Структура зданий и их основные конструктивные решения

При всём разнообразии зданий общественного назначения по структурному решению они подразделяются на здания ячейковой структуры, зальной и комбинированной (когда в одном объёме скомпонована и ячейковая и зальная структуры).

Здания ячейковой структуры

Это те здания, когда единовременно в здании находится большое количество людей, но размещены они все в помещениях малых объемов, в ячейках. Сюда относятся лечебные, учебные, административные и торговые учреждения и предприятия. Сама структура - ячейковость помещений определяет подбор основных несущих конструкций. Это здания с несущими стенами или каркасные здания с сеткой колонны 6x6, 6x3x6, 6x9, или 9x9 при высоте от 2х и более этажей. Первый вариант конструктивного решения - здания с несущими стенами - рассматривался ранее в курсовой работе по дисциплине "Основы архитектуры и строительных конструкций". Целью настоящей курсовой работы является проработка конструктивных решений каркасных систем. Для курсового проекта предлагаются, как правило два типа каркасов: рамно - связевой, переросший в ствольную систему каркаса, и связевой. Узлы каркасов шарнирные. Для этих каркасных систем характерна регулярная сетка колонн с их центральной привязкой к разбивочным осям здания и наличие диафрагм жесткости, обеспечивающих каркасу устойчивость и геометрическую неизменяемость. Но именно диафрагмы жесткости определяют различие этих двух систем каркаса. Рамно-связевая система каркаса. Схема сетки колонн, привязка их к разбивочным осям и расположение диафрагм жесткости приведены на рис.1.

Рис.1. Схема элементов рамно-связевого каркаса: а - варианты компоновки пространственных диафрагм жесткости; б - планировочные решения зданий с пространственными ядрами жесткости (ствольная система каркаса).

 

Жесткость каркаса рамно - связевой системы обеспечивают пространственные диафрагмы, поставленные по расчету или при небольшой этажности и объеме здания допустима их установка по схеме, показанной на рисунке. Каждая из диафрагм устанавливается на собственный фундамент, жестко крепится к колоннам и идет на всю высоту здания. Такая схема размещения диафрагм, жесткой складкой, существенно затрудняет планировку помещений. Кроме того при повышении этажности наблюдается значительный перекос (депланация) вертикальных панелей, в силу чего высота зданий ограничена 16-ю этажами. Но если жесткие складки сдвинуть в центр здания, то они образуют пространственное ядро жесткости, а остальная площадь здания будет свободна от диафрагм. Такое решение резко увеличило возможности каркаса, а система получила название "ствольной". Эта система обеспечивает каркасу жесткость при одновременной свободе планировки здания и дает возможность неограниченно повышать этажность. В центре ствола жесткости рекомендуется размещать все помещения, которым необязательна естественная освещенность (лестничные клетки, лифтовые шахты, санитарные узлы, и т.п.), что предоставляет дополнительную возможность естественного освещения для главных помещений. В результате такая система получила широкое распространение особенно с использованием монолитных железобетонных перекрытий. Связевая система каркаса. Эта система сохраняет туже сетку колонн, а расстановка диафрагм жесткости принципиально отличается от ранее рассмотренной системы. Здесь используются два типа диафрагм: вертикальные и горизонтальные. количество вертикальных диафрагм в каждом конкретном каркасе определяется расчетом, но в зданиях небольшого объема допустима их конструктивная установка, как показано на рис.2. Если диафрагмы совместить со стенами лестничных клеток, то они практически не затрудняют планировку помещений. как и в рамно - связевом каркасе каждая из диафрагм устанавливается на собственный фундамент, жестко крепится к колоннам каркаса и идёт на всю высоту здания.

Установка только вертикальных диафрагм не обеспечивает каркасу необходимую жесткость. Поэтому в этой системе устраиваются и горизонтальные диафрагмы. Они представляют собой поэтажные перекрытия, жесткость которых в направлении ригелей обеспечена самими ригелями, а в поперечном к ригелям направлении жесткость перекрытий обеспечивается связевыми панелями, устанавливаемыми вдоль всех осей зданий, включая крайние, где ставятся связевые пристенные панели. Вариант раскладки панелей перекрытия связевого каркаса показан на рис.3.

Рис.2. Монтажная схема элементов связевого каркаса и вертикальных диафрагм жесткости. а - привязка колонн и ригелей к разбивочным осям; б - узел опирания ригеля на колонну.

Рис.3. Схема раскладки плит перекрытия каркаса и детали крепления связевых плит перекрытий, опирающихся на ригель и на диафрагму жесткости.

Здесь же показан узел опирания панелей на ригель. Если вертикальная диафрагма совпадает с ригелем, то ее верхняя часть имеет конструкцию ригеля, а панели перекрытия опираются непосредственно на диафрагму жесткости. Общий вид компоновочной схемы ячейки связевого каркаса и его основного узла - опирание связевых панелей перекрытия на ригель показаны на рис.4. и рис.5.

При разработке курсовых заданий возможны различные планировочные схемы зданий, различная сетка колонн и высоты этажей. С целью правильного решения различных вариантов проектирования каркасных систем в приложении I-1, I-2, I-3, I-4 приведены схемы раскладки перекрытий, общий вид и номенклатура ригелей, колонн и плит перекрытия.

Здания зальной структуры

К зданиям зальной структуры относятся объекты с крупными отдельно стоящими актовыми, зрительными или спортивными залами, а также крупные зрелищные или спортивные сооружения. Студенту для курсовой работы предлагаются однозальные здания кинотеатра, спортивного комплекса или плавательного бассейна. Основное отличие зданий зальной структуры - наличие большого пролета между вертикальными опорами,что конструктивно решается подбором большепролетной конструкции плоскостной или пространственной. В данной курсовой работе рассматриваются только варианты плоскостных конструкций, т.е., поперечная рама одноэтажного однопролетного здания, представленная железобетонными колоннами сечением 30х30 или 40х40 см. с опиранием на них балок или ферм, чаще всего в железобетонном исполнении. Общий вид и габариты железобетонных балок и ферм пролетом 12, 18, 24 и 30 м приведены в приложении II. В гражданских однопролетных одноэтажных каркасных зданиях ферма (балка) опирается на всю плоскость колонны, что определяет "нулевую" привязку колонны к продольным осям здания. Привязка колонн к цифровым осям - центральная. Общая конструктивная схема здания зальной структуры будет показана в следующем параграфе.