Архитектурные конструкции. Часть 1,2. Казбек-Казиев З.А. 1989. Архитектурные конструкции. Часть 2. Казбек-Казиев З.А. 1989. Акрыльцовходнаяплощадка
 Скачать 3.41 Mb.
|
|
Методы типизации в крупнопанельном домостроении. На первом этапе крупнопанельного домостроения объектом типизации был типовой жилой дом. Это привело к монотонности, к невозможности достичь разнообразия в архитектуре застройки. Следующим методом стал блок-секционный, в котором законченным объектом типизации являлись блок-секции, из набора которых создавалась объемно-прост- ранственная композиция застройки. Для разнообразия композиционных решений разработаны блок-секции широтные и меридиональные, прямые и угловые, со сдвижкой в плане, поворотные вставки и т. п. Этот метод получил наибольшее распространение в массовом строительстве в нашей стра- не. Поиски разнообразия в индивидуальном строительстве привели к разработке блок-квартирного метода, в котором объектом типизации являлась квартира. Однако он не нашел практического применения в связи с нестабильностью заводского производства деталей и необходимостью в каждом случае разрабатывать, по существу, Рис. XV.7. Конструктивная схема с монолитным стволом, поддерживающим на консолях панельные конструкции. План и разрез (панельные конструкции на разрезе условно не показаны — монолитный железобетонный ствол 2 — консоль — фундамент 4 — несущие поперечные панели — навесные наружные панели индивидуальные проекты панельных домов. Новым методом явился разработанный в Моспроекте № 1 метод компоновочных объемно-планировочных элементов (КОПЭ), в котором объектом типизации стали фрагменты (конст- руктивно-планировочные ячейки) жилой секции высотой от фундамента до крыши, способные по определенным правилам блокироваться с другими аналогичными фрагментами системы, создавая тем самым различные по композиционным, демографическими другим условиям объемно-планиро- Глава X V. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий вочные решения жилых домов высотой. 22 этажа (рис. Достоинством метода является высокая степень повторяемости типовых индустриальных изделий благодаря жесткой унификации планировочных параметров в различных фрагментах ив таких элементах здания, как лестнич- но-лифтовые узлы, конструкции нулевых циклов, чердака и т. п. Метод предполагает открытую систему типизации фасадных панелей, создавая тем самым дополнительные средства для разнообразия архитектуры застройки. Конструкции несущих стен и узлы опирания перекрытий. Наиболее рациональными конструкциями несущих стен с позиций всего комплекса требований — прочностных, технологических, экономических — являются поперечные стены из плоских несущих железобетонных панелей. Это решение стало, по существу, единственными для зданий повышенной этажности. В настоящее время плоские панели для зданий высотой 9 ... 12 этажей выполняются толщиной 16 см. Такая толщина продиктована не только условиями прочности, но и требованиями звукоизоляции от воздушного шума. Можно рекомендовать увеличение толщины панелей межквартирных стен до 18 см. При повышении этажности домов с узким шагом, например до. 17 этажей, переход на толщину стен 18 см определяется не только условиями звукоизоляции, но и прочности, а также противопожарными требованиями. При больших нагрузках, например в системах с широким шагом несущих стен, в домах высотой 16 этажей и более целесообразно увеличить толщину поперечных стен до 20 см. За рубежом в большинстве случаев внутренние стены также применяются в виде плоских панелей размером на комнату из бетона класса В толщиной см. Рис. XV.8. Схема панельного дома с ядром жесткости (план типового этажа): а — с монолитным ядром б — со сборно-монолитным ядром / — ядро жесткости '2 *-- навесные наружные панели 3— панели поперечных стен Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий Рис. XV.9. Примеры компоновочных объемно-планировочных элементов (КОПЭ): а — КОПЭ лестнично-лифтового узла б—КОПЭ вариантов квартир Панели внутренних стен подразделяют на сплошные (беспроемные), с проемами (рис. XV. 10) и с разновидностью типа флажок. В гранях дверных проемов устанавливают деревянные пробки для крепления дверных коробок. Для устройства каналов для скрытой сменяемой электропроводки в панель закладывают пластмассовые трубы. Применяется также более простая бесканальная электропроводка в специальных пластмассовых плинту- сах. Передача вертикальных усилий в горизонтальных стыках между несущими панелями представляет наиболее сложную задачу крупнопанельного строительства. В практике нашли применение четыре основных типа соединений (рис. XV.11): платформенный стык, особенностью которого является опирание перекрытий наполовину толщины поперечных стеновых панелей, те. ступенчатая передача усилий, при которой усилия с панели на панель передаются через опорные части плит перекрытий; зубчатый стык, представляющий модификацию стыка платформенного типа, обеспечивает более глубокое опи- рание плит перекрытий, которые наподобие ласточкина хвоста опираются на всю ширину стеновой панели, а усилия с панели на панель передаются через опорные части плит перекрытий; контактный стык с опиранием перекрытий на выносные консоли и непосредственной передачей усилий с панели на панель; контактно-гнездовой стык с опирани- ем панелей также по принципу непосредственной передачи усилий с пане- п . т 2-2 г< Рис. XV. 10. Конструкция панели внутренних стена — общий вид панели б — арматурный каркас / арматурный каркас 2 — подъемные петли 3 — канал для электроразводок; 4 — дверной проем Глава X V. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий Рис. XV.11. Типы горизонтальных стыков между несущими панелями: а — платформенный б — зубчатый в — контактный на выносных консолях г — контактно-гнездовой ли на панель и опиранием перекрытий через консоли или ребра («пальцы»), выступающие из самих плит и укладываемые в специально оставленные в поперечных панелях гнезда. Обобщение опыта применения различных конструктивных решений несущих стен и узлов опирания перекрытий позволяет рекомендовать при создании новых типов зданий следующие кон- струкции. Основным типом узла опирания перекрытий на несущие стены продолжает оставаться платформенный стык (рис. XV. 11, а) — наиболее простой в выполнении и достаточно надежный при высоте панельных домов в пределах этажей. Основным решением несущих стен по-прежнему будут оставаться плоские железобетонные панели. В целях повышения эксплуатационных звукоизолирующих качеств рекомендуется увеличить толщину панелей до 18 см, что одновременно позволит применять их для домов высотой 16... 18 этажей. Каркасный остов Возведение зданий каркасной конструкции началось в конце прошлого века и довольно быстро распространилось по странам Америки и Европы. Конструкции каркасных зданий за это время прошли значительную эволюцию. Обобщение и анализ опыта зарубежного и отечественного каркасного строительства позволил выявить определенные тенденции его развития и выбрать наиболее рациональные конструктивные схемы для применения в отечественном многоэтажном строи- тельстве. Первым зданием каркасной конструкции в США следует считать построенное архитектором Дженнеем в г. этажное здание с чугунными внутренними и наружными колоннами, поддерживающими перекрытия. В этом здании наружная стена самонесу- щая — несет только собственный веси не поддерживает перекрытия. В связи с таким, новым тогда изменением функции стен возникла необходимость в конструкциях, которые должны были обеспечивать пространственную жесткость и устойчивость многоэтажных зданий. Ими стали жесткие вертикальные плоскости каркаса, предназначенные создавать совместно с горизонтальными жесткими плоскостями-пере- крытиями необходимую пространственную жесткость и устойчивость здания. Стены же стали применять навесными. В годы, предшествующие второй мировой войне, ведется интенсивное строительство небоскребов с применением стального каркаса. В начале XX в, после научного обоснования методов расчета железобетонных конструкций, железобетон находит применение и для каркасов многоэтажных зданий. При проектировании железобетонных каркасов схемы стальных каркасов были повторены без существенных изменений. Однако железобетонные каркасы получили в американской практике многоэтажного строительства значительно меньшее распространение, чем стальные. Анализ практики строительства многоэтажных зданий в США до 1945 г. показывает, что конструктивные решения каркасов не объединены общей идеей и направлением проектирования, в большинстве своем достаточно сложны и неэкономичны. Усложненные объемно-планировочные решения приводили соответственно к усложнению конструкции каркаса Глава X V. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий Для европейской практики многоэтажного строительства характерно широкое использование монолитных железобетонных каркасов. В последние годы в строительстве многоэтажных зданий в странах Европы начинают применяться и сборные железобетонные конструкции. Наиболее характерные особенности современного многоэтажного каркасного строительства в Европе использование конструктивных схем каркасов связевой системы с выполнением диафрагм жесткости в виде монолитных стенок стремление к увеличению размеров модульных ячеек каркаса ради получения широкой свободы в планировочных решениях, даже в ущерб расходу материалов стали и бетона. В современной американской практике строительства многоэтажных зданий наряду с традиционными в последнее время появился ряд новых решений. В отдельных высотных сооружениях привычный тип каркаса с кирпичным заполнением наружных ограждений между колоннами заменяется конструкцией, состоящей в плане из двух концентрических, входящих одна в другую, стен, которые образуют совместно работающее внутреннее ядро и наружную оболочку — каркасную стену — с опирающимися на них междуэтажными перекрытиями. Эта система получила название труба в трубе (рис. XV.12). Несколько зданий такой ядрооболочковой конструкции уже возведено. Таким образом, эволюция конструктивной системы наружных ограждений несущие и самонесущие тяжелые каменные стены, затем превращение их в навесные ограждения—сно- ва привела к возвращению им функции несущей конструкции, но уже в новом качестве. Развитие конструктивных систем каркасных зданий в Советском Союзе и особенности их работы. Значительную роль в развитии строительной техники в многоэтажном строительстве сыграло возведение первых высотных зданий в Москве в 1950—1953 гг. В первых московских высотных зданиях нашли применение каркасы всех трех схем рамной, рамно-связевой и связевой. Можно проследить четкую направленность в развитии конструктивных схем каркасов первых московских высотных зданий от рамной к связевым. Достоинства каркасов рамной схемы — относительно свободная планировка — достигаются в ущерб требованиям экономии стали, обеспечению высокой жесткости каркаса и уменьшению трудоемкости выполнения. Более рациональны для большинства объемно-планировочных решений зданий каркасы связевой схемы, применение которых обеспечивает необходимую жесткость каркаса при одновременном снижении расхода стали. Качественно новой конструктивной формой каркаса связевой схемы стал каркас с пространственной системой связей (рис. XV. 13). Рациональность применения таких систем возрастает с увеличением этажности здания. Второй по степени важности проблемой по изысканию рационального решения каркаса является выбор материала. В первых московских высотных зданиях нашли применение два разных по материалу типа каркаса: стальной и железобетонный с жесткой арматурой. Сопоставление железобетонных и стальных каркасов показывает, что преимуществами сточки зрения экономии стали и жесткости обладают железобетонные. Конструктивные решения в многоэтажном каркасном строительстве х годов. Поиски наиболее рациональных конструктивных схем многоэтажных зданий, отвечающих современному уровню индустриализации и развития строительной техники, привели к появлению принципиально новых в мировой практике строительства конструктивных решений. Главной особенностью многоэтажного строительства стало широкое использование сборного железобетона, впервые применяемого для такого рода сооружений. Применение сборного железобетона потребовало прежде всего унифи- Глава X V. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий кации основных параметров зданий, с тем чтобы получить наименьшую номенклатуру изделий. Определились следующие принципы унификации по высоте этажей) для жилых каркасно-панельных зданий — Зм, для зданий административного назначения, лечебных учреждений, зданий торгового назначения, учебных заведений и т. пи мс дополнительной высотой, в основном для первых этажей — 4,2 м 2) для зданий специального назначения конструкторских бюро, научно-иссле- довательских институтов, лабораторных корпусов, крупных торговых предприятий и т. п. — 3,6; 4,2; 4,8; 6 м по размерам ячейки в плане 1) для зда- Рис. XV.12. Ядрооболочковая конструктивная схема высотного здания: а — общая схема / — внутреннее ядро жесткости 2 — наружная оболочка, состоящая из часто расположенных колонн и ригелей — развитых надоконных перемычек 3 — свободные от несущих конструкций рабочие площади 4 — перекрытия б — наружная оболочка в виде безраскосной фермы в — наружная оболочка в виде диагональной (стальной) раскосной конструкции г — наружная оболочка в виде диагональной (железобетонной) раскосной конструкции Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий 1 ний первой группы, тес высотой этажей мм, с дополнительным шагом 3 ми с увеличенным шагом 9 м 2) для зданий второй группы, те. зданий специального назначения, в которых технологические требования диктуют необходимость применения увеличенных пролетов и определяют повышенные величины нагрузок на перекрытия, приняты увеличенные ячейки 9X9, 9X6, 6X6 мс дополнительным шагом 3 м. Оптимальным решением при проектировании каркасов связевой системы является пространственная компоновка связей в виде связевого ядра жесткости (рис. XV. 13). Если по архи- тектурно-планировочным соображениям такая компоновка связей невозможна, связевые диафрагмы могут быть выполнены плоскими при обязательном условии проектирования их сквозными на всю ширину здания. Благодаря высокой жесткости таких систем расстояние между связевыми стенками может быть увеличено дом, что обеспечивает необходимую гибкость планировки (особенно ценную в общественных сооружениях). В дальнейшем будет последовательно и настойчиво расширяться номенклатура унифицированного каркаса. Освоение всего набора изделий номенклатуры, те. изделий для полного модульного ряда пролетов, создает высокую вариабельность и гибкость каркаса (что является основным достоинством каркасного остова по сравнению со стеновым — панельным, блочным и т. п.). Проектные проработки последнего времени показали, что на этой номенклатуре изделий каркаса удается получить широкое разнообразие объем- но-планировочных решений для зданий различного назначения, конфигурации и высоты. Создание набора изделий фасадов для образования лоджии, эркеров, ри- залитов, пилястр и т. п. позволит создать выразительные пластические архитектурные решения. Таким образом, при создании унифицированного кар- Рис. XV. 13. Варианты компоновки пространственных связевых система — диафрагмы жесткости б — ядра жесткости в сочетания стен жесткости каса удалось получить каталог изделий, из которых могут собираться разнообразные здания и сооружения (т. е. здесь в значительной мере преодолеваются противоречия между архитектурным творчеством и индустриальностью конструкции). В отношении вариабельности сборный железобетонный каркас при этих условиях перестает уступать традиционному стальному, обладая значительными экономическими преимуществами и высокой индустриальностью. Перспективным направлением, которое значительно расширяет возможности сборного унифицированного каркаса, являются его сочетания с монолитным железобетоном, выполняемым наиболее индустриальными методами, например в подвижной опалубке (рис. 14). Применение индустриального монолитного железобетона для таких элементов каркаса, как пространственные ядра жесткости, позволяет не только наиболее рациональным путем обеспечить жесткость (что становится сложнее с возрастанием высоты здания, но и открывает новые возможности для создания интересных архитектурных решений. Проведенные проектные проработки показывают, что такая конструкция каркаса может применяться для зданий высотой до 40 ... 50 этажей. Принципиальное конструктивное решение унифицированного сборного Глава X V. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий железобетонного каркаса с монолитными ядрами жесткости, выполняемыми индустриальными методами, позволило использовать каркас в условиях высокой сейсмичности. Разработаны унифицированные решения монолитных ядер жесткости различных размеров и конфигурации с использованием индустриальной металлической опа- лубки. Сборный железобетонный унифицированный каркас (рис. XV.15) колонны. Колонны каркаса приняты сечением мм, высотой на два-три этажа. Такие колонны по своей несущей способности при обычном армировании могут применяться в зданиях высотой не более 16 этажей. Серьезную инженерную задачу представляет выполнение колонн для нижних этажей, нагрузки на которые достигают 15 000 ... 20 000 кН. Для увеличения несущей способности колонн под большие нагрузки есть несколько путей развитие сечений колонн до размеров 60x60, 80X80 см и т. д повышение марки бетона применение в колоннах жесткой несущей арматуры. При больших нагрузках целесообразно сечение со стальным сердечником. Узел сопряжения ригеля с колонной. Традиционным решением узла, общепринятым в каркасах промышленных и гражданских зданий, служит опирание ригеля на выступающую консоль. Такая конструкция узла мало Рис. XV. 14. Конструктивные схемы каркасных зданий с монолитными ядрами жесткости: а — варианты компоновки ядер жесткости б проект этажного жилого дома в Москве 1 — монолитное ядро жесткости — колонны каркаса 3 — ригели; 4 — фундамент Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий приемлема в гражданских сооружениях, так как значительно ухудшает интерьеры помещений. В отличие от традиционного узла в унифицированном каркасе сопряжение ригеля с колонной решено со «скрытой консолью (рис. XV. 16). Ригели каркаса — предварительно напряженные высотой 45 см, таврового сечения, что определяется стремлением осуществить надежное опирание плит перекрытий и одновременно обеспечить наименьшую возможную высоту выступающей части ригеля. Ширина ригеля понизу принята по архитектурным соображениям равной ширине колонн (благодаря этому в интерьере ригель с колонной воспринимается как единая рама). Ригель широкомодульного каркаса с повышенными нагрузками на перекрытие выполняется аналогичной конструкции, но высотой 60 и 90 см (см. рис. Стенки жесткости представляют собой поэтажные железобетонные стены толщиной 18 см, с полками, заменяющими полки ригелей, и без них, жестко связанные с колоннами. Такая диафрагма жесткости работает на восприятие как вертикальных, таки горизонтальных ветровых нагрузок по схеме консольной составной балки, защемленной в фундаменте. Нагрузки передаются на них перекрытиями, представляющими собой жесткие горизонтальные диски. Конструкции междуэтажных перекрытий. Перекрытия в зданиях с унифицированным каркасом выполняются из многопустотных настилов. Высота настила 22 см, пустоты диаметром см (см. рис. ХХП.2). Перекрытия должны обеспечивать жесткость и неизменяемость здания в горизонтальной плоскости и осуществлять передачу и распределение усилий от ветровых нагрузок на стенки жесткости. Для превращения сборного перекрытия в жесткий горизонтальный диск закладные детали свариваются, швы заливаются бетоном. Замоноличенные раствором шпонки воспринимают сдвига- Рис. XV. 16. Сборный железобетонный унифицированный каркас — колонна сечением 400X400; 2 — настил-распор- ка 3 — ригель таврового сечения 4 — настил перекрытия стык колонн Рис. XV.16. Узел опирания ригеля на колонну в унифицированном каркасе: о общий вид узла б — конструкция и расчетная схема узла / — колонна 2 — ригель 3 — настил- распорка 4 — закладные детали 5 — верхняя накладка скрытая консоль колонны 7 — сварные швы Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий ющие касательные усилия, возникающие между настилами при работе жесткого диска перекрытия. При таком замоноличивании перекрытия прочность и жесткость его достаточны для передачи горизонтальных нагрузок на связевые диафрагмы при расстоянии между ними в пределах дом и более. Важной составной частью перекрытия служат плиты, расположенные по осям колонн в направлении, перпендикулярном ригелям, и являющиеся распорками между колоннами. Эти элементы обеспечивают жесткость и устойчивость колонн в монтажный период и вместе стем благодаря соединению с колоннами участвуют в работе перекрытия как жесткого диска, выполняя роль поясов горизонтальной балки-диска перекрытия. Распорки выполняются в виде ребристого корытообразного элемента (см. рис. ХХП.2), который своими ребрами опирается на полки ригеля и крепится к нему с помощью сварки закладных деталей. Корытообразная форма насти- ла-распорки с тонкой (толщиной всего см) плитой между ребрами позволяет, удаляя плиту, располагать на этих участках вертикальные санитар- но-технические коммуникации (размещение которых в зданиях повышенной этажности, особенно из сборного железобетона, всегда представляет сложную задачу). В тяжелом каркасе перекрытия выполняются из ребристых настилов пролетом им. Такое решение обусловлено повышенными полезными нагрузками на перекрытия до 20 кН/м 2 , что потребовало развить высоту ребер нас- тилов до 400 мм. Применение ребристых настилов упрощает размещение вертикальных и горизонтальных санитарно- и электротехнических коммуникаций, что весьма важно в производственных зданиях со сложным технологическим оборудованием. Конструктивная форма настилов для пролетам выбрана в виде 2Т (см. рис. XXII.3). Ширина настилов 3 м. Сопоставления показали, что по расходу бетона и стали такой тип настила примерно на 15 % выгоднее, чем коробчатый настил. Компоновка каркаса. Практика многоэтажного строительства показывает, что вопросам рациональной компоновки каркасов зачастую не уделяется достаточного внимания. Можно наблюдать значительную разнотипность ячеек и относительно большое разнообразие принятых шагов, препятствующее типизации элементов каркаса отклонения от оптимального по экономической целесообразности шагам, приводившие к увеличению расхода стали и к усложнению конструктивных форм элементов каркаса недостаточно четкую компоновку остова по вертикали, выражающуюся в смещении осей колонн по вертикали, в устройстве так называемых «подвесных» колонн, что также приводит к неоправданному увеличению расхода стали (рис. XV. Вместе стем даже -при достаточно сложных технологических требованиях, при сложной объемно-планировоч- ной компоновке удается достичь четкости, найти органичное их сочетание с конструктивным решением, сократить количество модульных ячеек каркаса до трех-четырех, ограничиться двумя-тремя высотами этажей и т. п. Об этом говорят, в частности, примеры решения таких сложных сооружений, как Общесоюзный телецентр, больничные комплексы, учебные институты, лабораторные корпуса и др., рассмотренные ниже. На рис. XV. показаны условные примеры компоновки каркасов зданий и перекрытий, а также возможные варианты размещения лестничных клеток. Диафрагмы жесткости следует распределить равномерно по плану здания. Примеры рациональной компоновки диафрагм жесткости приведены на рис. XV. 13. Диафрагмы применяют одной высоты с сохранением основных геометрических размеров поперечных сечений по всей высоте. Допускается не доводить на один-два этажа диафрагмы жесткости до покрытия Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий Рис. XV. 17. Пример неудачной компоновки с устройством подвесных колонн элементы сборного железобетонного каркаса 2 — подвесная колонна 3 — стальная ферма 4 — стальные колонны 5 — стальная балка Рис. XV. 18. Обобщенный пример компоновки каркаса и возможные варианты размещения лестниц Глава XV. Несущие остовы гражданских многоэтажных зданий Перебивка в размещении диафрагм по этажам не рекомендуется. Также не рекомендуется располагать диафрагмы в торцах здания в связи со значительными трудностями устройства наружных панельных стен. Деформационные швы. Здания проектируют в виде одного или нескольких температурных блоков, разделяемых деформационными швами. Каждый блок рассматривается как отдельное сооружение со своей системой диафрагм жесткости. В соответствии с требованиями СНиПа расстояния между температурными швами определяются расчетом. Однако накопленный опыт позволяет рекомендовать проектирование отапливаемых зданий с унифицированным сборным железобетонным каркасом длиной дом без температурных швов (устройство которых значительно усложняет конструкцию, ухудшает эксплуатационные качества здания. Температурные швы следует выполнять между спаренными рядами колонн (см. § В целях уменьшения влияния температурных деформаций на усилия в дисках перекрытий и диафрагмах жесткости следует стремиться размещать диафрагмы жесткости ближе к центру здания. Устройство консольных свесов. В ряде случаев по архитектурно-пла- нировочным требованиям возникает необходимость устройства в каркасных зданиях консольных свесов, представляющих достаточно сложную инженерную задачу. Для этих целей в номенклатуре унифицированного каркаса предусмотрены соответствующие изделия колонны с выступающими из них консолями (вылет 1,9 мот оси колонн) или одноконсольные ригели (рис. XV.19) с вылетом консолей 1,55; 2,15 им от оси колонн. |