и блоки должно быть приспособлено к проектируемому методу монтажа и техническим возможностям монтажных меха­низмов.

Одним из основных технических требований к каркас­ному зданию является обеспечение его необходимой же­сткости (геометрической неизменяемости). При недоста­точной жесткости многоэтажного (высотного) каркаса мо­жет нарушаться целостность внутренних перегородок и отделочных покрытий, осложняться нормальная работа лифтов, колебания здания могут быть чувствительны для людей. Необходимая жесткость обеспечивается, если го­ризонтальное смещение верха высотного здания от нор­мативной ветровой нагрузки не превышает 1/500 высоты здания.

К элементам каркаса предъявляются следующие ос­новные требования:

- высокая прочность материала элементов;

- технологичность индустриального производства изделий при их высокой тиражности;

- унификация элементов каркаса, позволяющая снизить трудоемкость изготовления и монтажа конструк­ций и стоимость строительства;

- универсальность узлов соединений конструктив­ных элементов;

- высокие технико-экономические показатели (по материалоемкости, стоимости, трудоемкости);

- высокие эстетические качества.

Каркасы железобетонные

Железобетонные каркасы предназначены для строи­тельства малоэтажных и многоэтажных гражданских (в том числе жилых) и промышленных зданий с норматив­ными нагрузками на 1 м² перекрытия от 3 до 30 кПа. Ве­личина нагрузки зависит от пролета ригеля, шага колонн, плит перекрытий, способа строительства, конструктив­ных особенностей каркасов.

Железобетонные каркасы подразделяются:

- по способу обеспечения пространственной жесткости на конструктивно-статические типы: рамные, связевые, рамно-связевые;

- по технологии возведения: сборные, монолит­ные, сборно-монолитные;

- по типу горизонтальных несущих конструкций: с балочными перекрытиями, безригельные, с перекрытия­ми по фермам (в том числе высотой в этаж).