Конструктивные решения железобетонных монолитных зданий

5.3 Конструктивная система (далее - КС) здания представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструктивных элементов, обеспечивающих его прочность, устойчивость и необходимый уровень эксплуатационных качеств.

5.4 Несущая КС монолитного железобетонного здания состоит из фундамента, опирающихся на него вертикальных несущих элементов (колонн и стен) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных элементов (плит перекрытий и покрытия).

5.5 В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на (рис. 5.1, а, б, в):

- колонные, где основным несущим вертикальным элементом являются колонны;

- стеновые, где основным несущим элементом являются стены;

- колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 - стены

Рисунок 5.1 - Фрагменты планов зданий

Нижние этажи часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

5.6 В зависимости от инженерно-геологических условий, нагрузок и проектного задания фундаменты выполняют в виде отдельных плит переменной толщины под колонны (рис. 5.2, а), ленточных плит под колонны и стену (рис. 5.2, б) и общей фундаментной плиты по всей площади конструктивной системы (рис. 5.2, в). При большой толщине плит применяют более экономичные, чем сплошные, ребристые и коробчатые плиты (рис. 5.2, г, д). При слабых грунтах устраивают свайные фундаменты.

а - отдельный; б - ленточный; в, г, д - плитные: сплошной, ребристый и коробчатый

Рисунок 5.2 - Фундаменты

5.7 Колонны могут иметь поперечное сечение квадратное, прямоугольное, круглое, кольцевое, уголковое, тавровое и крестовое (рис. 5.3, а - ж).

а - квадратное; б - круглое; в - кольцевое; г - прямоугольное; д - уголковое; е - тавровое; ж -крестовое

Рисунок 5.3 - Поперечные сечения колонн

5.8 Несущие стены в плане могут быть отдельно стоящими (рис. 5.1, в); продольными и поперечными; перекрестными (рис. 5.1, б), образующими вертикальные тонкостенные стержни открытого и замкнутого сечений.

5.9 Плиты перекрытий в колонных КС бывают:

- безбалочные в виде гладкой плиты (рис. 5.4, а); плиты с капителями (рис. 5.4, б); плиты гладкие или с капителями и с контурными балками по периметру здания;

- с межколонными балками в одном (рис. 5.5, а, б) и в двух направлениях (рис. 5.5, в, г).

5.10 Плиты перекрытий в колонных КС с балками и в стеновых КС бывают:

- сплошные, пустотные и ребристые, если балки и стены водном направлении (рис. 5.5, а, б);

- сплошные, кессонные пустотные и ребристые, если балки и стены в двух направлениях (рис. 5.5, в г);

- ребристые с ребрами вверх для устройства плавающего пола и получения гладкого потолка, укладки звукоизоляции и инженерных коммуникаций (рис. 5.5, а).

а - гладкая плита; 6 - плита с капителями

Рисунок 5.4 - Безбалочные перекрытия

а, б - балки и стены в одном направлении; в, г - балки и стены в двух направлениях;

1 - колонны; 2 - балки или стены; 3 - плита сплошная или пустотная; 4 - плита сплошная или пустотная кессонная;

5 и 6 - ребра и полки ребристой и кессонной плит

Рисунок 5.5. - Плиты перекрытий в колонных КС с балками и в стеновых КС

5.11 Ограждающие наружные стены бывают:

- несущие, передающие временную и постоянную нагрузки с этажей и собственный вес стены непосредственно на фундамент;

- самонесущие, передающие непосредственно на фундамент только собственный вес стены;

- ненесущие, опирающиеся в пределах этажа на перекрытия или вертикальные несущие элементы КС и непосредственно не передающие нагрузку на фундамент.

5.12 Конструктивные схемы в стеновых КС определяются взаимным расположением стен, а в колонных КС - взаимным расположением межколонных балок (рис. 5.5) относительно поперечных и продольных осей здания. Схемы бывают поперечные, продольные и перекрестные. В реальных монолитных зданиях конструктивные схемы обычно перекрестные (рис. 5.5, в, г; 6.2, а). Чисто поперечные и продольные схемы (рис. 6.1, б, в) рассматриваются при разделении пространственной КС на две независимые (рис. 6.1, б, в и 6.2, б, в) с целью упрощения расчетов.

5.13 Горизонтальные нагрузки перераспределяются дисками перекрытий между защемленными в фундаменте вертикальными опорными консольными конструкциями (устоями) в виде:

- пространственных рам в колонных КС;

- стен в двух направлениях и образуемых стенами тонкостенных стержней открытого и замкнутого профилей в стеновых КС;

- пространственных рам, стен и тонкостенных стержней в смешанных КС.

Устои в КС воспринимают все горизонтальные и вертикальные нагрузки.

5.14 В колонных КС стыки пространственных рам-этажерок считаются жесткими при наличии капителей в плитах или вутов в главных балках. Стыки колонн с гладкой плитой или балками являются условно жесткими. После образования в стыках колонн наклонных трещин, их податливость еще более возрастает. Податливость стыков учитывают введением коэффициентов, понижающих изгибную жесткость элементов.

5.15 В многоэтажных зданиях наиболее часто применяют смешанные колонно-стеновые КС.

Стеновые, особенно перекрестные, КС обладают большей жесткостью и большим сопротивлением горизонтальным и вертикальным нагрузкам и потому более подходят для высоких зданий.

5.16 Несущие конструктивные системы могут быть регулярными, с одинаковым шагом колонн и стен по длине, ширине и высоте здания, или нерегулярными в плане и по высоте здания.

5.17 Нерегулярную несущую конструктивную систему рекомендуется проектировать таким образом, чтобы центр жесткости и центр масс конструктивной системы были как можно ближе к месту расположения равнодействующей вертикальной нагрузки.

5.18 Несущую конструктивную систему рекомендуется проектировать таким образом, чтобы вертикальные несущие элементы (колонны, стены) располагались от фундамента один над другим по высоте здания, т.е. были соосными. В тех случаях, когда колонны и стены не выполняются по одной оси, под «висячими» колоннами и стенами следует предусматривать устройство ребер жесткости и балок-стенок.

5.19 Конструктивную систему зданий рекомендуется разделять осадочными швами при различной высоте здания, а также в зависимости от длины здания - температурно-усадочными швами. Требуемые расстояния между температурно-усадочными швами по длине здания следует устанавливать расчетом. На период строительства возможно устройство временных деформационных швов, которые потом ликвидируются.

5.20 При проектировании несущих конструктивных систем следует стремиться к простым техническим решениям, в наибольшей степени обеспечивающим прочность и жесткость конструктивной системы: симметричным в плане и одинаковым по высоте, с регулярным расположением вертикальных несущих элементов в плане и по высоте, без больших консолей и проемов в плане и по высоте здания и т.п.

5.21 Отдельностоящие высокие здания рекомендуется выполнять ширококорпусными: круглыми, овальными, квадратными или прямоугольными с небольшим соотношением длинной и короткой сторон для снижения ветрового давления и затрат на отопление.

5.22 Секции здания разной высоты должны быть разделены деформационными швами. Не рекомендуется устраивать подземный гараж и стилобат, выступающие за пределы площади высокой части здания.

а - общая схема; 6 - поперечная схема; в - продольная схема;

1, 4 и 2, 3 - две крайние и две средние поперечные рамы; 5, 7 и 6 - две крайние и средняя продольные рамы; l ₁, l ₂, l ₃ - шаги поперечных рам; b ₁, b ₂ - шаги продольных рам

Рисунок 6.1 - План типового этажа здания с регулярной колонной КС

а - общая схема; б - поперечная схема; в - продольная схема;

1, 2 - наружные и внутренние поперечные стены; 3, 4 - наружные и внутренние продольные стены; 5 - участки примыкающих стен перпендикулярного направления

Рисунок 6.2 - К расчету стеновой конструктивной системы