Промышленные, каркасные и крупнопанельные здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

ПРОМЫШЛЕННЫЕ, КАРКАСНЫЕ И КРУПНОПАНЕЛЬНЫЕ ЗДАНИЯ

Содержание

1. Общие сведения

2. Укрепленная сетка колонн

3. Одноэтажные каркасные здания

4. Многоэтажные каркасные здания

4.1 Гражданские здания

4.2 Промышленные здания

Литература

1. Общие сведения

Промышленные здания ( далее П.з.), производственные здания промышленных предприятий, здания, предназначенные для размещения промышленных производств и обеспечивающие необходимые условия для труда людей и эксплуатации технологического оборудования.

Как самостоятельный тип здания П. з. появились в эпоху промышленного переворота, когда возникла потребность в крупных помещениях для машин и многочисленных рабочих. Первые П. з. были прямоугольными в плане, с несущими кирпичными или каменными стенами и деревянными перекрытиями Преобладали сугубо утилитарные решения: протяжённый массив неоштукатуренных стен нередко членился лишь пилястрами и был украшен поясами фигурной кладки. Иногда в наружной отделке П. з. применялись декоративные элементы различных архитектурных стилей.

С развитием строительной техники и появлением таких новых строительных материалов, как металл и железобетон, были разработаны каркасные конструкции, позволившие отказаться от традиционных композиционных схем и создавать рациональную планировку цехов в соответствии с требованиями технологии производства. Применение с конца 18 в. в строительстве П. з. каркаса из чугунных стоек и балок дало возможность возводить менее массивные стены, увеличить этажность и размеры световых проёмов, что сразу оказало заметное влияние на внешний облик П. з.. Появление в начале 19 в. перекрытий из металлических ферм и их последующее усовершенствование позволили создавать большие пролёты с редкими, не мешающими установке оборудования опорами. В 1930-60-е гг. в строительстве П. з. широко внедряются новые конструктивные системы, позволяющие перекрывать без опор крупные пролёты, применяются новые строительные и отделочные материалы. В условиях современной научно-технической революции с постоянным техническим прогрессом в строительстве П. з. и совершенствованием технологии производства растет число предприятий, не оказывающих вредного воздействия на окружающую среду. Как следствие этого создаётся новый тип застройки - производственно-жилой. Обладающие своими, отличающимися от типовых жилых домов крупным масштабом, объёмно-пространственным решением и силуэтом. П. з. становятся важными архитектурными акцентами в композиции городской застройки.

Велика роль учёных в становлении и развитии архитектурной науки и практики, которое резко улучшило за последние годы качества и выразительность промышленных объектов. Значительно повлияло на развитие архитектуры и градостроительства с промышленной зоной труды ученых Республики Узбекистан, (Умаров А.А, Валиев Р.М и др).

Как вытекает из трудов ученых, архитектурный образ П. з. в наибольшей мере зависит от того, насколько ясно в его облике выражены типологические особенности этого вида сооружений, его характерные черты: огромные размеры и значительная протяжённость фасадов, большие сплошные плоскости глухих стен и остеклённых поверхностей, соответствующих единому нерасчленённому внутреннему пространству, многократно повторенные торцы параллельных пролётов, элементы покрытий (гребенчатого, пилообразного или криволинейных очертаний), лестничные клетки и др., наличие технических устройств (дымовых и вентиляционных труб, трубопроводов, открытого оборудования и др.). Большое влияние (особенно при индустриальных способах строительства) оказывает на облик П. з. художественное выражение тектонических свойств используемых материалов и конструкций, а также фактура и цвет конструкционных и отделочных материалов.

Заметную роль в облике П. з. в Республике Узбекистан играют солнцезащитные устройства - т. н. солнцерезы, козырьки, декоративные решётки. Большое значение для повышения эстетических качеств П. з. имеет чёткая внутренняя планировка, рациональность пропорций и членений отдельных помещений и пластическое решение их конструктивных элементов, зонирование производственных помещений с систематизированным размещением основного технологического оборудования, внутрицеховых коммуникаций, проходов и проездов, цветовое решение интерьеров, последовательное проведение комплекса мероприятий, связанных с требованиями технической эстетики. П. з. и сооружения оказывают огромное (нередко отрицательное) воздействие на природный и архитектурные ландшафты; часто промышленные районы теряют связь с природной средой. Поэтому перед промышленной архитектурой стоит задача максимального сохранения природного ландшафта, гармонического включения в ландшафт новых П. з.

На формирование типов П. з. решающее воздействие оказывают социально-экономические условия и научно-технический прогресс в технологии промышленного производства и строительной технике. В СССР и др. социалистических странах характер общественного строя обусловил возникновение П. з. нового типа, в которых воплощались достижения социального и научно-технического прогресса. Развитие и совершенствование архитектурно-строительных решений П. з. базируется на научных исследованиях, определивших основные направления современного промышленного строительства, которые предусматривают: обеспечение универсальности П. з., т. е. возможности наиболее гибкого использования производственных площадей при изменении технологических процессов; унификацию объёмно-планировочных и конструктивных схем П. з., позволяющую наиболее полно использовать производственную базу строительной индустрии; максимальное блокирование (объединение) цехов и целых производств в укрупнённых зданиях.

2. Укрепленная сетка колонн

Универсальность П. з. достигается применением укрупнённых сеток (пролётов и шагов) колонн и единой высоты помещений в пределах каждого здания, а также использованием для размещения основного оборудования сборно-разборных перегородок и этажерок, обеспечивающих возможность модернизации технологических процессов при минимальном объёме работ по реконструкции здания. Унификация объёмно-планировочных и конструктивных схем П. з. позволяет существенно сократить количество типоразмеров изделий и конструкций, создать необходимые условия для их массового заводского изготовления и широкого внедрения в практику строительства. В СССР осуществлена межотраслевая унификация основных строительных параметров П. з.: сеток колонн, высоты этажей, размеров привязки конструктивных элементов к модульным разбивочным осям и т.п. Размеры сеток колонн одноэтажных П. з. приняты кратными 6 м, величина пролётов многоэтажных П. з. -3 м, шаг колонн - 6 м. Высота этажей П. з. кратна 0,6 м. Блокирование П. з. (см. Блокированное производственное здание) - одно из наиболее эффективных средств снижения сметной стоимости строительства П. з. Наибольшее снижение капитальных затрат за счёт блокирования (по сравнению с отдельно сооружаемыми цехами) достигается в тех случаях, когда не требуется изолировать цехи друг от друга капитальными стенами, выравнивать высоты смежных помещений с целью унификации конструкций, устраивать дополнительные внутрицеховые проезды или увеличивать площадь зон, обслуживаемых кранами большой грузоподъёмности.

П. з. различают по следующим основным признакам: по этажности (главный классификационный признак) - на одноэтажные, двухэтажные, многоэтажные; по подъёмно-транспортному оборудованию - на крановые, снабженные мостовыми (электрическими) и подвесными (электрическими или ручными) кранами, и бескрановые; по виду освещения - на здания с естественным освещением (боковым и верхним), с постоянным рабочим искусственным освещением (безоконные и бесфонарные) и здания с комбинированным освещением (сочетающим естественное освещение с искусственным); по системам воздухообмена - на здания с общей естественной вентиляцией (аэрацией), с механической вентиляцией и с кондиционированием воздуха; по температурному режиму производственных помещений - на отапливаемые и неотапливаемые. По капитальности П. з. подразделяют на 4 класса в зависимости от назначения зданий и их народнохозяйственной значимости.

Одноэтажные П. з. - наиболее распространённый тип зданий промышленных предприятий. Их доля в общем объёме современного промышленного строительства составляет 75-80%. Одноэтажные П. з. обычно используют для размещения производств с тяжёлым технологическим и подъёмно-транспортным оборудованием либо связанных с изготовлением крупногабаритных громоздких изделий, а также производств, работа которых сопровождается выделением избыточного тепла, дыма, пыли, газов и др. Одноэтажные П. з. создают благоприятные условия для рациональной организации технологического процесса и модернизации оборудования, они позволяют располагать непосредственно на грунте фундаменты тяжёлых машин и агрегатов с большими динамическими нагрузками, обеспечивают возможность равномерного освещения и естественной вентиляции помещений через световые и аэрационные устройства в покрытии.

3. Одноэтажные каркасные здания

Железобетонные каркасы одноэтажных зданий (промышленных, сельскохозяйственных и др.) состоят из колонн и стропильных балок, ферм и арок, а в необходимых случаях - из подкрановых и обвязочных балок и др. все основные нагрузки в таких зданиях передаются на каркас, а стены являются самонесущими. В некоторых случаях применяют конструктивные схемы зданий с неполным каркасом, в которых вместо крайних рядов колонн предусматривают несущие стены (обычно с пилястрами). Железобетонные каркасы зданий следует проектировать из сборных типовых элементов с пролетами 6, 12, 18, 24, 30, 36 м, шагом колонн 6 и 12 м. следует отдавать предпочтение укрупненным сеткам колонн 1224, 1230м и т.д. В зданиях с мостовыми кранами применяют колонны прямоугольного сечение и двухветвевые с консолями для подкрановых балок.

В бескрановых зданиях применяют колонны прямоугольного сечения без консолей. Железобетонные колонны жестко заделывают в фундаменты стаканного типа. На колонны поверху опирают ригели каркаса, представляющие собой стропильную балку, ферму или арку.

Для стенового заполнения каркаса здания применяют наиболее индустриальные виды стеновых конструкций - железобетонные стеновые панели длиной, равной шагу колонн, т.е. 6 и 12м. в отапливаемых зданиях применяют утепленные панели, которые могут быть двухслойными (железобетонная ребристая панель с заполнением из легкого пористого бетона) или однослойными из легкого железобетона, армопенобетона и др. Панели крепят к колоннам болтами или сваркой закладных деталей.

Технико-экономический анализ показывает, что одноэтажные здания со сборными железобетонными каркасами экономичнее зданий со стальными каркасами. Так, при сетке колонн 624м расход стали на 1 м² площади здания только благодаря замене стальных ферм предварительно напряженными железобетонными снижается в 2,5 раза.

Одноэтажные промышленные здания.

Виды одноэтажных каркасных зданий

Производственные здания в основном проектируют и возводят одноэтажными (около 70%). В таких зданиях размещают производства с тяжелым и громоздким оборудованием, которое нельзя расположить на перекрытиях многоэтажных зданий, так как они получаются слишком мощными и неэкономичными. Условия размещения и эксплуатации оборудования, а также необходимость изменения в будущем технологического процесса требуют крупой сетки колонн и большой высоты здания. Одноэтажные здания во многих случаях оборудуют мостовыми подвесными кранами значительной грузоподъемности, создающими большие усилия в несущих элементах здания. Одноэтажные здания широко распространены в металлургической, машиностроительной, других отраслях промышленности.

Существуют следующие разновидности одноэтажных промышленных зданий: однопролетные и многопролетные; здания без мостовых кранов (50%), с подвесными (15%) и с мостовыми кранами (35%); здания с фонарями и бес фонарные; здания со скатной и мало уклонной кровлей. Рекомендуется проектировать одноэтажные промышленные здания прямоугольными в плане, с одинаковыми пролетами, без перепадов высот во избежание снеговых мешков. Вопрос о выборе материала несущего каркаса должен решаться на основе технико - экономического анализа. Основной материал для одноэтажных здания - сборный железобетон. Из него возводят здания для 85% производственных площадей, тогда как из металла - лишь для 12%, а из других материалов - для 3%. Стальные несущие конструкции рекомендуют применять при больших пролетах и высотах здания в зданиях с тяжелым крановым оборудованием, при необходимости установки мостовых кранов в двух ярусах, при строительстве в отдаленных районах.

Компоновка здания. Каркасные здания проектируют с обязательным соблюдением модульных размеров, принимаемых на основании Единой модульной системы. Для производственных зданий пролет до 12м принимается кратным 3,0м, а при большем пролете - кратным 6,0м. Высота помещений устанавливается кратной 0,6м при высоте до 6м и кратной 1,2м при высоте более 6 м. Шаг колонн принимается 6 и 12м. Унифицированы не только объемно - планировочные параметры: пролет, шаг колонн, высота помещения, но и их взаимосочетания, называемые унифицированными габаритными схемами.

Основные несущие элементы каркасного одноэтажного здания - поперечные рамы, которые воспринимают нагрузки от массы покрытия, снега, кранов, давления ветра на продольные стены и обеспечивают жесткость здания в поперечном направлении. Поперечная рама здания состоит из колонн, заделанных в фундаменты или блочную часть здания, и ригеля покрытия (балка или ферма), опирающегося на колонны.

Колонны обычно соединяются с фундаментами жестко, а ригели со стойками - жестко или шарнирно. Для сборных конструкций чаще применяют шарнирное соединение. В этом случае нагрузка, приложенная к одному из элементов, не вызывает изгибающих моментов в другом. Это дает возможность независимой типизации ригеля и колонн, упрощает конструкцию стыка и допускает массовое заводское изготовление элементов. В результате конструкции одноэтажных рам с шарнирными узлами оказываются более экономичными, несмотря на то, что усилия в них больше, чем при жестоком соединении элементов. Конструктивно соединение ригеля с колонной выполняется с помощью анкерных болтов и монтажной сварки опорного листа ригеля с закладной деталью в колонне.

Разбивка здания на температурные блоки. Вследствие больших размеров промышленных зданий в плане и непрерывности покрытия, представляющего единую жесткую плиту, изменения температуры наружного воздуха вызывают заметные деформации (удлинения и укорочения) поперечных и продольных ригелей, подкрановых балок и т. д. Усадка бетона приводит к аналогичным деформациям, вызывающим укорочение элементов. Эти деформации обусловливают возникновение значительных дополнительных усилий в колоннах, которые могут вызвать образование чрезмерных трещин и разрушение части элементов. Для уменьшения такого рода усилий в конструкциях предусматривают температурно - усадочные швы, устраиваемые на спаренных колоннах с доведением шва до верха фундамента.

Если расстояние между швами не превышает определенных значений, а ригели покрытия относятся к 3-й категории по трещиностойкости, то расчет на температурные воздействия может не производиться. В этом случае максимально допустимое расстояние l_td между швами составляет в отапливаемых одноэтажных промышленных зданиях из сборного железобетона 72, в не отапливаемых - 48м. В ряде случаев оказывается целесообразным рассчитывать каркас на температурные воздействия и увеличивать l_td. Это дает экономию за счет уменьшения числа попречных рам. Температурные _t и усадочные _sh деформации в пределах блока вычисляют по формулам:

_t = a_b l_td t⁰; _sh = a_sh l_td,

где a_b - коэффициент линейной температурной деформации бетона, равный 1. 10^-51/град; a_sh - коэффициент линейной усадки бетона, равный

15. 10^-5; t⁰ - максимальный расчетный перепад температуры.

Усилия в конструкциях, вызванными указанными деформациями, определяют методами строительной механики. В тех случаях, когда здание возводится на площадке с разнородными грунтами, а также когда его части имеют различную высоту и возможно их неравномерное вертикальное смещение, устраивают осадочные швы. Ими разрезают здание, включая и фундаменты, чтобы обеспечить частям здания независимую осадку. Осадочные швы обычно совмещают с температурно - усадочными.

Обеспечение пространственной жесткости каркаса. Пространственной жесткостью здания или сооружения называют его способность сопротивляться воздействию горизонтальных нагрузок. Обеспечение пространственной жесткости имеет важное значение, поскольку чрезмерные перемещения каркаса могут привести к нарушению нормальной эксплуатации здания (работы кранов и т.п.). Пространственной жесткость каркаса одноэтажного промышленного здания в поперечном направлении обеспечивается расчетом и конструкцией поперечной рамы. Это объясняется тем, что специальные связи в этом случае установлены быть не могут, так как они препятствовали бы технологическому процессу. Поэтому основными факторами, обеспечивающими поперечную пространственную жесткость, защемление колонн в фундаментах и достаточная изгибная жесткость колонн. Пространственная жесткость здания в продольном направлении и восприятие продольных горизонтальных нагрузок (давление ветра на торец здания, продольное усилие крана) обеспечиваются продольными рамами здания. Они включают колонны поперечных рам, фундаменты, плиты покрытия, подкрановые балки и вертикальные связи.

Вертикальные связи устанавливают по элементам покрытия и по колоннам. По элементам покрытия связи размещают в крайних пролетах температурного блока вдоль продольных осей на уровне опорных частей несущих конструкций покрытия. При скатной кровле и высоте опорной части ригеля до 900мм можно не ставить связи. Вертикальные связи по колоннам устанавливают в середине температурного блока. В бескрановых зданиях при высоте от уровня пола до низа несущих конструкций до 7,2м включительно вертикальные связи по колоннам не ставят.

Железобетонные строительные балки и плиты покрытий

Железобетонные строительные балки применяют для перекрытия пролетов 6,9,12м. При пролетах 24м и более они уступают фермам по технико - экономическим показателям и, как правило, не используются. Балки пролетами 6 и 9м предназначены преимущественно для покрытия. Балки пролетом 18м применяют в качестве поперечных ригелей, по которым укладывают плиты 3х6 или 3х12м. В зависимости от профиля кровли балки бывают двускатными, односкатными, с параллельными полками, с ломаным или криволинейным очертанием верхней полки. Двускатные балки имеют уклон верхней полки 1: 12 для скатных кровель, 1: 30 - для мало уклонных кровель. Из - за экономичности их чаще других применяют для покрытий пролетов 18м. Определенные трудности при их изготовлении связаны с устройством каркасов переменной высоты. При необходимости пропуска коммуникаций в уровне покрытия (воздуховоды и т. п) используют двухскатные решетчатые балки пролетом 12 и 18м. Одноактные балки обычно применяют для устройства кровли с односторонним уклоном, например, в пристройках.

Балки с параллельными полками наиболее просты в изготовлении, имеют арматурные каркасы постоянной высоты и применяются в качестве продольных ригелей при горизонтальных кровлях. Однако по расходу бетона и арматуры они уступают двускатным. Балки с ломаным и криволинейным верхним пояском, несмотря на экономичность, не нашли широкого применения из - за сложности их изготовления. Высота сечения балок в середине пролета (1/10…1/12)l.

В целях экономии бетона сечение балок приминают тавровым (при l = 6; 9м) и двутавровым (l = 12; 18м). Ширину верхней полки балок из условия оперения плит покрытия и обеспечения устойчивости при транспортировании и монтаже принимают равной 1/50..1/60, что обычно составляет 20..40см. Толщину вертикальной стенки в средней части пролета (6…8см) назначают исходя из условий изготовления балки (в вертикальном положении) и размещения поперечной арматуры (одного или двух каркасов).

Балки покрытий изготавливают из тяжелого бетона классов В25…В50 и из бетона на пористых заполнителях классов В25…В40. В основном применяют предварительно напряженные конструкции, армируемые высокопрочными стержнями, одиночной высокопрочной проволокой или пучками из нее, используются и семи проволочные канаты. Балки изготавливают на заводах строительных материалов и конструкций с натяжением арматуры на упоры.

Типовые балки со сплошным двутавровым поперечным сечением и решетчатые разработаны с несколькими вариантами армирования продольной напрягаемой арматурой классов А - IV, А- V, А- VI, Вр -II и К-7. Балки рассчитывают на равномерно распределенные нагрузки от собственного веса, веса кровли и снега, а также на сосредоточенные силы от веса фонаря и подвесного транспорта, если он есть в здании, при этом учитывается наиболее невыгодное сочетание нагрузок.

Железобетонные стропильные фермы покрытий

Железобетонные стропильные фермы применяют в качестве ригелей покрытий промышленных и общественных зданий при пролетах 18,24,30м шаге 6 и 12м. При больших пролетах железобетонные фермы получаются тяжелыми, неудобными при транспортировании, трудоемкими в монтаже и могут применяться лишь при специальном обосновании. Очертания строительных ферм зависят от профиля кровли и общей компоновки покрытия. По расходу материалов наиболее рациональны сегментные фермы с криволинейным или ломаным верхним поясом, так как их очертание в значительной степени совпадает с эпюрой моментов от внешней нагрузки. Решетка сегментных ферм может быть треугольной и без раскосной. Безраскосные фермы по расходу материалов менее экономичны, так как в поясах и стойках таких ферм возникают значительные изгибающие моменты, а в треугольной решетке железобетонных ферм стержни работают на сжатие или растяжение. Однако трудоемкость и стоимость изготовления без раскосных ферм ниже, чем у ферм с треугольной решеткой. При возведении одноэтажных производственных зданий часто применяют двускатные полигональные фермы, для плоских кровель используют фермы с параллельными поясами.

Размеры панелей обычно назначают равными 3м. Высота ферм в середине пролета в зависимости от типа фермы находится в переделах (). При пролетах до 18…24м фермы обычно изготавливают цельными, при пролетах свыше 24м - из отдельных элементов, соединяемых с помощью монтажных стыков в середине пролета. Растянутые элементы ферм (находящие расходы и нижние пояса) обычно изготовляют предварительно напряженными. Для напрягаемой арматуры применяют горячекатаные арматурные стержни периодическое профиля классов А-IV, А-V, А_т-IV, арматурные семи проволочные пряди класса К-7, канаты и пучки из высокопрочной прополки. Конструкция сборной предварительно напряженной железобетонной фермы пролетом 24м показана. Зону анкеровки предварительно напряженной стержневой косвенным армированием с помощью сеток. Верхний пояс и стержни решетки армируются сварными каркасами.

Железобетонные стропильные арки

Арками называют системы, состоящие из криволинейных элементов, горизонтальное смещение опор которых ограничено. Это приводит к возникновению распора, обеспечивающего работу арки преимущественно на сжатие. В одноэтажных промышленных зданиях арки применяют в покрытиях средних и больших пролетов . Имеются примеры использования арочных конструкций в ангарах, спортивных сооружениях, мостах, где пролеты превышают 100м.

В зависимости от статической схемы работы арки бывают бес шарнирные, двух шарнирные и трех шарнирные. Они могут возводиться с затяжками или без них, в последнем случае для восприятия распора следует предусматривать специальные конструкции фундаментов. Самые простые при изготовлении и возведении - бес шарнирные арки, однако поскольку это статически неопределимые конструкции, то в них могут появляться дополнительные усилия из - за осадок опор, температурных деформаций, ползучести и усадки бетона. Наиболее экономичны двухшарнирные арки с затяжками, воспринимающими распор. Стрела подъема таких арок принимается в пределах отношение высоты поперечного сечения к пролету должно составлять h/L = 1/30…1/50. Трехшарнирные арки используются реже, так как в этом случае требуются дополнительные работы по устройству шарниров и устройству тяжелых фундаментов для восприятия распора.

Очертание оси арки чаще всего принимается круговым, реже параболическим. Оптимальным очертанием оси арки ведет такое, когда оно совпадает с эпюрой моментов. Поперечные сечение арок принимают прямоугольными, двутавровыми, коробчатыми, решетчатыми и складчатыми. Продольная арматура в сечении размещается конструктивно, железобетонные затяжки необходимо делать предварительно напряженными, они конструируются аналогично нижним поясам ферм. Опорные узлы арок показаны. В зонах анкеровки напрягаемой арматуры следует предусматривать косвенное армирование сварными сетками. Для устранения провисания затяжек через 5…6м одна от другой устраивают железобетонные подвески.

Железобетонные рамы

Железобетонные рамы представляют собой плоские стержневые системы, в которых геометрическая неизменяемость обеспечивается жесткими соединениями в узлах. В зависимости от количества пролетов различают рамы однопролетные, многоэтажные. Ригели рам одноэтажных зданий изготавливаются, их соединение с колоннами рам, как правило, жесткое. Стойки рам могут иметь жесткое или шарнирное соединение с фундаментами. Применение предварительного напряжения в ригелях позволяет (известны решения рам с пролетами до 60м).

Широкое распространение получили схемы однопролетные трехшарнирных рам с ломаным ригелем, которые могут иметь разгружающие консоли или быть без них. Рамы представляют собой распорные конструкции, работа которых напоминает работу арок. По расходу материалов рамы несколько менее экономичны, чем арочные конструкции, но по простоте и трудозатратам на изготовление и монтаж они более предпочтительны. По способу изготовления рамы могут быть монолитными и сборными. Монолитные рамы применяются сравнительно редко из - за сложности производства арматурных и бетонных работ. Узлы соединения элементов монолитных рам с фундаментами, в карнизе и коньке, как правило, выполняются жесткими. Значительно чаще используются сборные железобетонные рамы.

Конструктивная схема многоэтажных зданий

Многоэтажные здания по конструктивной схеме разделяются на каркасные, панельные, объемно - блочные и комбинированные. Тот или иной тип выбирают из соображений функционального назначения здания, наличия индустриальной базы, этажности, экономики, условий строительства (вечная мерзлота, сейсмика). В промышленном строительстве наиболее удобны многоэтажные каркасные здания без специальных вертикальных диафрагм, поскольку они могут ограничивать свободное размещение технологического оборудования и производственных коммуникаций. Эти здания имеют, как правило, железобетонный каркас и самонесущие или навесные стены. Основные элементы каркаса, как и в одноэтажном здании - колонны, ригели, плиты перекрытий и покрытия. Иногда возводят здания с неполным каркасом и несущими стенами. Многоэтажные гражданские здания представлены всеми тремя конструктивными системами (каркасной, бескаркасной, смешанной), но чаще принимают бескаркасную систему (панельные здания) или комбинированную систему.

Каркасные здания. Эти здания применяют для получения больших помещений. Это прежде всего производственные, административные и общественные здания. В каркасных зданиях все нагрузки передаются на каркас, который обеспечивает прочность и устойчивость здания при всех видах воздействий. Основными элементами каркасных зданий являются железобетонные колонны, ригели, вертикальные элементы жесткости.

Панельные здания. В жилых домах, гостиницах, общежитиях необходимы частое расположение внутренних стен и обеспечение звукоизоляции. Для необходимой звукоизоляции внутренние стены должны иметь плотность не менее 0,3 т/м², что соответствует толщине бетона 16см. Такие стены, обладая достаточной прочностью, не нуждаются в каркасе. Они связываются и образуют пространственную систему, способную воспринимать горизонтальные и вертикальные нагрузки. Здания такой конструкции называются панельными. В последнем случае торговые помещения можно устраивать в пристройках к основному объему здания, используя объем нижних этажей основного здания под подсобные помещения.

Объемно - блочные здания. Дальнейшим усовершенствованием панельных конструкций являются объемные блоки, изготовляемые на комнату или квартиру. Объемно - блочная схема отличается наибольшей заводской готовностью. Затраты труда на изготовление блоков составляют 75…80% общих трудозатрат. Применяют «блок - стакан», «блок- колпак», «блок - стакан лежащий». Блоки изготовляют монолитными или из плоских панелей путем сварки закладных деталей. Затем блок поступает на специальный конвейер, на котором выполняются отделочные и санитарно - технические работы. Масса блок до 10 т. Блоки опираются друг на друга в углах или по линиям сопряжения стен. В первом случае этажность объемно - блочных зданий обычно ограничивается пятью этажами. Недостаток этого типа зданий - ограниченность планировочных решений, небольшая вариантность размещения блоков в плане здания.

Комбинированные здания. В многоэтажных зданиях, возводимых в больших городах на основных магистралях, целесообразно по санитарно - гигиеническим условиями (шум, запыленность, загазованность) располагать жилые помещения начиная с высоты двух - трех этажей, используя первые этаже под магазины, проезды, гаражи. В этом случае панельная конструкция здания располагается на монолитной или сборной железобетонной раме. Такая конструкция называется комбинированной. Разработка конструктивной части проекта многоэтажного каркасного здания состоит в выборе конструктивной схемы каркаса и его компоновки, расчете здания, отдельных его элементов и узлов сопряжения и конструирования.

Выбор схемы каркаса и его компоновку производят с учетом назначения и объемно - планировочного решения здания, технологических решений, производственной базы и технико - экономического анализа. Он включает в себя выбор способа обеспечения пространственной жесткости здания, сетки колонн, направления ригелей, схемы членя несущих системы на сборные элементы и т.д. Сетка колонн обычно задается архитекторами с учетом требований технологов и Еадиной модульной системы. Направление ригелей может быть продольным и поперечным. Важнейшим при выборе схемы каркаса многоэтажного здания является вопрос о восприятии горизонтальных нагрузок, т.е. об обеспечении пространственной жесткости. Он может быть решен путем соответствующего конструирования узлов каркаса или установкой специальных вертикальных элементов жесткости. По этому признаку несущие системы каркаса делят на рамные, рамно - связевые и связевые.

Рамная система. В рамной системе каркаса несущие функции выполняют колонны и ригели. Ригели жестко связываются с колоннами, в результате чего образуется пространственная система, состоящая из плоских рам. Рамы воспринимают все действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки и передают их фундаментам. С повышением этажности здания изгибающие моменты от ветровой нагрузки в колоннах и ригелях нижний этажей возрастают, что требует увеличения сечения ригелей. Это системы применяют в зданиях не более 8 этажей при недопустимости устройства диафрагм в помещениях, при наличии проемов в перекрытиях зданий и т. п.

Рамно - связевая система. В званиях более 8 этажей горизонтальные нагрузки воспринимаются рамами с жесткими узлами и вертикальными элементами жесткости, а вертикальные нагрузки - рамами и частично - элементами жесткости. В качестве таких элементов обычно используют железобетонные стенки - диафрагмы, а также металлические связи и другие конструкции. Диафрагмы могут быть с проемами и без проемов, а по конфигурации в плане - плоскими, уголковыми, двутавровыми и т. п. Следует стремиться, чтобы диафрагмы были по возможности равномерно распределены по плану здания и увязаны каркаса связаны в пространственную систему перекрытиями, которые помимо основной работы на вертикальные нагрузки и перераспределяют их между рамами и диафрагмами.

Связевая система. Вертикальная нагрузка воспринимается рамами и частично диафрагмами. Стык ригеля с колонной решается таким образом, чтобы он мог воспринять заранее задачный небольшой опорный момент, необходимый для обеспечения пространственной жесткости здания в период его монтажа. Постоянство моментов позволяет полностью унифицировать узловые соединения и соответственно ригели и колонны каркаса. В последнее время разработаны и внедряются чисто шарнирные стыки ригелей с колоннами, позволяющие дополнительно сократить расход металла. Пространственная жесткость в период монтажа здания в этом случае обеспечивается временными связями.

Связевая система получила наибольшее распространение в многоэтажных жилых и общественных зданиях из сборного железобетона. Рамно - связевая система рекомендуется для применения при строительстве в сейсмических районах.

В зданиях высотой более 20 этажей во многих случаях вертикальные конструкции лифтовых шахт, вентиляционных камер, лестничных клеток объединяют в ядра жесткости. Такое решение удобно в планировке и технологично. Стенки ядер жесткости выполняют из монолитного железобетона. Ядро воспринимает все действующие на здание горизонтальные нагрузки и ту часть вертикальных, которая приходится собственно на ядро; остальные вертикальные нагрузки воспринимаются каркасом. В зданиях высотой более 50 этажей ядра жесткости не в состоянии воспринять ветровую нагрузку. В этом случае наружные колонны здания с помощью горизонтальных диафрагм (ростверков) объединяются с ядром жесткости и работают совместно с ним.

Железобетонные конструкции многоэтажных общественных и промышленных зданий

Для многоэтажных общественных и промышленных зданий в зависимости от нагрузок и пролетов применяются разнообразные каркасы с различным шагом колонн. Иногда в одном здании сочетают большепролетные (зальные) и мелкие помещения, т.е. применяют каркасы со смешанной сеткой колонн. В общественных зданиях используют связевые каркасы и большепролетные, в промышленных зданиях - рамные каркасы и большепролетные. К вертикальным несущим элементам таких зданий относятся колонны, ригели, диафрагмы, ядра жесткости. Высоту промышленных зданий назначают по условиям технологического процесса и обычно понимают равной 3…7 этажам. Предполагается увеличение этажности до 8…10 и более. В соответствии с требованиями унификации высота этажа кратна 1,2м. Ширина здания обычно составляет 12…60м. Наиболее распространены сетки колонн 6х6, 9х6и 12х6м. Размеры сетки колонн назначаются с учетом временных нагрузок (10…30 кН/м²).

Пространственный каркас промышленных зданий решается по смешанной системе. Прочность и устойчивость направлении рамой с жесткими узлами в продольно - вертикальными стальными связями по колоннам, устраиваемым в каждом продольном ряду или разреженно через ряд колонн и более. Если в остальных, то для обеспечения устойчивости каркаса в продольном направлении возможно устройство «рамных устоев» в одном или нескольких пролетах. Многоэтажные сборные рамы членятся на отдельные элементы, которые соединяются путем жестких стыков. Наибольшее распространение получили сборные рамы со стыками ригелей и колонн, выполняемых на консолях.

Индустриальным решением является применение неразрезных сборных железобетонных колонн и перекрытий из плит «два Т». Колонны стыкуют через 1,2,3 и даже 4 этажа; последнее - экономичнее, поскольку сокращается число стыков. В большинстве случаев стык колонн устраивают с плоскими торцами колонн и осуществляют путем ванной сварки выпусков продольной рабочей арматуры с последующим омоноличиванием. Возможно соединение арматуры и устройство стыков с помощью эпоксидных смол и. т. д. Сечение колонн 400х400 и 600х400мм, применяют бетон классов В20…В50. Панели ребристые предварительно напряженные шириной 1500мм обычно рекомендуют для междуэтажных перекрытий. Панели, укладываемые по осям колонн, служат распорками и передают продольные нагрузки на связи, а также обеспечивают продольную устойчивость рам при монтаже.

Ригели бывают таврового и прямоугольного сечения, в первом случае панели опираются на полки, во втором - сверху ригеля. Ригели для пролетов 6м изготовляют из бетона классов В15…В25, для пролетов 9м-из тона классов В30…В40. Ригели для пролетов 6м изготовляют с ненапрягаемой и напрягаемой арматурой, а для пролетов 9…12м - только с предварительно напряженной арматурой. Если по условиям технологического процесса требуется большая сетка колонн, то здание проектируют с межфирменными этажами. В этом случае безраскосные фермы жестко связывают с колоннами, и они работают как ригели многоэтажных рам. Межфирменное пространство используют под производственные помещения.

Многоэтажные производственные здания с относительно небольшими полезными нагрузками (до 12,5 кН/м²) могут решаться по связевой системе в обоих направлениях с применением облегченных конструкций каркаса. Колоны в этом случае имеют сечение 400х400мм. Ригели таврового сечения соединяют с колоннами с помощью скрытого стыка. Плиты перекрытый могут быть плоскими высотой сечения 220мм или ребристыми с h=300мм. Пространственная жесткость таких зданий обеспечивается установкой на всех этажах вертикальных элементов - диафрагм из железобетонных панелей, стальных связей или однопролетных многоэтажных рам.

При проектировании даже учета только основных особенностей деформирования многоэтажных зданий для их расчета используют ЭВМ. Для целого ряда конкретных сооружений в видев воздействий оказывается возможным применять еще более упрощенные схемы, например,пространственную систему здания расчленять на части, каждую из которых рассчитывают независимо на приложенные к ней нагрузки как плоскую систему. В этих случаях для расчета можно использовать хорошо известные проектировщикам инженерные методы расчета и вспомогательные таблицы. Такой подход необходим при предварительной приближенной оценке усилий, возникающих в элементах здания, и во многих случаях он обеспечивает достаточную точность.

Железобетонные конструкции многоэтажных гражданских зданий

Каркасные здания. Многоэтажные гражданские каркасные здания широкого применяют для размещения предприятий торговли, как административные, жилые и т. п. Обычно они решаются по рамно - связевой или связевой системам, последняя применяется чаще. К вертикальным несущим элементам таких зданий относятся колонны, диафрагмы и ядра жесткости. Колонны зданий массового строительства при высоте до 16 этажей имеют унифицированное сечение 400х400мм. Увеличение их несущей способности в нижних этажах достигается повышением класса бетона (до В60) и процента армирования гибкой арматурой (до ?=15%). При этом устанавливают продольную арматуру из стали класса А - III. Для колонн зданий большей этажности можно применять жесткую арматуру, однако использование ее в колоннах приводит к большому расходу стали.

Повысить несущую способность колонн и сохранить их унифицированное сечение можно путем поперечного армирования часто расположенными сварными сетками армирования в сочетании с продольной обычной и особенно высокопрочной арматурой. В этом случае предельные продольные деформации бетона при сжатии повышаются более чем в 2 раза и напряжения в сжатой высокопрочной арматуре достигают условного предела текучести. Наряду с этим появились предложения по усилению колонн нижних этажей, нагруженных продольными силами с малыми эксцентриситетами, сердечниками из высокопрочной гибкой арматуры.

Диафрагмы, воспринимающие главным образом горизонтальные нагрузки, обычно образуются из железобетонных панелей толщиной 14…18см, располагаемых между колоннами и соединенных с ними с помощью связей, воспринимающих сдвигающие усилия. Панели диафрагм могут быть плоскими или двух консольными. Двух консольные располагают в плоскостях, параллельных рамам каркаса, совмещая их с ригелями. Армируют панели контурными и промежуточными каркасами из стержней диаметром 12…16мм или сетками из проволоки диаметром 5…6мм с шагом 200мм, располагаемыми у обеих граней. Связи между панелями и колоннами осуществляют путем сварки закладных деталей: вертикальные швы заполняют цементно - песчаным раствором, горизонтальные швы бетоном на мелком щебне. Горизонтальные стыки диафрагм могут быть шапочными и плоскими. Практика показывает, что при таком соединении диафрагмы работают как сплошные монолитные столбы.

Количество и расстановка диафрагм в плане здания должны обеспечивать необходимую прочность и пространственную жесткость здания в обоих направлениях, препятствовать кручению его в плане, не создавать больших температурных усилий или неравномерных деформаций вертикальных элементов. Следует стремиться к сокращению общего числа диафрагм, увеличивая их размеры. При больших горизонтальных нагрузках в диафрагмах, обычно работающих на сжатие, в части сечений могут возникать растягивающие усилия. В этом случае диафрагмы могут быть запроектированы предварительно напряженными.

Ядра жесткости выполняются монолитными и сборными. Сечение ядер жесткости может быть коробчатым, двутавровым и т. п. Монолитные ядра жесткости делают в скользящей или переставной опалубке, при этом оставляют отверстия для дверных проемов и установки ригелей. Толщина стенок 20…40см. Сборные ядра собирают из отдельных панелей стен подобно плоскими диафрагмам. В зданиях, имеющих значительную протяженность или сложную форму в плане, может устраиваться несколько ядер жесткости. Плиты и ригели составляют сборные перекрытия. Ригели проектируют таврового сечения с полкой в нижней зоне, на которую опираются плиты перекрытий; такое решение позволяет снизить строительную высоту этажа, однако в этом случае необходимо исключить возможность откола полки в месте ее примыкания к ребру путем увеличения ее высоты или армирования. Ограничения опорного момента заданной величиной (55 кН. м) достигают с помощью специальной металлической накладки по верху ригеля - «рыбки», привариваемой к ригелю и колонне. «Рыбка» имеет суженный участок, поперечное сечение которого соответствует растягивающему усилию при заданном опорном моменте. Увеличение нагрузки вызывает в суженной части накладки пластические деформации, обеспечивающие поворот сечение ригеля без увеличения опорного момента. Стыка связевого каркаса может также решаться шарнирными. Конструкция его отличается от рассмотренной отсутствием «рыбки». В рамно - связевых системах, где узлы воспринимают изгибающие моменты от эксплутационных нагрузок, стык принципиально выполняется так же, как и в рамных системах.

Панельные здания. Эти здания характерны главным образом для жилищного строительства. Ширина зданий из условий помещений назначается 12…16м. Панельные дома массового строительства решаются в одном из следующих вариантов; 1) с продольными и поперечными несущими стенами; 2) только с продольными несущим; и 3) только с поперечными несущими стенами. Конструктивная схема с поперечными несущими стенами более выгодна, так как панели перекрытий в этом случае опираются на внутренние поперечные стены (перегородки), что позволяет предельно укрупнять и облегчать наружные стеновые панели. Последние, не воспринимая нагрузки от перекрытий и выполняются из легких эффективных материалов. Основные конструкции панельных зданий - внутренние и наружные стеновые панели и панели перекрытий.

Внутренние несущие панели стен обычно проектируют однослойными из тяжелого бетона класса не ниже В15. Толщина панелей определяется требованиями прочности, звукоизоляции и огнестойкости. Наружные несущие стены выполняют в виде однослойных панелей толщиной 240…350мм из ячеистого бетона. Наружные несущие панели проектируют преимущественно двухслойными или трехслойными. Арматуру устанавливают только в слоях тяжелого бетона и выполняют в виде пространственного арматурного блока. Расчетной является только арматура перемычек. Панели перекрытий изготовляют в виде многопустотных или сплошных плит. При пролетах до 4,8м плиты выполняют без предварительного напряжения, при больших пролетах - предварительно напряженными. В здании с продольными и поперечными несущими стенами (первый вариант) панели работают как плиты, опертые по трем или четырем сторонам, в остальных случаях - по двум.

Соединения панелей стен и перекрытий должны обеспечить совместную работу элементов в здании и восприятие усилий сжатия, растяжения и сдвига. Вертикальные стыки между панелями осуществляют с помощью бетонных шпоночных швов и сварки закладных деталей. Горизонтальные стыки по способу передачи сжимающих усилий подразделяются на платформенные, контактные и комбинированные. Сопряжения внутренних стен с перекрытиями обычно выполняют с платформенными стыками, наружных - с платформенными и комбинированными. конструкция здание каркасный железобетонный

В последние годы разработано конструктивное решение, получившее название «скрытый каркас», совмещающее достоинства зданий каркасного и панельного типа. Несущими вертикальными конструкциями являются панели, усиленные бортовыми стальными элементами. Конструкции «скрытого каркаса» экономичнее обычных каркасных за счет хорошей совместной работы панелей с бортовыми элементами и позволяют довести этажность здания до 50и более.

4. Многоэтажные здания

4.1 Гражданские здания

В настоящее время основными типами зданий являются каркасно-панельные и крупнопанельные (бескаркасные), монтируемые из крупноразмерных сборных железобетонных изделий заводского изготовления.

Каркасно-панельные здания проектируют с полным или неполным каркасом. При полном каркасе ребристые панели перекрытия опирают по углам на колонны. Колонны и рёбра перекрытий образуют пространственный каркас здания. Панели стен и внутренних перегородок - самонесущие и крепятся к стойкам каркаса. При неполном (внутреннем) каркасе крайних колонн нет, а панели наружных стен несущие. Панели перекрытий опираются на несущие наружные стены и внутренние колонны каркаса.

Широко распространены, особенно в жилищном строительстве, крупнопанельные (бескаркасные) здания; благодаря отсутствию каркаса и повышению степени заводской готовности элементов уменьшается трудоёмкость монтажа и стоимость таких зданий.

В многоэтажных каркасных зданиях размещаются предприятия легкой промышленности (приборостроения, химической, текстильной и пр.), холодильники, склады, гаражи. А также гостиницы, лечебные учреждения и др. Высоту промышленных зданий из условий эксплуатации и экономической целесообразности назначают в пределах семи этажей (до 40м), а гражданских - до 12 этажей; высотные здания имеют 20 этажей и более. Ширину многоэтажных промышленных зданий в целях унификации конструктивных схем принимают равной 18, 24, 36м и более, расстояние между поперечными разбивочными осями (шаг колонн) - 6м (иногда и более - до18м), высоту этажей - кратной модулю 0,6м. Ширина гражданских зданий обычно не превышает 14м. Многоэтажные каркасные здания проектируют с полным каркасом, где стены являются самонесущими или навесными и с неполным каркасом, когда крайние ряды стоек каркаса заменяют несущими стенами. Промышленные здания проектируют преимущественно с полным каркасом.

Многоэтажные каркасные здания представляют собой систему поперечных рам, связанных в продольном направлении жесткими в своей плоскости междуэтажными перекрытиями. Перекрытия могут быть балочными или безбалочными; в последнем случае ригелем рамы служит железобетонная плита, жестко связанная с капителями колонн. Вертикальные нагрузки в каркасных зданиях во всех случаях передаются на поперечные рамы. В зависимости от того, как воспринимаются горизонтальные нагрузки, различают каркасные здания рамной и рамно-связевой конструктивных систем.

В зданиях рамной системы горизонтальные нагрузки (ветровые) полностью передаются через стены и перекрытия на поперечные рамы, которые должны быть рассчитаны на воспринятие таких нагрузок. В зданиях рамно-связевой системы горизонтальные нагрузки через наружные стены передаются на междуэтажные перекрытия, которые, работая как горизонтальные диафрагмы, передают давление на вертикальные связевые диафрагмы. Такими диафрагмами могут быть поперечные и торцевые стены, блоки лестничных клеток и др. Вертикальные связевые диафрагмы работают на горизонтальные нагрузки как консоли, защемленные в фундаменте. При недостаточно жестких вертикальных связевых диафрагмах часть горизонтальных нагрузок передаётся на поперечные рамы.

Каркасные здания рекомендуется проектировать из сборных железобетонных элементов - колонн, ригелей, панелей перекрытий.

4.2 Промышленные здания

Многоэтажные П. з. сооружаются в основном для производств, требующих организации вертикального (самотёчного) технологического процесса, а также для ряда производств, оснащенных сравнительно лёгким малогабаритным оборудованием (точное машиностроение, приборостроение, электронная и радиотехническая промышленность, лёгкая и пищевая индустрия, полиграфическая промышленность и др.). Многоэтажные П. з. обычно освещаются естественным светом через боковые светопроёмы; широкие многоэтажные П. з. имеют совмещенное освещение. В массовом строительстве преобладают П. з. с числом этажей от 3 до 6 и нагрузками на перекрытия 5-10 кн/м². В тех случаях, когда строительство осуществляется на площадках ограниченных размеров, могут применяться П. з. повышенной этажности (до 10 этажей и более). Для современных многоэтажных П. з. характерны сетки колонн 6ґ6 м, 9ґ6 м, 12ґ6 м с тенденцией к использованию ещё более крупных сеток. Общая ширина многоэтажных П. з. обычно 36-48 м.,б). В многоэтажных П. з., предназначенных для производств с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды и стабильности температурно-влажностного режима, обычно устраивают технические этажи для размещения инженерного оборудования и коммуникаций, в), которые, в частности, могут располагаться в пределах высоты ферм междуэтажных перекрытий. Наблюдается тенденция к увеличению удельного веса многоэтажных П. з. в общем объёме промышленного строительства в связи с необходимостью экономии городских территорий и земель, пригодных для использования в сельском хозяйстве.