Проектирование каркасных зданий

Каркасные здания

Каркасные здания образуются из линейных элементов - колонн и ригелей, а также из плоских элементов плит, опирающихся на ригеля (балки) или непосредственно на колонны. Каркасные системы могут включать связевые элементы, воспринимающие горизонтальные нагрузки: линейные или пространственные с различной кофигурацией.

Каркасные здания делятся на следующие виды:

- шарнирная система каркаса образуется из линейных элементов, соединенных между собой шарнирными узлами, и плит, опирающихся на ригели. Без связевых элементов не применяется;

- рамная системы каркаса отличается от шарнирной тем, что узлы соединения между линейными и плоскими элементами не шарнирные, а рамные (жесткие) способные воспринимать изгибающие моменты;

- связевая система каркаса, представляющая собой шарнирный каркас, в который включены линейные или плоские связевые элементы, образующие единую несущую систему. Здесь плиты, опирающиеся на как на балки так и на колонны, должны представлять собой жесткие диски размером на этаж, чтобы быть способными передавать горизонтальные нагрузки на связевые элементы;

- рамно-связевая система отличается от связевой тем. что узлы соединения между линейными элементами или между линейными и плоскими элементами - рамные;

- ствольные системы. Ствол (ядро) системы - это пространственный несущий элемент, заделанный в фундамент, имеющий различную конфигурацию с открытым или закрытым контуром сечения. Открытые контуры сечения имеют меньшую изгибную и крутильную жесткости.

Ствольные системы могут быть следующих видов:

- ствольно-бескаркасная система. Здесь ствол как связевый элемент включается в бескаркасное здание из горизонтальных и вертикальных плоских элементов, образуя единую несущую систему;

- ствольно-каркасная система. Такая система может рассматриваться как связевая или рамно-связевая системы с пространственным связевым элементом;

- ствольная система с подвешенными этажами. Тут на ствол передаются сверху с помощью специального оголовника вся вертикальная нагрузка от этажей, а горизонтальная нагрузка передается на ствол на уровне каждого этажа;

- ствольная система с консольными этажами. Отличается от предыдущего тем. что здесь отсутствует оголовник и нагрузка передается непосредственно на ствол;

- ствольно-ячеистая система из отдельных стволов, образуя единую систему ячеек, сблокированных в единую систему. Нагрузка передается через плиты, находящиеся внутри ячеек: вертикальные поэтажно, а горизонтальные - ячеистой системой в целом.

Расчет каркасных зданий производится по требованиям СНиП РК 2.03-30-2006 (пункт 4.5).

В каркасных одноэтажных зданиях для восприятия сейсмических нагрузок могут применяться:

- каркас с колоннами, защемленными в фундаментах и шарнирным опиранием пролетных конструкций;

- каркас с шарнирным опиранием рамных конструкций на фундаменты (как правило стальной каркас).

В районах сейсмичностью 7 и 8 баллов допускается применение каркасов с безбалочными бескапительными перекрытиями, при высоте зданий соответственно не более 3 и 2 этажей.

В районах сейсмичностью 7 баллов, при высоте зданий не более 2 этажей, допускается применение неполного каркаса с опиранием крайних ригелей на стены из кирпичной или каменной кладки.

Жесткость сборных перекрытий должна обеспечиваться следующими конструктивными мероприятиями:

тип 1. Швы между плитами заполняются раствором ≥М100 или мелкозернистым бетоном. Плиты соединяются обвязками по верху ригелей. Обвязки армируются по промежуточным рядам колонн плоскими каркасами, а по крайним рядам колонн – пространственными каркасами;

тип 2. То же что и для типа 1, но кроме того предусматривается устройство по верху перекрытия монолитного слоя толщиной 50мм из мелкозернистого бетона класса не ниже В15, армированного сеткой из проволоки диаметром 3-4мм с ячейкой не более 250х250мм;

тип 3. плиты укладываются с раздвижкой не менее 120мм. Между плитами предусматривается установка арматурного каркаса с четырьмя продольными стержнями d=10мм и поперечной арматурой d≥6мм и шагом 250мм, которые анкерятся в обвязке. Бетоне монолитных участков ≥В15;

тип 4. То же что и для типа 3, но кроме этого устраивается по верху монолитный слой как в типе 2.

В каркасных зданиях с диафрагмами жесткости последние должны располагаться на всех этажах. Допускается убывающая жесткость диафрагм по высоте здания.

Расстояния между диафрагмами, в зависимости от типов междуэтажных перекрытий должны приниматься не более:

для перекрытий типа 1 - 9м;

типа 2 и 3 - 15м;

типа 4 - 18м.

В каркасных зданиях с ядрами жесткости последние должны располагаться симметрично относительно центральных осей здания. Для площадок с сейсмичностью 9 и 10 баллов количество ядер жесткости должно приниматься не менее двух на каждый отсек здания. В ядрах жесткости обычно совмещаются с лифтовыми шахтами, лестничными клетками. Междуэтажные перекрытия и покрытия рекомендуется выполнять из монолитного железобетона. Соединения перекрытий с ядрами жесткости должны обеспечивать совместную работу всех элементов конструктивной схемы. В качестве ограждающих в каркасных зданиях применяют облегченные стеновые панели, кирпичное и легкобетонное заполнение стен.

Кирпичное заполнение может участвовать в работе каркаса или нет. Оно рассчитывается как диафрагма на сейсмические нагрузки, составляющие не менее 25% от общей сейсмической нагрузки на здание. Прочность сцепления такой кирпичной кладки по неперевязанным швам должна быть не менее 120кПа (1,2 кгс/см²). Если кирпичная кладка не учитывается в работе как диафрагма, то значение расчетной сейсмической нагрузки на каркас определяется с повышающим коэффициентом 1,2. Прочность сцепления таких кладки таких стен по неперевязанным швам должна составлять не менее 60кПа.

Применение самонесущих стен из каменной кладки допускается при шаге колонн не более 6м. Самонесущие стены должны иметь связи с каркасом, не препятствующие горизонтальным смещениям каркаса вдоль стен.

Лекция 27, 28