ІІ.3 Конструкції цивільних будівель

Конструктивне рішення будівлі в цілому визначається на першому етапі проектування вибором його будівельної системи, конструктивної системи і конструктивної схеми.

 

ІІ.3.1 Будівельні системи будівель та області їх використання

Будівельна система будівлі визначається матеріалом, конструкцією і технологією зведення несучих елементів будівлі. В залежності від матеріалу вертикальних несучих конструкцій розрізняють будівлі із дерева, каменю та бетону. З урахуванням технології зведення визначається не тільки матеріал, але і будівельна система. Назва будівельної системи визначається за назвою найбільш часто повторюваного конструктивного елементу: панельна, крупноблочна, об’ємно-блочна.

Будівельні системи будівель з несучими конструкціями із дерева і пластмас використовуються для зведення житлових і громадських будівель висотою в 1 – 2 поверхи. Несуча здатність дерев’яних конструкцій, як показала практика їх довготривалого використання, дозволяє споруджувати будівлі суттєво більшої висоти.

Будівельні системи будівель із несучими стінами із цегли, керамічних блоків або природного каменю розділяються на традиційну та повнозбірну.

Традиційна система базується на зведенні стін із цегли вручну і використовується для будівель різної поверховості в межах до 16 поверхів. Конструкції будівель з кам’яними стінами ручного мурування надійні в експлуатації, вогнетривкі та довговічні.

Будівельна система будівель зі стінами із цегляних (кам’яних, керамічних) панелей полягає в попередньому виготовленні несучих панелей висотою в один поверх і довжиною в 1 – 2 конструктивно-планувальних кроки з наступним їх монтажем з допомогою будівельних кранів необхідної вантажопідйомності.

Повнозбірні будівлі з несучими конструкціями із бетонних і залізобетонних елементів зводяться на основі крупноблочної, панельної, каркасно-панельної та об’ємно-блочної будівельних систем.

Крупноблочна будівельна система використовується в будівництві будівель висотою до 16 поверхів. Допустима маса збірних елементів 5 т. Установка крупних блоків здійснюється за основним принципом зведення кам’яних стін – горизонтальними рядами на розчині з взаємною перев’язкою швів.

Переваги крупноблочного будівництва:

- простота техніки зведення;

- гнучкість номенклатури блоків зовнішніх і внутрішніх стін;

- суттєве зменшення капіталовкладень у виробничу базу;

- обмежена вага збірних виробів.

Панельна система використовується для будівництва будівель висотою до 30 поверхів у звичайних умовах і до 9 – 12 поверхів у сейсмостійкому будівництві. Панелі несучих стін таких будівель виконуються висотою в один поверх і довжиною в 1 – 2 конструктивних кроки при масі елемента до 8 – 10 т. Стійкість панелей при монтажі забезпечується за допомогою спеціальних монтажних пристроїв.

Каркасно-панельна система з несучим залізобетонним каркасом і зовнішніми стінами із бетонних або не бетонних панелей використовується для будівництва будівель висотою від 1 до 30 поверхів.

Об’ємно-блочна система полягає в будівництві будівель із крупних об’ємно-просторових елементів масою до 25 т, що включає в собі житлову кімнату або інший фрагмент будівлі.

Монолітна і збірно-монолітна системи використовуються в основному для зведення багатоповерхових будівель із несучими стінами. Монолітні і збірно-монолітні будівлі за жорсткістю переважають панельні і тому вони є особливо доцільними при багатоповерховому будівництві в сейсмонебезпечних районах.

 

ІІ.3.2 Конструктивні системи будівель

Конструктивна система являє собою сукупність взаємопов’язаних конструктивних елементів будівлі, що забезпечують її міцність, жорсткість, стійкість і необхідний рівень експлуатаційний якостей. В конструктивній системі суміщаються несучі конструкції, що сприймають силові впливи і виконують функції захисту внутрішнього простору від несилових впливів.

Несучі конструкції будівлі включають в себе вертикальні та горизонтальні взаємозв’язані елементи.

Вертикальні несучі конструкції сприймають вертикальні навантаження на споруду і передають їх на основу.

Горизонтальні несучі конструкції –покриття і перекриття – сприймають всі прикладені до них вертикальні навантаження і поповерхово ц передають їх вертикальним несучим конструкціям. Горизонтальні несучі конструкції виконують в будівлях також роль горизонтальних діафрагм жорсткості, що сприймають поповерхово горизонтальні навантаження і впливи (вітрові, сейсмічні і ін.). Перекриття – діафрагми жорсткості забезпечують сумісність і рівність горизонтальних переміщень вертикальних несучих конструкцій від вітрових і сейсмічних навантажень. Це досягається за рахунок жорсткого з'єднання вертикальних несучих елементів із горизонтальними.

Горизонтальні несучі конструкції при числі поверхів більше двох однотипні за матеріалом. Вони повинні бути незаймистими, цьому краще всього відповідає залізобетон.

Вертикальні несучі конструкції будівель різнотипні. Розрізняють наступні типи вертикальних несучих конструкцій:

- стержневі із елементів суцільного поперечного перетину (каркас);

- площинні (стіни);

- об’ємно-блочні;

- об’ємно-просторові елементи у вигляді тонкостінних стержнів відкритого або закритого профілю (стволи жорсткості);

- об’ємно-просторові елементи у вигляді тонкостінної оболонки замкнутого профілю.

Відповідно розрізняють п’ять конструктивних систем будівель:

- каркасну;

- площинну (стінову);

- об’ємно-блочну;

- ствольну;

- оболонкову.

Поряд із основними конструктивними системами широко використовують комбіновані, в яких вертикальні несучі конструкції компонуються із різнотипних елементів – стержневих і площинних, стержневих і ствольних і т. п.

Система з неповним каркасом базується на розподілі всіх вертикальних і горизонтальних навантажень між стінами і каркасом. Система використовується у двох варіантах: з несучими зовнішніми стінами і внутрішнім каркасом або із зовнішнім каркасом і внутрішніми несучими стінами.

Система каркасно-діафрагмова (каркасно-дискова, каркасно-стінова) базується на розподілі статичних функцій між стіновими (в’язевими) і стержневими елементами несучих конструкцій: на стінові елементи передаються всі або більша частина горизонтальних навантажень і впливів, на стержневі (каркас)) – переважно вертикальні навантаження.

Каркасно-ствольна система базується на розподілі статичних функцій між каркасом, що сприймає вертикальні навантаження, і стволом (або декількома стволами), що сприймає горизонтальні навантаження та впливи.

Системи каркасно-ствольна і каркасно-діафрагмова є похідними від системи просторового рамного каркасу, вихідною для всіх каркасних систем.

Ствольно-стінова система базується на поєднанні несучих стін і ствола (стволів) з розподілом вертикальних і горизонтальних навантажень між цими елементами в різних співвідношеннях.

Оболонково-ствольна система базується на поєднанні зовнішньої несучої оболонки і несучого ствола в середині будівлі, що працюють сумісно на сприйняття вертикальних і горизонтальних навантажень. Ствольно-стінова і оболонково-ствольна системи відносяться до типу без каркасних систем.

Каркасно-оболонкова система базується на поєднанні зовнішньої несучої оболонки будівлі з внутрішнім каркасом при роботі оболонки на всі види навантажень і впливів, а каркасу – переважно на вертикальні навантаження.

 

ІІ.3.3 Конструктивні схеми

Конструктивна схема являє собою варіант конструктивної системи за ознакою взаємного розміщення (поздовжнього, поперечного або перехресного) в просторі вертикальних несучих конструкцій будівлі.

Конструктивна схема вибирається на початковій стадії проектування будівлі у взаємозв’язку з об’ємно-планувальним рішенням будівлі і визначає тип її основних конструкцій.

При проектуванні будівель найбільш розповсюдженої безкаркасної системи використовують п’ять конструктивних схем:

- схема І – з перехресним розташуванням внутрішніх стін при малому кроці поперечних стін;

- схема ІІ – з повторюваними розмірами (великим і малим) кроку поперечних несучих стін і окремими поздовжніми стінами жорсткості (схема із змішаним кроком);

- схема ІІІ – з рідко розташованими поперечними несучими стінами і окремими поздовжніми стінами жорсткості (із великим кроком поперечних стін);

- схема ІУ - з поздовжніми зовнішніми і внутрішніми несучими стінами та рідко розташованими поперечними стінами – діафрагмами жорсткості;

- схема У - з поздовжніми несучими зовнішніми стінами та рідко розташованими поперечними діафрагмами жорсткості.