10618

65

На рис.3.6.2а, б приведены варианты компоновки несущих конструкций перекрытий в системе с центральным стволом.

Так как каждое высотное здание строго индивидуально, то особенности его объем- но-планировочного решения приводят к совершенно нестандартной компоновке балок в перекрытиях, но рациональной по расходу стали (см. [3, с. 134…135, рис. 4.11…4.12]).

В несущей части пола по стальным балкам в высотных зданиях эффективно применяются монолитные плиты из легкого бетона по стальному профилированному настилу, выполняющему одновременно роль опалубки, усиленному арматурой в виде стальных каркасов-шпонок, соединенных с настилом. Такие конструкции перекрытий имеют относительно небольшой вес, но увеличивают расход стали до 15…20 кг/м2.

Для удобства осмотра и ремонта оборудования и инженерных коммуникаций, установленных в перекрытиях, в полах и подвесных потолках применяют съемные панели.

Особенности компоновки каркаса по высоте здания

Пространственная композиция здания по высоте может оказывать различное влияние на работу конструкций каркаса от горизонтальных ветровых нагрузок:

–в зданиях с планом прямоугольной ступенчатой формы по высоте уменьшение поверхности в верхней части здания приводит к снижению

66

Рис. 3.6.1а, б, в, г, д, е

Варианты компоновки ячеек балочных перекрытий:

1 – главная балка (ригель);

2 – второстепенная балка;

3 – балка настила;

L1 – пролет главной балки; L2 – пролет второстепенной

балки; В2 – шаг второстепенных балок

67

Рис. 3.6.2 а. Вариант 1 компоновки перекрытия в системе с внутренним центральным стволом и внешними колоннами 1 – внешние колонны; 2 – главные балки между колоннами;

3 – главные балки от колонн до центрального ствола; 4 – второстепенные балки; 5 – центральный ствол;

6 – балки центрального ствола

1 - центральный ствол;

2 – горизонтальные связи;

3 – главные балки;

4 – второстепенные балки;

5 – колонны внешней пространственной рамы

Рис. 3.6.2 б. Вариант 2 компоновки перекрытия в системе с центральным стволом и внешней пространственной рамой

68

расчетных усилий и горизонтальных перемещений от нормативных ветровых нагрузок и сейсмических воздействий;

–в зданиях пирамидальной формы, в которых колонны имеют наклон внутрь каркаса внешних граней здания, существенно повышается горизонтальная жесткость. Так, при

tg α = 0,05 и отношении H зд Взд = 5...6 горизонтальные перемещения снижают-

ся на 25…30%;

– цилиндрическая форма здания по высоте обеспечивает меньшую поверхность сопротивления ветровому напору. В таких зданиях давление ветра снижается на 20…40% по сравнению с расчетными значениями для аналогичных зданий прямоугольной формы

[1, 4];

–здания эллиптической формы обладают теми же преимуществами, что и цилиндрические;

–треугольная призма со скошенными углами [4, рис.V,1, с.120; рис. VII.3.м, с.188] является еще одной эффективной конфигурацией высотного здания. Из построенных в форме такой призмы – 78этажное треугольное в плане здание [4, рис. VII.3, м], которое имеет открытые наружные колонны коробчатого сечения, расположенные с шагом 11,9 м и связанные коробчатыми ригелями в уровне каждого 3-го перекрытия, образуя внешнюю оболочку, и треугольный в плане внутренний ствол для инженерных коммуникаций (одновременно – ствол жесткости). Ствол жесткости имеет диагональные связи через три этажа с наружным контуром колонн, а верхняя пространственная рама связывает наружный контур колонн и верх ствола жесткости. Здание составлено из ряда 3- х этажных конструкций, в которых каждое третье перекрытие является основным и сопряжено с наружным контуром колонн. Вспомогательные перекрытия поддерживаются стволом жесткости и балками перекрытий вблизи наружного контура колонн.

Таким образом, в компоновке каркаса по высоте определяющая роль принадлежит

колоннам. Их общий вес по данным [3] может составлять до 60% общего веса здания. Поэтому окончательное решение о форме сечения колонн и типа профиля должно приниматься после анализа таких фактов, как:

–минимальный расход стали и минимальная занимаемая площадь колонн на этаже;

–минимальная трудоемкость изготовления;

–максимальная возможность типизации поперечных сечений колонн в пределах здания;

–простые узлы стыковки колонн по высоте, узлы изменения поперечных сечений;

–выбор марок сталей для колонн с учетом современных тенденций развития проката.

69

Другим не менее важным компонентом в компоновке каркаса по высоте здания являются основание и фундамент. Они воспринимают нагрузки (и усилия от них) от всего здания и оказывают решающее влияние на его надежность и эксплуатационную пригодность. Выбор фундаментов определяется инженерно-геологическими условиями площадки строительства, конструктивной схемой здания и схемой приложения и значениями нагрузок (усилий), а также эксплуатационными требованиями и другими ограничениями. Конструкции фундаментов высотных зданий выполняют в виде железобетонных плоских плит под всем зданием толщиной в пределах 1…3 м; железобетонных ребристых плит с меньшей толщиной плитной части и развитыми по высоте ребрами; коробчатых одно- и многоярусных. Глубина заложения фундамента зависит от геологических условий и архи- тектурно-конструктивных решений подземной части здания и может составлять 4…6 м (в отдельных случаях – 15…25 м).

В свайных фундаментах применяют сваи, заглубленные в материковый грунт: забивные, буронабивные: призменные и с уширенной пятой. Верхние концы свай объединяют ростверком, на который устанавливают общую монолитную плиту. Современные тенденции по проектированию фундаментов высотных зданий выражены в [11, с. 32] применении свайно-плитных фундаментов, снижающих осадки; в использовании надфундаментного пространства для гаражей, что является весьма удобным для жителей высотного дома и снижает экономические затраты на строительство отдельных гаражей вне территории высотного здания.

Из ограждающих конструкций важное значение отводится наружным стенам. Стены высотных зданий обеспечивают теплотехнические, санитарно-гигиенические и эстетические функции. Как правило, в каркасных высотных зданиях несущая способность стен обеспечивается в пределах одного этажа без участия их в общей работе несущей системы. Но наружные стены в пределах каждого этажа должны воспринимать собственный вес, ветер, температурные воздействия, передавая их на каркас здания. Это позволяет унифицировать стеновые ограждения, применять для них легкие материалы, улучшающие композиционные возможности для архитектурного оформления зданий. Для обеспечения пространственной надежности наружных стен высотных зданий от воздействия ветровых и сейсмических нагрузок используют стальные связи в форме вертикальных и горизонтальных рам. Как показано в [4], связевые системы для наружных стен могут быть двух типов:

–горизонтальные ячейки, повторяющиеся по всей высоте здания или частично;

–вертикальные связи в виде диагоналей, располагаемых по всей поверхности наружных стен. Для внутренних стен и перегородок применяют легкобетонные панели со сталь-

70

ным каркасом; металлические обшивки с внутренним тепло- и звукоизоляционным слоем.

Стены подвергаются неблагоприятным воздействиям вынужденных перемещений от горизонтальных деформаций каркаса здания, которые следует учитывать при их проектировании путем устройства швов из мягкого материала на стыках с потолками и полами, в вертикальных углах пересечений стен. Важное значение для высотных зданий имеют фасадные конструкции. Особенности проектирования и расчета фасадных конструкций связаны с ветровой нагрузкой. Различают глобальную ветровую нагрузку на фасад и локальную аэродинамическую. Локальная нагрузка, как отмечено в монографии [11, с.99…100], может достигать до 500 кгс/м2, в то время как глобальная – только до 150 кгс/м2. Поэтому оба вида ветровой нагрузки имеют значение для проектирования элементов крепления оконных проемов фасада и остекления переплетов. Таким образом, активное давление ветра с наветренной стороны на фасад и отрицательное давление на внутреннюю и их распределение на термостекла являются важным фактором для создания безопасного состояния застекленных окон от ветрового воздействия.

2.2.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Конструктивное решение высотного здания должно отвечать простоте и удобству монтажа, обеспечивая безопасность и высокую скорость подъема и установку в проектное положение монтажных элементов. При этом членение конструкций на монтажные элементы должно быть согласовано со способами монтажа и техническими возможностями монтажных механизмов.

Следует обращать особое внимание на обеспечение геометрической неизменяемости и устойчивости здания от опрокидывания как на стадии возведения, так и в период эксплуатации.

Основы расчета от опрокидывания высотного здания от ветровых и сейсмических нагрузок изложены в [4, с. 33…36].

Проектирование несущих и ограждающих конструкций высотных зданий следует вести в определенной последовательности:

–выбор конструктивной схемы здания, материалов для несущих и ограждающих конструкций, определение нормативных и расчетных нагрузок и воздействий;

–компоновка объемно-планировочного решения каркаса, выбор типов сечений элементов, заводских и монтажных соединений, типов узлов;

71

–создание КЭ-модели каркаса с начальными жесткостями и ее расчет на нормативные нагрузки с обеспечением горизонтальных перемещений требованиям норм путем варьирования жесткостями конечных элементов и типами узловых соединений в процессе повторных расчетов;

–определение усилий в элементах КЭ-модели от расчетных нагрузок и воздействий;

–проверка принятых сечений (жесткостей) элементов каркаса на прочность и устойчивость;

–проверка устойчивости здания в целом на опрокидывание;

–конструирование и расчет соединений и узлов;

–разработка чертежей в стадиях КМ и КМД.

Примечания:

1)В конструктивной схеме каркаса есть много возможностей для инженерного поиска рациональных решений, отвечающих следующим критериям:

–сокращение расхода стали;

–снижение трудоемкости изготовления;

–снижение трудоемкости монтажа;

–сокращение сроков возведения;

–общее снижение стоимости конструкций «в деле».

2)Сокращения расхода стали достигают несколькими способами:

–выбором рационального сочетания марок сталей для несущих конструкций, если это не приводит к увеличению стоимости;

–использование рациональных профилей проката;

–применение прогрессивных решений узлов соединений конструкций;

–вариацией статической схемой каркаса и ее КЭ-моделью по типам жесткостей для получения наилучшего распределения усилий в системе.

3)Более низкую трудоемкость изготовления и монтажа обеспечивают за счет:

–применения технологических заводских и монтажных соединений конструкций в узлах;

–целесообразной повторяемостью однотипных элементов;

–снижением числа вспомогательных деталей.

72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К РАЗДЕЛУ 2.2

1. Металлические конструкции : спец. курс : учеб. пособие для строит. вузов / Е. И. Беленя, Н. С. Стрелецкий, Г. С. Ведеников [и др.] ; под ред. Е. И. Беленя. – 3- е изд., перераб. и доп. – Москва : Стройиздат, 1991. – 687 с.

2.Россия высокая. История высотного строительства России / А. Броновицкая, Н. Броновицкая, Н. Васильев [и др.]. – Екатеринбург : TATLIN, 2014. – 180 с.

3.Ведяков, И. И. Стальные конструкции высотных зданий / И. И. Ведяков, Д. В. Конин, П. Д. Одесский. – Москва : АСВ, 2014. – 272 с.

4.Шуллер, В. Конструкции высотных зданий : пер. с англ. / В. Шуллер. – Москва : Строй-

издат, 1979. – 208 с.

5.СП 16.13330 – 2011. Стальные конструкции : актуализир. ред. СНиП II-23-81* : утв. 27.12.10 : введ. в д. 20.05.2011 / Минрегион России. – Изд. офиц., актуализир. ред. –

Москва : ЦПП, 2011. – 172 с. : ил.

6.ГОСТ Р 54257–2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования. – Введ. 01.09.2011. – Москва : Стандартинформ, 2011. – 12 с.

7.Расчет стальных конструкций : справ. пособие / Я. М. Лихтарников, Д. В. Ладыженский, В. М. Клыков. – 2- е изд. перераб. и доп. – Киев : Будивельник, 1984. – 368 с.

8.Металлические конструкции : учебник для студентов высш. учеб. заведений / Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьев [и др.] ; под ред. Ю. И. Кудишина. – 9- е изд. cтер. – Москва : Академия, 2007. – 688 с.

9.СП 20.13330.2011. – Нагрузки и воздействия : актуализир. ред. СНиП 2.01.07–85* / Минрегион России. – Изд. офиц., актуализир. ред. – Москва : ЦПП, 2011. – 78 с.

10.МГСН 4.19 –2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий – комплексов в городе Москве : утв. Правительством Москвы. –

Введ. 28.12.2005 // Вестник Мэра и Правительства Москвы. – 2006. – № 7.

11.Харитонов, В. А. Проектирование, строительство и эксплуатация высотных зданий : монография / В. А. Харитонов. – Москва : АСВ, 2014. – 352 с.

12.Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004 № 190 – ФЗ [Электронный ресурс] : [ред. от 28.12.2013]. – Режим доступа: КонсультантПлюс. Законодательство. ВерсияПроф.

73

Курсовой проект.

При выполнении курсового проекта работы студенты либо знакомятся с отчетом по экспертизе промышленной безопасности строительных конструкций объекта либо разрабатывают документы аттестации и аккредитации. Студенты выполняют обработку реальных протоколов испытаний и делают заключение промышленной безопасности по строительным конструкциям.

74

Колесов Александр Иванович, Ямбаев Иван Анатольевич

ДИАГНОСТИКА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным, практическим занятиям и выполнению курсового проекта

по дисциплине «Диагностика строительных конструкций» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование

зданий и сооружений (очная форма обучения, академическая магистратура)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru