Каркасно стеновой несущий остов
Обновлено: 17.05.2024
Несущий остов - это совокупность конструктивных элементов (стены, колонны, фундаменты, балки, перекрытия) объединеных в единую систему, которая обеспечивают прочность, жесткость и устойчивость дома. Прочность несущего остова - это способность его сопротивляться воздействию действующих на него нагрузок (веса конструкций, людей, ветра, снега, мебели и т.д.), не разрушаясь и не получая критических прогибов и деформаций. Жесткость несущего остова — способность не менять форму остова под действием таких нагрузок, а устойчивость - это сопротивляемость опрокидыванию или сдвигу. Дом должен быть запроектирован таким образом, чтобы при действии нагрузок не было утрачено ни одно из этих качеств. Отметим, что каждая конструкция выполняет свою отдельную функцию (лестницы сообщают этажи, стены ограждают от улицы и воспринимают нагрузки от перекрытий и т.д), иногда не одну , но в составе несущего остова они все взаимосвязаны и работают как единый «скелет» дома, то есть работа конструкций рассматривается в комплексе.
Необходимость применения конкретного вида несущего остова дома обусловлена:
- Функциональным фактором (в зависимости от назначения помещений и всего дома; к примеру, Вы хотите получить дом со свободной планировкой, много неразграниченного пространства, для этого лучше использовать каркасный остов, а для стандартного коттеджа, с множеством комнат подойдет бескаркасный остов с разграничением стенами);
- Архитектурным фактором (благодаря разным видам несущего остова дому можно придать архитектурную выразительность. К примеру коттедж в стиле «хай тек» лучше и легче выполнить в каркасном несущем остове, а дом в «русском стиле» в бескаркасном);
- Технико-экономическим фактором (при проектировании возможно произвести расчет стоимости и сроков строительства с разного вида несущими остовами, исходя из полученных данных принимать окончательное решение);
- Кроме всего, выбор зависит от того, из чего Вы хотите дом (материал и конструкция стен). Например, если Вы решили строить дом с бескаркасным несущим остовом, то стена из пеноблока без дополнительных конструктивных решений (монолитные пояса, армирование сетками) невозможно.
На начальной стадии проектирования коттеджа очень важно для архитектора и конструктора определить, что в данном случае будет выступать несущим остовом, какие конструкции будет его составляющими, каким образом они будут соединены, как они будут сопротивляться действию нагрузок. Грамотное совмещение в Вашем доме всех пожеланий: планировки, архитектурного стиля, эргономичности дома, соответствия современным технологиям и требований жесткости, прочности и устойчивости и является главной задачей для тандема «архитектор-конструктор». Архитектор в данном случае расскажет и покажет каким будет Ваш дом, а конструктор расчетами покажет как осуществить эту задумку и какой несущий остов(может быть и несколько вариантов) применим в данном случае.
Виды несущего остова
На данном этапе строительства частных домов существуют и применяются 3 вида несущих остовов:
- Бескаркасный (стеновой) несущий остов;
- Каркасный несущий остов;
- Комбинированный несущий остов (неполный каркас).
Описания, недостатки и преимущества каждого вида будут описаны ниже.
Бескаркасный (стеновой) несущий остов
Это самый распространенный в коттеджном строительстве тип. Самый простой тип строительства частных домов и поэтому его применяют при строительстве коттеджей и частных домов повсеместно. В данном случае несущий остов образуется из массивных продольных и поперечных стен, связанных с фундаментом, перекрытия (балочные или плитные, подробнее о перекрытиях в статье «Перекрытия в частном загородном доме») уложенных на стены, лестниц (они придают жесткость остову по вертикали и горизонтали. Можно сказать, что несущий остов представлен в виде жесткой и устойчивой коробки, состоящей из связанных стен и перекрытий. Нижняя часть стен обычно более массивна чем стены верхних этажей, из-за того что она должна воспринимать вес вышележащих
перекрытий и стен. К примеру цокольный этаж коттеджа может быть выполнен из керамического кирпича толщиной 510 мм, а второй этаж может иметь более тонкие стены 380 мм. Таким образом стены должны выполнять роль несущей конструкции и теплоизолирующе-ограждающей.
Стены в данном типе остова могут быть выполнены из кирпича, железобетонных блоков, блоков из легких бетонов, природного камня, дерева и т. д. Толщина несущих стен в зависимости от материала может быть от 250 мм до 700 мм. Толщина ненесущих стен и перегородок от 100мм. Плиты перекрытия обычно сборные или монолитные, толщиной от 150 мм.
Бескаркасный несущий остов может быть таких видов:
В данном случае основой остова выступают несущие стены, которые располагаются вдоль длинной стороны частного дома, перекрытия укладываются поперек дома (то есть перпендикулярно стенам). Устойчивость и жесткость таких зданий обеспечивается лестничными маршами, торцевыми и поперечными стенами, перекрытия выполняют роль жесткой горизонтальной диафрагмы. Шаг продольных стен в таких домах обычно равен длине плиты перекрытия (4,2 м;5,4 м;6 м). Такой тип остова применяют в домах имеющих вытянутую форму.
Несущие стены располагаются вдоль меньшей стороны дома и перекрытия укладываются на них. Стены вдоль длинной стороны дома можно делать не несущими или самонесущими (стены способные выдерживать нагрузку только от своего веса), но при этом они должны обладать теплоизолирующими свойствами и защищать от уличной температуры. Остов с поперечными несущими стенами обладает по сравнению с несущим остовом с продольными несущими стенами большей поперечной жесткостью и устойчивостью. Недостаток этой конструктивной системы связан с невозможностью варьировать ширину жилых помещений, которая раз и навсегда ограничена поперечными несущими стенами.
- с продольными и поперечными несущими стенами
Эта схема представляет собой комбинацию из продольных и поперечных несущих стен, перекрытия укладываются в продольном и поперечном направлениях. Такие схемы применимы для коттеджей, в которых архитектурную форму тяжело решить при помощи только продольных или только поперечных несущих стен. То есть когда коттедж имеет неординарную форму в плане и сложно решить пространство только продольными или только поперечными стенами.
Жесткость и устойчивость несущего остова в таких домах обеспечена за счет взаимосвязи стен и перекрытий, лестничных маршей(в случае если лестничный марш выполнен из монолитного железобетона или металлаи жестко связан с несущими элементами остова).
Каркасный несущий остов
Каркасные здания до недавнего времени были атрибутом промышленного строительства, но сейчас такой несущий остов все чаще стал применяться в частном строительстве.
Каркасный несущий остов представляет собой связанные в единую систему колонны, ригели, перекрытия, лестницы, фундаменты. Колонны каркаса размещены как по периметру, так и внутри дома , на них укладывают ригеля(балки), которые поддерживают плиты перекрытия. Жесткость и устойчивость таким домам придают диафрагмы жесткости (железобетонные стены), перекрытия связанные с колонами, лестницы. Они воспринимают горизонтальные и вертикальные нагрузки действующие на дом. Стены выполняются самонесущими или навесными (крепятся к наружным колоннам каркаса) и выполняют ограждающюю и теплоизолирующую функции. Таким образом достигается экономия материалов: несущие конструкции имеют толщину требуемую по конструктивному расчету, а ограждающие конструкции рассчитанную по теплотехническому расчету толщину. Шаг колон и ригелей в таких домах обычно составляет от 3 до 7 м. Толщина колон от 200*200 мм до 500*500 мм, толщина перекрытия от 150 мм.
Такой вид остова применим:
- В домах со свободной планировкой (вообще без перегородок). Планировки этажей могут отличаться, из-за того что всю нагрузку берет на себя каркас, а внутренние стены служат только для решения архитектурных объемов;
- Для постройки домов в сейсмических районах (Крым, Карпаты);
- Если архитектурой дома задано большое (5-6 м) расстояние между колоннами или сложная форма перекрытия (нет возможности уложить сборные плиты перекрытия или сложно вести кладку).
Каркасный остов частного дома может быть выполнен из бетонных конструкций изготовленных на заводе, в основном это конструкции для гражданского строительства, они имеет определенные размеры, шаг колонн, размеры сечений и их тяжело применять для частного строительства. К примеру стандартный шаг колонн в гражданском строительстве 6-9 метров, он вряд ли понадобится в частном доме, где шаг колон не будет превышать 4-5 метров. В основном такой остов выполняется из монолитного железобетона класса В15-В30. Шаг колонн, высоту перекрытий, этажей выбирают в зависимости от архитектуры дома и нет необходимости «подстраиваться» под типовые изделия. Дом в таком случае представляет из себя железобетонный монолитный каркас и самонесущие стены из легкого бетона или природного камня (ракушечник).
Для каркасного типа зданий могут применяться схемы:
- Ригельная (перекрытия опираются на ригеля, которые уложены на колонны. Ригеля обычно высотой 200-400 мм, за счет их высоты пропадает полезная высота этажа, поэтому такая схема малоэффективна в частном строительстве);
- Безригельная (применяется обычно в коттеджах с оригинальными компоновочными решениями планов, в таких домах нет ригелей, всю нагрузку воспринимают перекрытия и передают их на колонны. За счет этого толщина перекрытия возрастает до 200-250 мм).
Комбинированный несущий остов
Как понятно из названия, остов представляет собой совместную модель каркасного и бескаркасного типа. В данном случае несущими конструкциями выступают колонны и ригеля (находящиеся внутри) и массивные стены (которые находятся по периметру). Перекрытия опираются одним концом на стены, другим на ригеля(балки). Таким образом стены выполняют несущую и теплозащитную функцию. Колонны, в свою очередь, несут только вертикальные нагрузки. Обычно в частных домах до трех этажей колонны выполняются из керамического кирпича армированного арматурными сетками или железобетона. Устойчивость и жесткость дома обеспечена стенами жесткости (стены выполненые из железобетона или кирпича, распологаются вдоль или поперек дома), лестницами (так же как и в бескаркасном остове) и перекрытия связанными с стенами и колоннами.
Такой вид остова применим:
- Если Вы хотите рационально использовать площадь, но при этом есть необходимость в массивных стенах по периметру дома для обеспечения теплоизоляции;
- В домах с применением технологии «несъемной пенопластовой опалубки».
Комбинированный несущий остов позволяет эффективно использовать площади коттеджа и делить жилое пространство как Вам захочется. К примеру на первом этаже дома Вы решили сделать просторный холл и большую гостиную, а на втором спальни и рабочий кабинет при помощи комбинированного несущего остова можно легко решить такую планировку. Плиты перекрытия могут применяться сборные железобетонные или монолитные. Материал для таких видов зданий может быть железобетон, кирпич, керамические блоки, дерево и т.д. Размеры колонн от 200*200 мм до 500*500 мм, толщина несущих стен от 380 мм, толщина перекрытия от 150 мм (монолитное перекрытие) или 220 мм (сборная плита).
Примеры конструирования несущего остова
Теперь на нескольких примерах я покажу Вам каким образом можно осуществить выбор для Вашего будущего дома. Я буду ставить условие в виде нескольких фраз-описания дома и тут же давать схема несущего остова для воплощения такой схемы в жизнь.
Условие №1. Будущий дом должен иметь массивные стены из глинянного кирипча, которые будут защищать его от температурных воздействий и предавать вид «английского дома». Фундаменты должны быть монолитные, так как я знаю технологию их строительства и мне легко будет расчитать затраты.
Варианты несущего остова
Самым простым и верным несущим остовом для такого дома будет бескаркасный несущий остов с несущими поперечными и продольными стенами. Стены будут служить конструктивно(нести нагрузку) и декоративно (придавать желаемую стилистику. Под такие стены просто и экономично устроить ленточный фундамент, что отвечает 2-му требованию.
- Условие №2. Предполагается постройка дома в современном стиле, вид дома должен быть в стиле «хайтек» или «минимализм», не должно быть округлых форм, все углы только под 90 градусов. Дом будет прямоугольной формы в плане. Крыша должна быть плоской, частично эксплатируемой- будет устроена терраса.
Сам собой напрашивается несущий остов в виде монолитного каркасного остова, при помощи такой конструктивной схемы легко выполнить плоскую кровлю и дать возможность хозяину дома ее использовать. Четкая(прямоугольная или квадратная) сетка колонн и ригелей даст возможность хозяину выполнить его в заданном стиле.
- Условие №3. Необходимо создать проект дома на 2 семьи. Дом будет расположен вдоль улицы и иметь 2 отдельных входа. Материал стен - кирпич или пенобетон.
Для такого вида дома хорошо подходит бескаркасный несущий остов с продольными несущими стенами из кирпича. Плиты перекрытия будут укладываться на несущие стены. Жесткость дому придаст лестничный марш.
- Условие №4. На первом этаже необходимо создать много свободного пространства, без стен и перегородок. Перекрытия выполнить монолитными из-за невозможности применения сборных плит перекрытия.
Как писалось выше здесь можно применить комбинированный несущий остов. Роль несущих конструкций будут выполнять монолитные железобетонные колонны (в середине дома) и капитальные стены (по его периметру). Колонны легко связать с монолитным перекрытием и стенами, таким образом обеспечить жесткость и устойчивость здания.
Таким образом, каждый вид несущего остова дает свои положительные и отрицательные черты. При его выборе в самом начале проектирования необходимо четко уяснить дом какого типа и с какими параметрами Вы хотите получить в итоге.
Вся совокупность конструктивных элементов несущего остова многоэтажных зданий в каждом отдельном случае объединена между собой вполне определенном образом, образуя в пространстве единство закономерно расположенных частей, т.е. конструктивную систему. Так называют способ размещения несущих горизонтальных и вертикальных конструкций в пространстве,их взаимное расположение, способ передачи усилий и т.п.
Виды конструктивных систем:
1)При стеновом несущем остове
Системы с продольно расположенными несущими или, с продольными несущими стенами (расположены вдоль длинной,фасадной стороны здания и параллельно ей). Таких параллельно расположенных стен может быть две, три, четыре. Соответственно бытуют названия «двухстенка», «трехстенка» и т.п.
Системы с поперечно расположенными (с поперечными) несущими стенами. Разновидности: с широким шагом (более 4,8м); узким шагом (4,2…4,8м); со смешанными шагами.
Системы с перекрестным расположением несущих стен (перекрестно-стеновая система).
2)При каркасном несущем остове
Определяющим признаком в этом случае является расположение ригелей каркаса. Ригель- стержневой горизонтальный элемент несущего остова (главная балка, ферма и т.п.),передающий нагрузки от перекрытий непосредственно на стойки каркаса. Различают четыре типа каркасных систем: с поперечным расположением ригелей, с продольным, с перекрестным, с безригельным каркасом, при котором ригели отсутствуют, а безбалочные плиты перекрытий опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны.
При комбинированном несущем остове
Сочетания стержневых и плоскостных вертикальных опор:
Системы, в которых каркас расположен в пределах нижних 1…3 этажей, а выше бескаркасный несущий остов. Расположение стен- по переферии, а стоек каркаса- внутри здания (неполный каркас).Системы со стеновым остовом- в одном или в несколько центрально расположенных стволах, которые обстроены по переферии стойками каркаса в один или несколько рядов и т.д.
Стеновой несущий остов – самый распространенный в жилищном строительстве, каркасный применяется для зданий с большими, не разгороженными перегородками помещениями.Этот остов является основным для производственных зданий, многих типов общественных зданий и сооружений.Комбинированный- при строительстве гражданских многоэтажных зданий
Устойчивость здания- его способность противодействовать усилиям, стремящимся вывести здание из исходного состояния статического или динамического равновесия. Пространственная жесткость- это характеристика системы, отражающая ее способность сопротивляться деформациям или, что тоже, способность сохранять геометрическую неизменяемость формы. Шарнирный треугольник- геометрически неизменяемая система, поэтому в четырехугольную конструкцию вводят диагональный стержень(связевая система) или заменяют узел шарнирного соединения стержней на жесткий, неизменяемый (так называемый рамный)- рамная система. При этом достаточно придать геометрическую неизменяемость только одному пролету, чтобы система стала геометрически неизменяемой.
Помимо диагональных стерженей геометрическая неизменяемость систем обеспечивается и другими способами: введением диафрагмы, ядер жесткости и т.п.
Таким образом существует два способа обеспечения жесткости плоских систем – по рамной и по связевой схемам. Комбинируя их можно получить три варианта конструктивных схем здания: связевую. Рамную и рамно-связевую (при проектировании каркасного несущего остова)
8. Требования к ограждающим конструкциям зданий и средства их реализации.
Для ограждающих конструкций первычными являются воздействия несилового характера: потоков влаги и тепла, распространение звуковых волн и т.п.
Теплозащитные свойства стен зависят от способности строительного материала передавать теплоту. Чем меньше плотность, тем меньше величина коэфициента его теплопроводности, тем лучше теплозащитные свойства стен. Теплоустойчивость- характеризует способность стены сохранять неизменныйм тепловое состояние своих внутренних слоев. Это состояние может быть нарушено тепловыми волнами. Воздухопроницание характеризует интенсивность фильтрации воздуха через поры материала и неплотности конструкций (инфильтрация). Одновременно, стена должна обладать сопротивлением паропроницанию, ухудшению теплозащитных свойст стены, увлажнению стен и выпадению конденсата.
Паропроницание ограничивается пароизоляцией на внутренней поверхности стены (если материал стен или теплоизоляция имеет пористую структуру). В случае плотной структуры материала, наиболее плотные слои следует располагать ближе к внутренней поверхности. Также защита от паров – это меры по их удалению.
В этих целях материалы большей пористости следует размещать ближе к наружным слоям стены, но не на самой наружной поверхности, т. к. она подвержена воздействию осадков и т.п. Поэтому на наружной поверхности необходим защитный слой из плотных структур.
Два метода совместного учета ограждающих и несущих свойст стеновых конструкций: совмещение этих функций (однослойная конструкция) и разделение(многослойная или слоистая конструкция).
Стеновые ограждения будут эффективны, если ко всему вышеперечисленному принять меры по устранению «мостиков холода». К ним относятся случаи, когда в наружную стену включают конструктивные элементы из материалов большей теплопроводности:плиты балконов, железобетонные колонны или балки, втопленые с внутренней стороны и т.п. в следствии понижения температур внутренней поверхности образуется конденсат. Меры борьбы: введение слоя эффективного утеплителя.
Факторы, воздействующие на них: движение теплового потока, диффузия водяного пара, воздушный шум, ударный шум, воздухопроницание, возможное газопроницание.
Важнейшая ограждающая функция перекрытий: звукоизоляция. Различают ударный и воздушный звуки. Мероприятия по звукоизоляции: 1. Тщательная заделка всех неплотностей в стыках между сборными элементами , в местах сопряжений перекрытий со стенами и т.д. 2.для устранения мембранных колебаний: увеличение массивности конструкций и их веса или устройство многослойных конструкций со слояит различной звукопроницаемости. На границе двух смежных сред (слоев) энергия звуковых волн уменьшается за счет отражения каждой новой. Акустически однородные , неоднородные конструкции. 3.Изоляция от ударного звука обеспечивается:применением упругих прокладок между конструктивными элементами пола и несущими конструкциями перекрытий, применение упругого основания пола (из релина, тапифлекса и т.п.). 4. Изоляция структурного шума в перекрытиях из-за жестких узлов- раздельные полы и потолки.
Другие типы перекрытий
В чердачных перекрытиях главнвя функция- теплоизоляция. Поэтому основные требования: толщина теплоизоляционного слоя(с учетом отапливаемый чердак или нет), дополнительная теплоизоляция отдельных мест,в которых возможно образование мостиков холода, предупреждение увлажнения теплоизоляционных материалов: устройство защитного слоя пароизоляции по ходу движения паров (т.е. в чердачных перекрытиях ниже утеплителя), проветривание чердаков и т.д.
Над эркером совмещаются функции чердачного перекрытия и кровли – совмещенное бесчердачное покрытие. Такая конструкция может выполняться двумя способами: 1. Крыша и перекрытие остаются в виде раздельных частей со сплошным воздушным продувом- вентилируемые совмещенные покрытия.2. Кровля и чердачное перекрытие объединяются.
Особенности перекрытий под эркером и над проездом в том, что они должны предусматривать теплоизоляцию и защитный слой пароизоляции укладывается выше утеплителя – под конструкцие пола. Эти перекрытия должны также тиеть защитный слой рна нижней поверхности- для предохранения от воздухо- и паропроницания.
Для предотвращения водопроницаемости в таких помещениях, как душевые и санитарные узлы вбытовых помещениях и т.п., под полом устраивается гидроизоляционный ковер, края которого заводят на стену.
В производственных, общественных и жилых зданиях – особенно повышенной этажности (более 30 этажей) – предпочтительным типом несущего остова является каркасный. Существуют два типа каркаса: легкий и тяжелый каркас, которые применяются только в связевой конструктивной схеме, поэтому в состав каркаса входят также стены жесткости.
Легкий каркас применяется в жилых и общественных зданиях, а тяжелый – в многоэтажных промышленных зданиях.
В большинстве случаев применяются как монолитные железобетонные каркасы, так и каркасы из унифицированных сборных изделий. Разработан ряд унифицированных каталогов. При этом, основываясь на методе открытой типизации, получены достаточно разнообразные решения каркасов, в которых принята одинаковая конструктивная система – ригельная, с расположением ригелей в одном направлении (предпочтительно в поперечном)
Каркасный несущий остов представляет собой пространственную систему (каркас; см. схему ниже), образованную: (для производственных зданий) колоннами, подкрановыми балками, стропильными и подстропильными фермами или же (для гражданских зданий) колоннами, ригелями и плитами междуэтажных перекрытий и покрытий, которая воспринимает все нагрузки, действующие на здание. Для зданий каркасного типа характерно четкое разделение конструкций по особенностям их работы (на несущие и ограждающие).
Таким образом, определяющим признаком при каркасном несущем остове является расположение ригелей каркаса. Ригелем называется стержневой горизонтальный элемент несущего остова (главная балка, ферма и т.п.), передающий нагрузки от перекрытий непосредственно на стойки каркаса.
Различают четыре типа конструктивных каркасных систем:
с поперечным расположением ригелей; с продольным расположением ригелей
1 – столбчатый фундамент; 2 – наружная самонесущая стена; 3 – колонны; 4 – ригели; 5 – панели перекрытия.
Рисунок 10.1 – Конструктивные системы с поперечным продольном расположением ригелей
Рисунок 10.2 – Конструктивная система с перекрестным расположением ригелей и с безригельным решением
В безригельном каркасе ригели отсутствуют, а гладкие или кессонированные плиты перекрытий (так называемые безбалочные) опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны.
Серия унифицированных сборных железобетонных изделий 1.020-1 предназначь для строительства общественных и многоэтажных производственных каркасно-панельных зданий. Сборный железобетонный каркас серии запроектирован по связевой схеме, в которой роль горизонтальных диафрагм жёсткости выполняют диски сборных железобетонных перекрытий, а вертикальных – поперечные и продольные панельные стены, шаг между которыми определяется расчётом.
Габаритные схемы общественных и производственных зданий в серии 1.020-1 разработаны на основе следующих условий:
- оси колонн, ригелей и стен диафрагм жёсткости совмещены с разбивочными г дульными осями здания;
- шаги колонн в направлении пролёта ригелей 3; 6; 7.2 и 9 м;
- шаги колонн в направлении пролёта перекрытий 3; 6; 7.2; 9 и 12 м;
- высоты этажей в соответствии с функцией здания и укрупнённым модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4.2; 4,8; 6,0 и 7,2.
Конструктивные элементы серии 1.020-1
Колонны сечением 300×300 мм применяют для зданий высотой до 5 этажей, а сечением 400×400 мм для всех остальных случаев.
Предельная высота колонн составляет 15, 12 м, что позволяет в малоэтажных зданиях применять бесстыковые колонны, а в многоэтажных – обходиться минимальным числом стыков.
Стыки колонн – контактные со сваркой выпусков продольной рабочей арматуры, установкой хомутов и омоноличиванием стыка.
В номенклатуру входят следующие типы колонн – нижние высотой в два этажа с положением низа колонны ниже нулевой отметки на 1,1 м; средние – высотой в три–четыре и верхние в один-три этажа.
Колонны в пределах каждого этажа снабжены двумя (для средних ряд каркаса) или одной (при одностороннем примыкании диафрагм жесткости) консолью 150 x 150 мм. В случае, если необходимо размещение ригелей в двух взаимноперпендикулярных направлениях к колоннам приваривают дополнительные консоли (рисунок 10.3).
1 – закладная деталь для крепления ригелей; 2 – закладная деталь для крепления связей (устанавливается только у крайних колонн, расположенных у наружных стен); 3 – дополнительная консоль, изготавливаемая из отрезков листовой стали и привариваемая к закладной детали колонны.
Рисунок 10.3 – Консоли колонн
Все типы колонн (одно– и двух консольные) центрируются по разбивочным осям зданий. Колонны двухконсольные располагаются по средним и крайним рядам при применении навесных панелей наружных стен. Колонны одноконсольные устанавливают по крайним рядам при самонесущих наружных стенах и по средним рядам при одностороннем примыкании стен – диафрагм жёсткости в лестничных клетках.
Стыки колонн по высоте контактные со сваркой выпусков продольной арматуры и с омоналичиванием узла сопряжения, (рисунок 10.4).
1 – колонна; 2 – ригель, 3,4,5 – плиты фасадные (3), рядовые (4) и распорные (5); 6 – ригели двухполочные; 7 – ригели однополочные; 8 – арматуры колонны; 9 – сварка; 10 – стальные хомуты; 11 – цементный раствор; 12 – бетон замоноличивания
Рисунок 10.4 – Схема компоновки каркаса и стык колонны
Ригели – таврового сечения с полкой по низу для опирания плит перекрытий, что уменьшает их суммарную конструктивную высоту. Применяют два типа размера ригелей по высоте – 450 и 600 мм, а по ширине – 550 и 600 мм. Выбор типа ригеля обусловлен нагрузкой на перекрытие и типом плит его составляющих. Сопряжение ригеля с колонной – шарнирное со скрытой консолью и приваркой низа ригеля к закладной детали консоли колонны
Перекрытия решены с использованием трёх типов изделий:
- многопустотных панелей высотой 220 и 300 мм, применяют для перекрытий пролётов до 9,0 м включительно;
- плит типа 2Т (и 1Т - добор) высотой 600 мм для пролётов 9 и 12 м;
- ребристые изделия высотой 220 мм - в качестве сантехнических панелей в местах проводки вертикальных инженерных коммуникаций, ребристые панели высотой 300 мм - в промышленных зданиях, при тяжёлых нагрузках. Элементы перекрытий разделяют на рядовые и связевые (плиты - распорки), передающие горизонтальные усилия на колонны.
Основные координационные размеры элементов перекрытий по ширине:
- для рядовых многопустотных плит 1,2 и 1,5 м;
- для пристенных и связевых 1,5 м;
- для ребристых сантехнических 1,5 м;
- для связевых плит типа 2Т - 3 м;
- для доборных типа 1Т-1.3, 1.5 и 1.7 м.
Стены-диафрагмы жёсткости выполняются из железобетонных панелей высотой в этаж и толщиной в 140 мм с одно- или двухсторонними консольными полками в верхней зоне для опирания перекрытий – СТБ 1331-2002 «Диафрагмы жесткости железобетонные. Технические условия».
При шаге колонн до 6.0 м ширина панели диафрагмы соответствует расстоянию в свету между колоннами; при шаге колонн 7.2 и 9.0 м стены диафрагмы проектируются составными из двух- трёх изделий с координационными размерами по длине 1, 2; 3.0 и 5.6 м.
Панели стен-диафрагм изготовляют глухими или с дверными проёмами. Шаг вертикальных диафрагм жёсткости, определяемый расчётом и должен быть не более 36,0 м (с кратностью в 6,0 м) по длине здания и не больше 18 м от края здания или температурно-деформационного шва.
 | 1 - стенки жесткости; 2 - ригели; З - панели-распорки; 4 - колонны. |
| Рисунок 10.4 – Элементы, обеспечивающие пространственную жесткость каркас зданий |
Пространственная жесткость каркасных зданий (рисунок 10.5) обеспечивается:
- совместной работой колонн, связанных между собой ригелями и перекрытиями и образующих геометрически не изменяемую систему;
- установкой между колоннами стенок жесткости 1 или стальных вертикальных связей;
- сопряжением стен лестничных клеток с конструкциями каркаса;
- укладкой в междуэтажных перекрытиях (между колоннами) панелей-распорок 3.
Деформационные швы решены с применением парных колонн, величину зазора между которыми назначают в зависимости от принятых толщина наружных стен и сечения колонн (по таблице 10.1 и на рисунке 10.5) с устройством шва скольжения (по прокладке из двух слоев рубероида) между монолитным участком перекрытия и одной из его опор. Максимальная длина температурного отсека каркасно-панельного здания составляет 60 м.
Таблица 10.1 – Ширина деформационного шва (размер А)
| Толщина стеновых панелей, м | Ширина деформационного шва, мм, при сечении колонн |
| 300х300 | 400х400 |
1 – защитный слой; 2 – эластичная мастика; 3 – упругий шнур; 4–колонна; 5 – кирпичная кладка; 6 – цементный раствор; 7 – ригель; 8 – плита перекрытия; 9 – бетон замоноличивания; 10 – два слоя рубероида; 11 – доска; 12 – просмолённая пакля; 13 – стальные уголки; 14 – штукатурка
Рисунок 10.5 – Решение деформационного шва в плоскости перекрытия
Наружные стены решаются в двух конструктивных вариантах:
- ненесущими, с двухрядной разрезкой на простеночные и поясные панели.
Конструкция панелей однослойная из лёгкого автоклавного ячеистого бетона или трёхслойная железобетонная с эффективными утеплителями. Номенклатуру сборных элементов наружных стен составляют поясные, простеночные, подкарнизные, парапетные, цокольные панели. Толщина легкобетонных панелей равна 250, 300, 350 и 400 мм, а из ячеистого бетона -250 и 300 мм.
Панели самонесущих стен устанавливают по цементно-песчаному раствору на цокольные и простеночные и крепят поверху на сварке по закладным деталям к колоннам. Панели ненесущих стен устанавливают на фасадные ригели, консоли колонн или опорные металлические столики колонн и закрепляются в трёх точках - к одной из опор и поверху к колоннам каркаса.
Привязка панелей наружных стен к каркасу единая – с зазором 20 мм между гранью колонны и внутренней плоскости стены. Фундаменты каркасно-панельных зданий серии 1.020-1 в зависимости от геологических условий площадки строительства могут быть решены сборными железобетонными стаканного типа, свайными с монолитным ростверком на кустах свай или в виде монолитной плиты.
Классификация и основные параметры фундаментов установлены в соответствии с СТБ 1076-97 «Конструкции бетонные и железобетонные фундаментов. Общие технические условия».
Фундаменты типа 1Ф устанавливаются под колонны сечением 300х300 мм; 2Ф – под колонны сечением 400 х 400 мм.
Мы разобрались с тем, какие бывают типы несущих остовов, они характеризовались по виду вертикальных опор.
Теперь посмотрим, каковы разновидности несущего остова в пределах каждого из его типов. Эти разновидности определяют типы конструктивных систем.
Конструктивные системы при стеновом несущем остове
Классификация стеновых конструктивных систем зависит от того, на какие стены опирается перекрытие — продольные или поперечные. Сразу возникает вопрос, какие стены считать продольными, а какие поперечными? А если здание квадратное, круглое, любой другой сложной формы? Поэтому здесь мы условно принимаем протяжённое здание, вдоль длинной фасадной стороны которого расположены продольные стены, а вдоль короткой - поперечные.
Продольно-стеновая система - несущими являются продольные стены.
Поперечно-стеновая система — несущими являются поперечные стены.
Надо сказать, что в многоэтажных домах поперечно-стеновая система наиболее эффективна: помимо большей, по сравнению с продольно-стеновой системой, жёсткостью она позволяет проектировать широкие оконные проёмы, вплоть до витражей и сплошного остекления. Но в малоэтажном строительстве, где нагрузки на стены не столь велики, это не имеет большого значения, и устройство широких проёмов не вызывают трудностей (кроме витражей и сплошного остекления, когда нужно применять особые приёмы по устройству стены).
Смешанная система имеет место, если нагрузка распределяется на продольные и поперечные несущие стены.
В индивидуальном малоэтажном домостроении по смешанной системе проекты осуществляются наиболее часто. Это обстоятельство вызвано тем, что планировка малоэтажных домов зачастую сложная, имеет много разных помещений. Расположение плит перекрытия в одном направлении во всём доме не является оптимальным вариантом по экономическим, конструктивным или иным соображениям. Вот тогда и возводят здание смешанной конструктивной системы.
Стеновые конструктивные системы очень эффективны и чаще всего применяются в малоэтажном строительстве. Однако у них есть существенные недостатки:
- в случае перепланировки помещений, требующей переноса стен, сделать это будет затруднительно, либо невозможно совсем;
- создание больших пространств помещений ограничивается возможностями элементов перекрытия (балок, плит);
- несущие наружные стены не позволяют устраивать витражи - остеклённые поверхности, значительно превышающие размеры окон.
С этими недостатками справляется каркасный несущий остов, при котором также возможны разные конструктивные системы.
Конструктивные системы при каркасном несущем остове (полном каркасе)
Ригель — это элемент конструкции перекрытия (покрытия), передающий нагрузку от плит перекрытия на колонны. Ригелем является главная балка или ферма. Но в практике строительства ригелем называют только балку, а у фермы остаётся её название.
При любом расположении ригеля схема работы такая: на колонны укладываются ригели, а на ригели — плиты. И ригели, и плиты представляют собой элементы конструкции перекрытия, которые соединяются между собой в узлах. Нагрузка, действующая на перекрытие, воспринимается плитами, плиты передают её на ригели, ригели - на колонны, через колонны нагрузка передаётся на фундамент и, наконец, - на фунт.
- Конструктивные системы с поперечным расположением ригеля. Ригели имеют направление, перпендикулярное к длинной стороне фасада, а плиты, на них уложенные, располагаются вдоль этой стороны. При такой схеме плиты опираются на ригели по двум коротким сторонам.
- Конструктивные системы с продольным расположением ригеля. Схема та же, но направление ригеля и плит поменялось местами. Плиты также опираются на ригели по двум коротким сторонам.
- Конструктивные системы с перекрёстным расположением ригелей. Плиты укладываются на ригели в одном направлении, либо на ригели обоих направлений.
- Безригельное перекрытие (покрытие). В этой схеме ригели отсутствуют, а плиты опираются по четырём точкам на колонны. Для облегчения работы плит и колонн устраивают капители, которые увеличивают площадь опирания плит.
Здесь надо несколько слов сказать о методах возведения наружных и внутренних стен в доме с каркасным несущим остовом. Наружные стены представляют собой заполнение между стойками каркаса. Они могут быть либо навесными (панели), которые крепятся к колоннам и передают свой вес на каркас, либо самонесущими, опирающимися поэтажно на перекрытие. Эти самонесущие стены выполняются чаще всего из материала, который применяется в стеновой системе: кирпич и всевозможные мелкие блоки. Внутренние стены являются, по сути, перегородками, которые могут располагаться не только по оси колонн, но и в любом другом месте. Это бесспорно даёт свободу мысли архитектора.
Каркасные системы имеют некоторые преимущества по сравнению со стеновыми системами, особенно они незаменимы в высотных жилых и офисных зданиях, производственных зданиях и ряде других сооружений.
В малоэтажном индивидуальном строительстве полный каркас ещё несколько лет назад применялся крайне редко. Прежде всего, это было связано с традиционными методами возведения малоэтажных домов и со строительными материалами, используемыми при их строительстве. В России традиционно используется кирпич или дерево, из них не возводят каркас (не имеются в виду фахверковые дома). Однако в последнее время, вследствие новых веяний в архитектуре, которые диктуются требованиями заказчиков к индивидуальному жилищу (большие просторные площади и объёмы, витражи, широкие проёмы и т.п.), всё чаще прибегают к полному каркасу. Этому помогает и всё более широкое внедрение в индивидуальное домостроение монолитного железобетона и стального проката.
Конструктивные системы при комбинированном несущем остове (неполном каркасе)
Комбинированный несущий остов предполагает различные сочетания стоек каркаса и несущих стен. Благодаря этому разнообразию, комбинированный остов очень благодатен для течения архитектурной мысли; он универсален и для многоэтажных, и для малоэтажных домов, а также офисных зданий.
Многовариантность сочетаний отдельно стоящих опор и несущих стен можно разделить на следующие группы.
Каркасно-стеновой остов – применяют при решении первых нежилых этажей в домах панельной конструкции. Это наиболее простое и рациональное решение передачи равномерно распределенных усилий, действующих в панелях несущих стен, на сосредоточенные опоры — стойки каркаса первого этажа. Так создаются наилучшие условия стыкования (совместимости) панельной и каркасной систем в пределах одного сооружения.
При комбинированном несущем остове (рис. II.4). Среди большого разнообразия сочетаний стержневых и плоскостных вертикальных опор наиболее часто встречаются:
Системы, в которых каркас расположен в пределах нижних 1 … 3 этажей, а выше бескаркасный несущий остов. Расположение стен — по периферии, а стоек каркаса — внутри здания («неполный каркас»). Системы со стеновым остовом — в одном или в нескольких центрально расположенных стволах, которые обстроены по периферии стойками каркаса в один или несколько рядов и т. д.
Рис. II.4. Конструктивные системы комбинированного остова:
а — неполный каркас; б — с ядром жесткости; в — с каркасным остовом в первых этажах (/) и со стеновым в вышележащих этажах (И); / — колонна; 2 — несущая стена
Комбинированный несущий остов чаще применяется при строительстве гражданских многоэтажных зданий; в промышленном же строительстве значительно реже. Системы, в которых первые два-три этажа каркасные, а остальные бескаркасные, характерны для строительства многоэтажных жилых зданий на магистральных улицах, а также гостиниц, санаториев и т. п., т. е. зданий, в которых функционально используют первые этажи.
Вопрос 13. Ядрооболочковая конструктивная схема высотного здания. Элементы ядрооболочковой системы остова высотных зданий.
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
В отдельных высотных сооружениях привычный тип каржаса с кирпичным заполнением наружных ограждений между колоннами заменяется конструкцией, состоящей в плане из двух концентрических, входящих одна в другую, стен, которыеобразуют совместно работающее внутреннее ядро и наружную оболочку— каркасную стену — с опирающимися на них междуэтажными перекрытиями. Эта система по лучила название труба в трубе (рис.XV.12). Несколько зданий такой ядрооболочковой конструкции уже возведен.
14.Каркас из сборного монолитного и сборно-монолитного железобетона для многоэтажных зданий .
каркасы зданий выполняют преимущественно из железобетона, но в малоэтажных каменных зданиях иногда применяют внутренний каркас с кирпичными столбами. Стальной каркас применяют в гражданских и промышленных зданиях при значительной высоте или больших пролетах. Кирпичные столбы внутреннего каркаса устраиваются из полнотелого кирпича на растворах высоких марок. Железобетонные каркасы разделяются на сборные и монолитные, причем первые являются более индустриальными. Монолитный каркас применяют редко, в уникальных зданиях или по особым технологическим требованиям. Колонны и прогоны в монолитном каркасе, армированные стержнями продольной арматуры и поперечными хомутами, составляют единое целое. Бетонирование каркаса осуществляется в опалубке.
Элементами каркасного остова здания являются: несущие стойки или колонны, ригели и панели перекрытий и покрытий. В здании с полным каркасом все усилия и нагрузки воспринимаются колоннами, расположенными как по периметру, так и внутри здания, и передаются через фундаменты на грунт основания. В зданиях с неполным каркасом колонны по периметру отсутствуют, поэтому часть нагрузки воспринимается наружными несущими стенами, а часть — внутренним каркасным остовом, состоящим из колонн, балок и перекрытий.
Сборные железобетонные каркасы из элементов заводского изготовления являются в настоящее время основным типом каркасного остова многоэтажных зданий. В случае необходимости каркасы делают из монолитного железобетона или из стальных прокатных профилей.
Стойки или колонны сборного железобетонного каркаса принимаются высотой на один или два этажа; сечение колонн подбирается по расчету в зависимости от нагрузок . Колонны по высоте соединяются между собой сварными стыками, для чего верхние и нижние концы колонн снабжаются стальными обоймами, приваренными к арматуре. Колонны можно также соединять между собой, сваривая выпущенные концы продольной арматуры с последующим замоноличиванием стыка.
Рис.1. Железобетонное балочное перекрытие
а - сборное; б - монолитное; в - сборно-монолитное;1 - конструкция из сборного железобетона; 2 - конструкция из монолитного железобетона; 3 - опалубка; 4 – арматура
Читайте также: