Особенности конструктивных решений общественных зданий

Конструктивные решения общественных зданий должны отвечать следующим, установленным техническим требованиям:

· прочности,

· устойчивости,

· долговечности,

· пожарной безопасности

· экономичности.

Перечисленные требования можно удовлетворять след. способами:

1. Применением рациональных конструктивных систем, отвечающим объемно-планировочным решениям зданий;

2. Эффективным использованием предварительно-напряженного железобетона, легкого бетона, стали, алюминия и дерева.

В зависимости от вида общественного здания и возможностей местной промышленности общественные здания могут быть: в сборке из мелкоразмерных изделий, полносборными, в сборно-монолитном варианте, из монолита.

Большинство общественных зданий мы строим по каркасной конструктивной системе. Применение таких систем позволяет гибко решить планировочную схему здания. Каркасно-конструкционная система обеспечивает трансформативность внутреннего пространства, позволяет более вольготно применять конструкции. Применение этой системы позволяет экономить рабочую площадь на 10-12%.

Применение сборных ж/б каркасов, особенно в высотных зданиях, основывается на использовании рамных, рамно-связевых и связевых систем с унифицированными элементами колонн, ригелей, плит перекрытий и связей (диафрагм заводского изготовления).

Отметим еще некоторые из особенностей общ. зданий. Это такие особые виды ограждений, как витражи, витрины, фонари верхнего света, подвесные потолки.

Остановимся более подробно на некоторых конструктивных решениях различных типов общественных зданий.

1) Здания малой и средней этажности (до 9 этажей).

Размер пролетов перекрытий - в пределах унифицированных сеток – 6х6, 6х3 м. С несущими остовами в виде каркасов или стен из крупных панелей, блоков или местных материалов. Конструкции те же, что и в жилых зданиях и рассмотрены в соотв. разделах «Жилые здания».

II.Здания 10 -18 этажей и более.

Размер сетки 9х9, 12х12 метров. Для этих зданий характерны более широкие корпуса. H = 3,3; 3,6; 4,2 м.

В таких зданиях (особенно при Н = 100 эт.) 50% общего расхода металла каркаса воспринимает горизонтальную (ветровую) нагрузку. Следовательно, надо уменьшать фронт воздействия ветра путем применения широких компактных корпусов. А применение для высотных зданий ширины в 12 – 15 м является экономически неоправданно и конструктивно нецелесообразно.

Поэтому несущий каркас многоэтажных зданий должен обладать:

1. Прочностью,

2. Пространственной жесткостью (устойчивостью).

1. Прочность обеспечивается материалом и конструкцией каркаса. Каркасы выполняются из железобетона на высокомарочных цементах и из металла - высокопрочной стали.

2. Пространственная жесткость (сохранение равновесия и неизменяемости формы при воздействии горизонтальных нагрузок (ветровых и сейсмических)), достигается применением рамных, рамно-связевых и связевых систем каркаса.

Рассмотрим эти системы по порядку.

1. Рамная система каркасов состоит из колонн и жестко связанных с ними ригелей перекрытий, расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях и образующих пространственную конструктивную систему.

Жесткие соединения ригелей с колоннами сложны и трудоемки, требуют значительного расхода стали (на 25 – 30 %), чем в др. системах. Их пространственная жесткость в то же время меньше, чем в каркасных конструкциях других систем. Вертикальные элементы рамных каркасов имеют переменные сечения по высоте здания.

Каркасы из монолитного железобетона обладают большей пространственной жесткостью, чем сборные, но трудоемки и требуют значительного расхода металла. Стальные рамные каркасы требуют значительных затрат стали и специальных мер для обеспечения огнестойкости (обетонирование и др.), что вызывает удорожание конструкции (кирпич – сталь – в 5 раз).

2. В рамно-связевых схемах каркасов восприятие горизонтальных нагрузок достигается совместной работой связей в виде вертикальных стенок (диафрагм) и рам, причем доли участия в этой работе пропорциональны их жесткостям.

Стенки-диафрагмы устраиваются на всю высоту зданий, жестко закрепляются в фундаменте и жестко соединяются с примыкающими колоннами при помощи сварки и замоноличивания. Стенки диафрагмы располагаются в направлении, перпендикулярном к направлению рам и в их плоскости. В зависимости от особенностей объемно-планировочной структуры здания стенки-диафрагмы могут располагатся в пределах температурного отсека (60 - 72 м) на расстоянии 24-30 м друг от друга и в пределах 12 м от торца здания.

Поперечные стенки-диафрагмы целесообразно устраивать сквозными на всю ширину здания. Размещение их уменьшает планировочную гибкость внутреннего пространства и требует тщательной увязки с объемно планировочной структурой здания, с тем чтобы в диафрагмах было минимальное число отверстий для дверных проемов. По степени обеспечения пространственной жесткости, расходу металла и трудоемкости рамно-связевые системы каркасов занимают промежуточное положение между рамными и связевыми системами. Применение рамно-связевых систем с использованием сборных железобетонных стенок диафрагм и унифицированных элементов, каркасов (3.01-12) характерно для общественных зданий высотой до 12 этажей и с унифицированными, конструктивно-планировочными сетками 6х6; 6х3 м.

3. Для общественных зданий большей этажности целесообразно применение связевыхсистем каркасов с пространствеными связевыми элементами в виде жестко соединенных между собой под углом стенок или жестких пространственных элементов. Они проходят по всей высоте зданий, образуя «ядра жесткости».

Бывают: коробчатой, круглой, двутавровой и Х -образной формы в плане. Эти пространственные связевые элементы жестко закрепляются в фундаментах и скрепляются с перекрытиями, образующими поэтажные горизонтальные связи-диафрагмы (диски).

Пространственные связевые элементы, обладающие высокой степенью жесткости, многократно превышающей жесткость др. элементов каркаса, почти полностью воспринимают горизонт. нагрузки. Благодаря этому, колонны и ригели каркаса не испытывают изгибающих усилий от горизонт. нагрузок и могут иметь одинаковые размеры сечений во всех этажах здания.

Пространственные связевые элементы устанавливают в центре здания. Используются как шахты лифтов, коммуникационных шахт, лестничных клеток. Они могут быть выполнены из ж/б сборных элементов, из монолитного ж/б и из стальных конструкций. Наиб расход стали, естественно, – у связевых конструкций из стали (стоимость). Экономичней – монолитные (скользящая опалубка). Связевые системы с пространств. связевыми элементами находят широкое применение в строительстве высотных общественных зданий.

III. Залы в общественных зданиях требуют устройства большепролетных покрытий, которые должны удовлетворять как общим техническим требованиям, так и специальным, определяемым особенностями их работы в здании.

Например: Акустика.

Можно выделить несколько приемов взаимного расположения несущих и ограждающих конструкций:

 

 

Большепролетные конструкции покрытия зальных помещений осуществляются с использованием:

1. Плоских;

2. Пространственных несущих конструкций.

Плоские констр-ции работают в вертикальной плоскости. Восприятие горизонт нагрузок, обеспечение жесткости и устойчивости покрытия – достигается жестким соединением конструктивных элементов между собой и спец. связями. В плоских нескл конструкциях использование материала менее эффективно, чем в пространственных.

Преимущества: 1. Простота членений на сборные элементы;

2. Облегчение типизации заводского изготовления;

3. Удобства транспортировки и монтажа.

Поэтому в строительстве массовых общественных зданий с мало- и среднепролетными зальными помещениями применяются больше плоские несущие конструкции.

Пространственные конструкции разнообразны. Они осуществляются в виде перекрестных балочных систем и оболочек.

Могут иметь различные пространственные формы. Выполняются из ж/б, армоцемента, в виде стальных и алюмин. стержневых систем, из стальных тросов, листов и др. материалов.

Статическая работа - восприятие внешних нагрузок, прочность и устойчивость покрытий обеспечивается за счет:

· работы материала в двух направлениях;

· пространственной формой конструкции, без подразделения на основные и второстепенные элементы и без последовательной передачи усилий от второстепенных элементов к основным.

Благодаря такой статической работе в пространственных конструкциях материал используется эффективно.