Основные принципы проектирования несущего остова здания.

Основные конструкции, принимающие нагрузки, возникающие в здании, составляют несущий остов, то есть совокупность горизонтальных (перекрытия) и вертикальных (стены, столбы, стойки, колонны и т. д.) (иногда наклонных) конструктивных элементов.

Важнейшее назначение несущего остова — конструктивной основы здания — состоит в восприятии нагрузок, действующих на здание, работе на усилия от этих нагрузок с обеспечением конструкциям необходимых эксплуатационных качеств в течение всего срока их службы.

Нагрузки делят на две группы: постоянные и временные. Постоянные — это собственный вес всех без исключения элементов здания и другие виды нагрузок. К временным относят: полезные, т.е. функционально необходимые — нагрузки от периодически пребывающих в помещениях людей, стационарного или передвижного оборудования и т.п.; нагрузки, связанные с природными факторами района строительства (снеговые, ветровые, сейсмические, температурные воздействия) и др. Временные нагрузки подразделяют на длительно действующие, кратковременные и особые; при расчетах их учитывают в различных сочетаниях.

По характеру действия нагрузки могут быть статическими (например, от собственной массы) или динамическими (порывы ветра, взрывные вибрации и др.). По месту приложения усилий различают нагрузки сосредоточенные (вес оборудования) и равномерно распределенные (от снегового покрова и т.п.). По направлению нагрузки могут быть горизонтальными (ветровой напор, тормозные силы подвижного оборудования, сейсмические нагрузки) и вертикальными (вес).

Нагрузки важно учитывать не только в расчетах, но и на всех стадиях проектирования в качестве количественных критериев оценки принимаемых решений. Дело в том, что в зависимости от условий, для одних и тех же видов нагрузок может быть значительной разница их нормированных (нормативных) значений. Так, величина равномерно распределенных полезных нагрузок на перекрытия жилых зданий может отличаться от тех же нагрузок производственных зданий в 10...20 раз и более (р = 1,5...30 кН/м2), что существенно при установлении параметров и типов перекрытий. Нормативные снеговые нагрузки, в зависимости от района строительства, разнятся в 5 раз (0,5...2,5 кН/м 2). Поэтому для снежных районов существенна форма крыш; например, при перепадах высот элементов зданий образуются заносы снега — снеговые мешки (излишняя масса, трудности с уборкой и т.п.). Значительна разница и в величине скоростных напоров ветра (0,27... 1,0 кН/м 2), особенно неблагоприятных в горных районах и на побережьях морей. Эти нормативные значения возрастают и по мере роста этажности зданий — до двух и более раз; поэтому по мере увеличения их высоты здания становятся все более сложными инженерными сооружениями.

Типы несущих остовов. Горизонтальные несущие элементы перекрытий (покрытий) предназначены, прежде всего, для работы при действии на них разного рода вертикальных нагрузок, которые в виде опорных реакций передаются на вертикальные опоры.

На рис. II.1 А показан механизм воздействий вертикальных равномерно распределенных нагрузок р на вертикальные опоры:

а — плиты (2) в пролете 1 опираются на стены; расчетный пролет плиты L меньше L, т.к. опираются плиты только на часть стены; вдоль стены на каждую единицу ее длины (1 п.м.) действует сила q = р F/2, где F = L I, иначе говоря,

на стены действует равномерно распределенная нагрузка (9): q = р

б — плиты (2) опираются на ригели (5), расстояние между которыми равно /. Аналогично предыдущему, равномерно распределенная нагрузка q = IL/2, но уже на ригель (5), который оперт на стену и передает этой стене уже сосредоточенную нагрузку (10);

в — аналогична картина при опирании ригелей на столбы.

Вертикальные несущие конструкции воспринимают все виды воздействий и нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации здания, и через фундаменты передают их на грунт (на основание), что показано на рис, II.1 Б.

Из этого рисунка также видно, что перекрытия одновременно являются и горизонтальными диафрагмами, воспринимающими в своей плоскости изгибающие и сдвигающие усилия от горизонтальных нагрузок, обеспечивая геометрическую неизменяемость здания в каждом из горизонтальных уровней, совместную работу вертикальных опор при таких нагрузках, перераспределение усилий между ними и т.п.

Из вышеуказанного следует, что вертикальные опоры являются определяющим признаком для классификации несущих остовов по типам. Известны два типа вертикальных опор (см. рис. II.1): стержневые — колонны или стойки каркаса: плоскостные — стены (можно также отнести к несущим опорам объемные массивы типа пилонов и т.п., т.е. такие элементы, у которых все три генеральные размера примерно одного порядка, но подобные опоры встречаются крайне редко). Так, стена, независимо от того, сложена она из бревен, выполнена из кирпича или из сборных панелей, всегда рассматривается как плоскостной элемент, один размер которого (толщина) значительно меньше других генеральных размеров.

Исходя из такого определения, различают два основные типа несущего остова зданий: каркасный и стеновой (бескаркасный). Третий — комбинированный (или смешанный) — состоит из различных сочетаний стержневых и плоскостных вертикальных элементов (стоек каркаса и стен). Необходимо отметить и существование таких несущих остовов, в которых вертикальные опоры вообще отсутствуют, а наклонная конструкция покрытия опирается непосредственно на фундамент (арки, треугольные рамы и т.п.). Такие сооружения, применяемые при строительстве складов, ангаров, спортивных сооружений и т.п., называют шатровыми.

Вся совокупность конструктивных элементов несущего остова многоэтажных зданий в каждом отдельном случае объединена между собой, образуя в пространстве единство закономерно расположенных частей, т.е. систему, которую называют конструктивной, т.е. способ размещения несущих горизонтальных и вертикальных конструкций в пространстве, их взаимное расположение, способ передачи усилий и т.п.

 

Виды конструктивных систем при стеновом несущем остове (рис. IL2 1, 2, 3)

1. Системы с продольно расположенными несущими стенами или, как принято говорить, с продольными несущими стенами, расположенными вдоль длинной, фасадной стороны здания и параллельно ей. Таких параллельно расположенных стен может быть две, три, четыре. Соответственно бытуют упрощенные названия таких стеновых остовов: двухстенка, трехстенка и т.п.

2. Системы с поперечно расположенными (с поперечными) несущими стенами. Разновидности: с широким шагом (более 4,8 м); узким шагом (3,0...4,8 м); сосмешанными шагами.

3. Системы с перекрестным расположением несущих стен (перекрестно-стеновая)

 

Билет № 23