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).