Каркасный многоэтажный дом: 10 основных выгод многоэтажного каркасного дома

Содержание

10 основных выгод многоэтажного каркасного дома

Оценок: 0

На Западе каркасное строительство многоэтажных домов набирает обороты. Все чаще можно увидеть деловые центры, построенные из древесины по каркасной технологии. Архитекторы в разных странах соревнуются за возможность построить самое высокое здание по каркасной технологии. Но каковы же реальные перспективы подобного строительства в нашей стране и какими преимуществами обладает каркасный многоэтажный жилой дом?

Преимущества каркасной технологии строительства

Популярность каркасных домов во всем мире объясняется существенными плюсами строительства. Среди них:

Скорость возведения. Технология позволяет возводить многоэтажные жилые дома в разы быстрее.
Безопасность. Используемые материалы не вредят экологии и здоровью человека.
Экономичность. Стоимость подобной постройки будет в несколько раз дешевле кирпичной, бетонной или любой другой.
Достраивать этажи можно без утяжеления фундамента. Не говоря уже о том, что сам фундамент обходится дешевле и возводится в любое время года.
Минимальное количество оборудования и приборов. Монтаж конструкции осуществляется без привлечения тяжелой техники.
Низкая теплопроводность. Теплый и надежный дом с хорошей шумоизоляцией и минимальной теплопроводностью можно получить именно благодаря использованию современных материалов.
Подходят для сейсмоопасной зоны. Каркасные дома не разрушаются при землетрясении, а при разрушении позволяют с большей долей вероятности избежать человеческих жертв.
Низкая усадка. Современные дома, в основе которых каркас, не дают усадку.
Всесезонность возведения. Строить дом можно в любое время года, в том числе при сильных морозах.
Простота внутренней отделки. Стены за счет панелей получаются идеально ровными и не требуют больших вложений при отделке.

Основные этапы строительства

Каркасный многоэтажный жилой дом это отличное решение на небольшой территории, когда не требуется много места для техники и материалов.

Все детали подвозятся и монтируются мгновенно. Среди этапов строительства можно выделить следующие:

Работа с фундаментом. В данном случае основание выбирается в зависимости от того, какой этажности будет здание, от типа грунта и других параметров. Если речь идет о СИП-панелях, то достаточно облегченного фундамента.
После того, как фундамент был заложен, проводится грамотная гидроизоляция. Все деревянные части обрабатываются защитными составами, также происходит обработка металлических изделий. Потом монтируется нижний брус.
Обустраивается цоколь, укладывается пол первого этажа.
Поднимается каркас, и монтируются панельные элементы, металлические детали скрепляются сваркой.
Устанавливаются перекрытия по периметру этажа.

После того, как строительство завершено, монтируется крыша, осуществляется отделка и проводится утепление, гидроизоляция строения.

Уникальный материал устойчив к колебаниям температур и позволяет просто осуществлять строительство. При необходимости конструкция может быть демонтирована, отремонтирована. Каркасное строительство многоэтажных домов может осуществляться в любых климатических условиях, так как летом в помещениях прохладно, а зимой они надежно сохраняют тепло.

Благодаря экологически безопасному материалу внутри комнат всегда будет превосходный микроклимат. Такие дома дышат, они хорошо поглощают и потом постепенно отдают влагу. Ни для кого не секрет, что дерево – это единственный на планете ресурс, который может возобновляться. Миф о том, что древесина обладает повышенной горючестью, давно был развенчан. Эксперты всего мира уверены, что будущее именно за домами из древесины.

Оценок: 0

плюсы и минусы, отзывы жильцов

Монолитное домостроительство на сегодняшний день является наиболее прогрессивным. Объектами данной статьи являются монолитно-каркасный дом, плюсы и минусы, отзывы жильцов и особенности строительства такого жилья.

Что такое монолитно-каркасный дом

Технология строительства монолитно-каркасных домов предусматривает наличие облегченного каркаса, состоящего из колонн, плит перекрытия и ригелей. Основной особенностью таких строений является отсутствие несущих стен внутри здания. Это позволяет реализовать любые дизайнерские решения, с возможностью последующей перепланировки.

Использование легких строительных материалов для возведения наружных стен и перегородок позволяет существенно снизить и равномерно распределить нагрузку на опорную поверхность. Благодаря высокой прочности и относительной легкости, дома, возведенные по монолитно-каркасной технологии, могут строиться даже в зонах с повышенной сейсмической активностью.

Основу дома составляют цельные железобетонные конструкции, облицованные кирпичом, пенобетоном или другим материалом, обеспечивающим достаточную тепло- и звукоизоляцию. После формирования металлического арматурного каркаса, монолитные элементы постройки заливаются бетоном. Для этого используется один из двух видов опалубки:

временная. Такая опалубка снимается, как только железобетонная конструкция застывает, переносится на другой участок;
постоянная. После застывания железобетонного каркаса она становится его составной частью.

Кроме этого, опалубка может различаться по конструкции. В настоящее время наибольшее распространение получили два типа:

щитовая. Состоит из отдельных щитов, соединяемых надежными креплениями. С помощью такой опалубки можно залить любую конфигурацию, включая радиусную;

туннельная. Этот вид опалубки изготавливается на специализированных предприятиях и разборке не подлежит.

Преимущества и недостатки монолитно-каркасных домов

Здания, построенные по этой технологии, имеют целый ряд преимуществ, по сравнению с которыми недостатки можно считать незначительными. Рассмотрим эти достоинства более подробно.

Плюсы монолитно-каркасного жилого дома

Наиболее значимыми являются следующие достоинства:

высокие темпы строительства. На сегодняшний день этот метод возведения зданий является самым быстрым из всех существующих;
сейсмическая устойчивость. Здания, построенные по монолитно-каркасной технологии способны, не разрушаясь, выдерживать землетрясения от 7 до 8 баллов;
высокие прочностные характеристики

. Отсутствие швов обеспечивает максимальную прочность конструкции. Достаточно сказать, что именно по монолитно-каркасной технологии строятся тоннели метро, опоры мостов и другие ответственные объекты;
небольшой удельный вес. Благодаря использованию легких строительных материалов, такие дома могут возводиться на сыпучих и слабых грунтах;
отсутствие несущих стен. Это позволяет создавать любую авторскую планировку квартиры;
длительный срок службы. Здания построенные по этой технологии могут эксплуатироваться без капитального ремонта 100 лет и более;
равномерность и незначительная величина усадки. Благодаря этому вероятность появление усадочных трещин чрезвычайно мала. Отделочные работы могут проводиться сразу по окончании строительства.

На фоне этих достоинств, недостатки выглядят совсем неубедительно, и все-таки они есть.

Минусы монолитно-каркасного дома

К наиболее существенным недостаткам монолитно-каркасных зданий относятся:

высокая трудоемкость строительства. При возведении кирпичного или панельного дома трудозатраты будут на 10-15 % меньше;
увеличение стоимости строительства при понижении температуры. Если температура окружающей среды меньше чем +5⁰С, в бетон необходимо добавлять специальные присадки;
сложности с заливкой бетона. Количество швов будет минимальным только в случае непрерывной заливки бетона по всему периметру. От этого зависят и прочностные характеристики здания;
необходимость использования спецтехники. Качественная заливка без применения специальных машин невозможна. Это значительно увеличивает стоимость строительства;

Помимо перечисленных выше недостатков, следует учитывать тот факт, что прочностные и эксплуатационные характеристики монолитно-каркасных домов сильно зависят от качества бетона.

Отзывы жильцов, проживающих в монолитно-каркасных домах

Алексей Петрович, г Красноярск

Около года назад купили квартиру в монолитно-каркасном доме. Больше всего поразила оригинальность планировки. Из других преимуществ можно отметить довольно теплые стены, температура в квартире не опускается ниже 24⁰С даже в сильный мороз. Что касается недостатков, наиболее существенный из них — плохая звукоизоляция. В целом, новым жильем довольны.

Павел Андреевич, г Саратов

Наша семья два года назад купила квартиру в монолитном доме. Сам дом смотрится великолепно, наружная отделка выше всяких похвал. Наружные стены дома утеплены, поэтому в квартире тепло и уютно. Планировка практически идеальна, звукоизоляция тоже на уровне. Раньше мы жили в панельном доме, было заметно хуже.

Андрей Сергеевич, г Харьков

На дачном участке решили построить небольшой дом. Внимательно проанализировали все возможные методы строительства и остановились на монолитно-каркасном. Строительство каркаса заняло около месяца. Наружные стены выложили из пенобетона. Стоимость строительства оказалась довольно внушительной. Несмотря на существенные материальные затраты, считаю, что выбор был правильным. Дом получился уютным и теплым, посторонние шумы внутрь не проникают.

Дмитрий Николаевич, г Новгород

Наша бригада занимается внутренней отделкой квартир. Недавно нам пришлось ремонтировать несколько квартир в только что построенном монолитно-каркасном доме. Побаивались появления усадочных трещин, поскольку дом практически не отстаивался, однако опасения наши оказались напрасными. Из 5 отремонтированных квартир не поступило ни одной жалобы.

На сегодняшний день монолитное домостроительство является наиболее прогрессивным методом возведения зданий и сооружений. Высокие темпы выполнения строительных работ, минимальная усадка, высокие прочностные характеристики и длительный срок службы зданий позволяют считать монолитно-каркасную технологию строительства наиболее перспективной.

Типы высотных зданий Структурные системы

🕑 Время чтения: 1 минута

Многоэтажное здание высотой более 21 м или от 21 до 29 этажей неизвестной высоты, описываемое как высотное сооружение. При возведении высотных зданий можно использовать различные конструкционные системы. В этой статье представлены различные типы высотных структурных систем.

Состав:

Типы конструктивных систем высотных зданий
1. Конструктивная система с жесткой рамой
2. Конструкционная система с жестким каркасом
3. Каркасно-стеновая система (двойная система)
4. Система со сдвиговыми стенками
5. Конструкционная система с сердцевиной и выносными опорами
6. Каркасная конструкция с заполнением система
7. Структурная система из плоских плит и плоских плит
8. Система трубчатых конструкций
9. Система сопряженных стен
10. Гибридная конструктивная система

Типы конструктивных систем высотных зданий

1. Конструктивная система с подкосным каркасом

Подкосные рамы представляют собой консольные вертикальные фермы, воспринимающие боковые нагрузки, в основном диагональные элементы, которые вместе с балками образуют «стенку» вертикальной фермы, а колонны действуют как «связки». ».
Элементы жесткости исключают изгиб балок и колонн.

Рис.1: Различные типы крепления

Используется в стальных конструкциях
Эта система подходит для многоэтажных зданий с низкой и средней высотой.
эффективен и экономичен для повышения поперечной жесткости и сопротивления жесткой рамной системы.
Эта система позволяет использовать тонкие элементы в здании.
Выдающимся преимуществом раскосной рамы является то, что ее можно повторять по высоте здания с очевидной экономией при проектировании и изготовлении.
Однако это может затруднить внутреннюю планировку и расположение дверей и окон. Поэтому он должен быть заложен внутри вместе с линиями стен и перегородок.

Рис.2: Каркасная конструкция со связями

2. Конструкционная система с жестким каркасом

В жесткой каркасной конструкции балки и колонны выполнены монолитно, чтобы выдерживать моменты, создаваемые нагрузками.
Боковая жесткость жесткой рамы зависит от жесткости на изгиб колонн, ферм и соединений в плоскости
Подходит для железобетонных зданий.
Можно использовать и в стальных конструкциях, но соединения будут дорогими.
Одним из преимуществ жестких рам является возможность планировки и установки окон за счет открытого прямоугольного расположения.
Элементы жесткой рамной системы выдерживают изгибающий момент, усилие сдвига и осевые нагрузки.
Здания высотой от 20 до 25 этажей могут быть построены с использованием жесткой каркасной системы.
Преимущества жесткой рамы включают простоту конструкции, рабочие могут легко освоить строительные навыки, быстро построить и могут быть спроектированы экономично.
Максимальный пролет балки составляет 12,2 м, а балки с большим пролетом будут испытывать боковое отклонение.
Недостатком является то, что собственному весу противодействует действие жестких рам.
Наконец, Бурдж-Аль-Халифа, самое высокое сооружение в мире, построено с использованием жесткой каркасной системы.

Рис.3: Конструктивная система с жесткой рамой

3. Система стеновой рамы (двойная система)

Она состоит из стены и рамы, которые взаимодействуют горизонтально, образуя более прочную и жесткую систему.
Стены, как правило, сплошные (без отверстий), их можно найти вокруг лестничных клеток, лифтовых шахт и/или по периметру здания.
Стены могут оказывать положительное влияние на характеристики рам, например, предотвращая обрушение мягкого этажа.
Каркасно-стеновая система подходит для зданий с этажностью от 40 до 60 этажей, что больше, чем у жесткого или жесткого каркаса по отдельности.
и стальные жесткие рамы обеспечивают аналогичные преимущества горизонтального взаимодействия.

Рис.4: Каркасная система стены

4. Система жесткой стены

Это непрерывная вертикальная стена, построенная из железобетона или кирпичной стены.
Стены жесткости выдерживают как гравитационные, так и боковые нагрузки и действуют как узкая глубокая консольная балка.
Обычно строятся как ядро зданий
Отлично подходит для крепления высотных зданий из железобетона или стальных конструкций. Это связано с тем, что стены, работающие на сдвиг, обладают существенной плоской жесткостью и прочностью.
Система стен сдвига подходит для гостиниц и жилых зданий, где поэтажная повторяющаяся планировка позволяет стенам быть непрерывными по вертикали.
Может служить отличной звуко- и противопожарной изоляцией между комнатами и квартирами.
может быть экономичной до 35-этажной конструкции здания.
Стены сдвига не обязательно должны быть симметричными в плане, но симметрия предпочтительна, чтобы избежать эффектов кручения.

Рис. 5: система стен жесткости

5. Конструктивная система ядра и аутригеров

Аутригеры представляют собой жесткие горизонтальные конструкции, предназначенные для повышения жесткости и прочности здания при опрокидывании путем соединения ядра или хребта с близко расположенными внешними колоннами
Центральное ядро содержит стены жесткости или раскосные рамы.
Системы аутригеров связывают вместе две конструктивные системы (основную систему и систему периметра) и позволяют зданию вести себя почти как композитный консольный элемент.
Аутригеры в виде стен в железобетонных зданиях и ферм в стальных конструкциях.
Многоуровневые системы аутригеров могут обеспечить в пять раз большее сопротивление моменту, чем одиночная система аутригеров.
Практически системы Outrigger используются для зданий высотой до 70 этажей. Тем не менее, его можно использовать для более высоких зданий.
Система аутригеров не только уменьшает деформации здания, возникающие в результате опрокидывающих моментов, но и обеспечивает более высокую эффективность сопротивления силам.

Рис.6: Система ауттриггерной конструкции

6. Структурная система с заполненной рамой

Система с заполненной рамной конструкцией состоит из каркаса из балок и колонн, некоторые пролеты которого заполнены кирпичной кладкой, железобетонными или блочными стенами.
Стены с заполнением могут быть частично или полностью заполнены каркасом.
Стены могут быть соединены или не соединены с опалубкой.
Большая в плане жесткость и прочность стен препятствуют прогибу балок и колонн под действием горизонтальных нагрузок. В результате структурные характеристики рамы будут улучшены.
Во время землетрясения в заполнении образуются диагональные сжимающие стойки, поэтому конструкция ведет себя скорее как раскосная рама, а не как моментная рама.
Может строить до 30 этажных домов.

Рис.7: Каркасная система с заполнением

7. Конструкционная система из плоских плит и плоских плит

Эта система состоит из плит (плоских или плит), соединенных с колоннами (без использования балок).
представляет собой двухстороннюю железобетонную каркасную систему, в которой используется плита одинаковой толщины, простейшая из конструктивных форм.
Плоская плита представляет собой двухстороннюю армированную конструкционную систему, которая включает либо откидные панели, либо капители колонн на колоннах, чтобы выдерживать более высокие нагрузки и, таким образом, обеспечивать более длинные пролеты.
Боковое сопротивление зависит от жесткости на изгиб компонентов и их соединений, при этом плита соответствует балке жесткого каркаса.
Подходит для строительства до 25 этажей.

Рис.8: Конструкционная система из плоских плит и плоских пластин

8. Структурная система из труб

Эта система состоит из внешних колонн и балок, образующих жесткую раму, и внутренней части системы, представляющей собой простую раму, предназначенную для поддержки гравитационных нагрузок.
Здание ведет себя как эквивалентная полая труба.
Он существенно экономичен и требует вдвое меньше материала, необходимого для строительства обычных каркасных зданий.
Боковые нагрузки воспринимаются различными соединениями, жесткими или полужесткими, дополненными при необходимости элементами раскосов и ферм.
Применяется для строительства зданий до 60 этажей.
Типы системы трубных конструкций включают каркасную трубную систему (рис. 9), ферменную трубную систему (рис. 10), систему пучковых труб (рис. 11) и трубную систему (рис. 12).
Система решетчатых труб образуется при добавлении внешних распорок для придания конструкции большей жесткости. Этот тип конструкции подходит для строительства до 100 этажей.
Система пучковых труб состоит из соединенных трубок и выдерживает большие нагрузки.
Система «труба в трубе» (корпусная сердцевина) получается, если сердцевина размещена внутри конструкции трубчатого каркаса.

Рис. 9: Каркасная трубная конструкция

Рис. 10: Ферменная трубная система

Рис. 11: Трубная конструкция в виде пучка

Рис. 12: Труба в трубной системе

9. Соединительная стеновая система

Эта система, состоящая из двух или более соединенных между собой стенок жесткости
Стены жесткости, соединенные на уровне пола балками или жесткими плитами.
Жесткость всей системы намного больше, чем жесткость ее компонентов.
Действие устойчивых к сдвигу соединительных элементов заключается в том, что наборы стен частично ведут себя как составная консоль, изгибаясь вокруг общей центральной оси стен.
Система подходит для зданий высотой до 40 этажей.
Поскольку плоские стены, работающие на сдвиг, воспринимают нагрузки только в своей плоскости, стены в двух ортогональных направлениях должны выдерживать боковые нагрузки в двух направлениях.

Рис.13: Система сопряженных стен

10. Гибридная конструктивная система

Это комбинация двух или более основных конструктивных форм либо путем прямого комбинирования, либо путем принятия различных форм в разных частях конструкции.
Отсутствие жесткости на кручение требует принятия дополнительных мер, в результате которых были установлены вертикальные внешние распорки в одном пролете и несколько уровней «бандажей» по периметру

Рис. 14: Рамка Vierendeel

Может использоваться для зданий высотой до 300 м.
В соответствии с китайскими нормами (JGJ3-2002) гибридная система может использоваться для строительства зданий высотой не более 150 м в сейсмических районах.

Рис. 15: Система гибридных конструкций

Типы структурных систем для высотных зданий

Содержание

Чтобы высотное здание было успешным, как минимум, в конструкции должны использоваться системы и материалы, соответствующие высоте здания и конфигурация. Структурная система для высотного здания должна хорошо работать и поддаваться эффективному строительству [1]. Согласно [1], успешное высотное здание должно иметь следующие особенности;

Создайте дружелюбный и привлекательный образ, который будет иметь положительное значение для владельцев зданий, пользователей и наблюдателей.
Подходит для сайта, обеспечивая надлежащие подходы и благоприятную планировку для людей, чтобы жить, работать и отдыхать.
Будьте энергоэффективны, обеспечивая внутреннее пространство контролируемым климатом.
Обеспечьте гибкость планировки офиса благодаря легкому разделению пространства.
Пространство, ориентированное на лучший обзор.
Прежде всего, здание должно иметь экономический смысл, без которого никакое развитие не было бы реальностью.

В 1969 году Фазлур Хан классифицировал структурные системы для высоких зданий в зависимости от их высоты с учетом эффективности в виде диаграмм « высоты для структурных систем » [2]. Это ознаменовало начало новой эры революции небоскребов с точки зрения множественных структурных систем [3].

Позднее Хан модернизировал эти диаграммы путем модификаций [4, 5]. Он разработал эти схемы как для стали, так и для бетона, как видно из рисунков 1 и 2 соответственно [6]. Хан утверждал, что жесткая рама, которая так долго доминировала в проектировании и строительстве высотных зданий, была не единственной системой, подходящей для высотных зданий.

Рис. 1: Классификация конструкционных систем высотных зданий из стали [1] Рис. 2: Классификация конструкционных систем высотных зданий из бетона [1]

Bungale [1] также представила таблицу, чтобы показать соответствующие конструкционная система для железобетонных высотных зданий. Это показано в Таблице 1.

Таблица 1 : Соответствующие конструктивные системы для бетонных высотных зданий [1]

Мы собираемся дать краткое описание различных и популярных конструктивных систем для высотных зданий в подразделах ниже. . Структурная система, используемая в любом проекте, должна быть способна выдерживать различные типы нагрузок, таких как сила тяжести, боковые, температурные, взрывные и ударные нагрузки. Снос башни должен находиться в пределах, например H/500.

Конструктивные системы, обычно применяемые для высотных зданий, следующие:

Системы колонн и перекрытий

Бетонные перекрытия в высотных зданиях часто состоят из двусторонней системы перекрытий, такой как плоская плита, плоская плита или вафельная система, способная выдерживать боковые нагрузки (см. рис. 3). В системе плоских плит пол состоит из бетонной плиты одинаковой толщины, которая обрамляет непосредственно колонны. В двухсторонних плоских плитах используются либо капители в колоннах, либо откидные панели в плите, либо и то, и другое, что требует меньше, чем плоская плита, поскольку дополнительный бетон предоставляется только в колоннах, где сдвиги и моменты максимальны.

Рис. 3 : Реакция плоской плиты-рамы на боковую нагрузку [1]

Вафельная система получается с использованием рядов балок под прямым углом друг к другу; балки обычно образованы квадратными куполами (см. рис. 4). Купола вокруг колонн опущены для увеличения момента и способности плиты к сдвигу [7]. Любая из трех систем может использоваться как неотъемлемая часть ветрозащитных систем для зданий высотой от 10 до 20 этажей. Понятие «действующая ширина» обычно используется при анализе таких зданий, подверженных воздействию боковых сил.

Рис. 4: Типовые системы перекрытий для плоских перекрытий: (a) плоская плита, (b) плоская плита с откидными панелями и (c) двусторонняя вафельная система [1]

Жесткие рамы

A Жесткий каркас характеризуется изгибом балок и колонн и вращением в местах соединений. Внутренние жесткие каркасы офисных зданий, как правило, неэффективны, потому что;

(1) Количество колонн в любой данной раме ограничено по соображениям аренды и
(2) Глубина балки часто ограничена высотой от пола до пола.

Однако рамы, расположенные снаружи здания, не обязательно имеют эти ограничения. Таким образом, эффективное действие рамы может быть достигнуто за счет близко расположенных колонн и глубоких перемычек снаружи здания. Жесткокаркасное высотное сооружение обычно состоит из параллельно или ортогонально расположенных отводов, состоящих из колонн и ферм с моментными соединениями [8].

Непрерывность рамы также увеличивает устойчивость к гравитационной нагрузке за счет уменьшения положительных моментов в фермах [1]. Преимущества жесткой рамы заключаются в простоте и удобстве ее прямоугольной формы. Его беспрепятственное расположение, свободное от структурных стен, дает свободу внутренней планировки и внешней для окон.

Жесткие каркасы считаются экономичными для зданий высотой до 25 этажей, при превышении которых их сопротивление сносу требует больших затрат. Однако, если жесткий каркас сочетается со стенками на сдвиг, полученная конструкция становится намного более жесткой, так что ее потенциальная высота может достигать 50 этажей и более [1].

Горизонтальная жесткость жесткой рамы определяется в основном сопротивлением изгибу ферм, колонн и их соединений, а в высокой раме также осевой жесткостью колонн (см. рис. 5). Накопленный горизонтальный сдвиг над любым этажом жесткой рамы сопротивляется сдвигу в колоннах этого этажа.

Рис. 5 : Жесткий каркас – Силы и деформации [1]

Системы жесткого каркаса неэффективны для зданий высотой более 30 этажей, потому что сдвиговая составляющая прогиба, вызванная изгибом колонн и балок, вызывает чрезмерное раскачивание здания [3] .

Раскосные рамы представляют собой тип устойчивых к моменту рам, которые имеют одинарные диагональные крестообразные и k-раскосы. Также используются решетчатые и наколенники. Бетонные каркасы часто не используются, так как стены сдвига лучше по конструкции и боковому сопротивлению. Решетчатые связи используются в сборно-панельных конструкциях.

Стальные раскосные рамы используются во внутренних ядрах, поэтому их можно легко соединить со стеновыми панелями. Композитные раскосные рамы могут иметь стальные распорки в бетонных распорках стальных рам. Также использовалась бетонная облицовка колонн и композитных балок перекрытий.

Стенно-каркасные системы, работающие на сдвиг

В этой системе устойчивость к горизонтальной нагрузке обеспечивается комбинацией стен, работающих на сдвиг, и жестких рам [9]. Стены жесткости часто размещают вокруг лифтовых и служебных ядер, а каркасы с относительно глубокими перемычками встречаются по периметру здания. Когда каркасно-стеновая конструкция подвергается поперечной нагрузке, отчетливо различающиеся формы прогиба стен и каркаса могут быть достаточно эффективными для уменьшения боковых прогибов до такой степени, что здания до 50 этажей и более являются экономичными [1].

Потенциальные преимущества каркасно-стеновой конструкции зависят от интенсивности горизонтального взаимодействия, которое определяется относительной жесткостью стен и каркасов, и высотой конструкции. Чем выше здание и жестче каркасы, тем сильнее взаимодействие [10].

Взаимодействие рамы и стенок сдвига известно уже довольно давно, классический способ взаимодействия между призматической стенкой сдвига и рамой момента заключается в том, что рама в основном прогибается в так называемом режиме сдвига, а стенка сдвига преимущественно реагирует, изгибаясь как кантилевер (см. рис. 6).

Рис. 6: Взаимодействие стены и рамы при сдвиге [1]

Совместимость горизонтального прогиба вводит взаимодействие между двумя системами, которое имеет тенденцию вызывать обратную кривизну в схеме прогиба системы. Таким образом, комбинированное структурное действие зависит от относительной жесткости различных элементов, используемых в составе системы сопротивления поперечной нагрузке.

Распределение общего сдвига ветра на отдельные стены и рамы, работающие на сдвиг, согласно простой диаграмме взаимодействия, допустимо только при выполнении одного из следующих двух условий.

1. Каждая несущая стена и каркас должны иметь постоянные свойства жесткости по всей высоте здания.
2. Если свойства жесткости изменяются по высоте, относительная жесткость каждой стены и каркаса должна оставаться неизменной по всей высоте здания.

Раскосные системы ферм-аутригеров на сдвиг

Конструктивная схема этой системы состоит из основного бетонного ядра, соединенного с внешними колоннами относительно жесткими горизонтальными элементами, такими как одно- или двухэтажные глубокие стены, обычно называемые аутригерами. Ядро может быть расположено в центре с выносными опорами, выступающими с обеих сторон, или оно может быть расположено на одной стороне здания с выносными опорами, выступающими к колоннам здания с одной стороны [1].

Система аутригеров является развитием, вызванным желанием сделать внутренние стержни и внешние колонны единым целым, соединив их вместе на одном или нескольких уровнях с помощью жестких рычагов – аутригеров. Он может быть образован любой комбинацией стальной, бетонной или композитной конструкции и уменьшить внутренний опрокидывающий момент конструкции до 40 % по сравнению со свободной консолью [10].

Многоуровневые системы аутригеров могут обеспечить в пять раз большее сопротивление моменту, чем одиночная система аутригеров. Системы аутригеров использовались для зданий высотой до 70 этажей, но эта концепция должна применяться и для более высоких зданий [11].

Основная структурная реакция системы довольно проста. При воздействии боковых нагрузок выносные опоры, закрепленные на колонне, сопротивляются вращению сердечника, в результате чего боковые отклонения и моменты в сердечнике становятся меньше, чем если бы отдельно стоящее ядро сопротивлялось нагрузке, как показано на рисунке 7 [3].

Внешний момент воспринимается не только изгибом сердечника, но и осевым растяжением и сжатием внешних колонн, соединенных с выносными опорами. В результате эффективная глубина конструкции для сопротивления изгибу увеличивается при изгибе ядра как вертикальной консоли, за счет развития растяжения в наветренных колоннах и сжатия в подветренных колоннах.

Рис. 17 : опорная конструкция с опорой на сердечник [3]

Система каркасных труб

Проще говоря, каркасная труба может быть определена как трехмерная система, которая охватывает весь периметр здания для сопротивления боковым нагрузкам. [1]. Необходимым требованием для создания трехмерной конструкции, похожей на стену, является размещение колонн на внешней стороне здания относительно близко друг к другу, соединенных глубокими перемычками, как показано на рис. 8.

рис. 8: Каркасное трубчатое здание. (а) Схематический план и (б) изометрический вид [1]

Система работает достаточно эффективно как полая вертикальная консоль. Однако боковое смещение из-за осевого смещения колонн, обычно называемое хордовым смещением, и смещение стенки, вызванное деформациями сдвига и изгиба перемычек и колонн, могут быть довольно большими в зависимости от геометрии трубы.

В каркасных трубчатых системах «сильное» направление изгиба колонн обычно выровнено вдоль фасада здания, в отличие от типичного поперечного жесткого каркаса, где оно выровнено перпендикулярно фасаду. Рамы, параллельные боковой нагрузке, действуют как стенки перфорированной трубы, а рамы, перпендикулярные нагрузке, действуют как полки.

При изгибе колонны на противоположных сторонах нейтральной оси трубы подвергаются растягивающим и сжимающим усилиям. Кроме того, рамы, параллельные направлению боковой нагрузки, подвергаются изгибу в плоскости и силам сдвига, связанным с независимым действием жесткой рамы.

Системы трубчатых ферм

Система трубчатых ферм повышает эффективность каркасной трубы, увеличивая ее потенциал для использования в более высоких зданиях и позволяя увеличить расстояние между колоннами. Это достигается за счет добавления диагональных распорок на торцах трубы, как показано на рис. 9.для практически полного устранения сдвигового запаздывания как в полке, так и в стенке шпангоута [1].

Рис. 9 : Трубчатая ферменная система [1]

Каркасная труба, как обсуждалось ранее, даже при небольшом расстоянии между колоннами является несколько гибкой, поскольку высокие осевые напряжения в колоннах не могут эффективно передаваться вокруг углов. Для максимальной эффективности труба должна реагировать на боковые нагрузки с чистотой кантилевера, при этом силы сжатия и растяжения должны равномерно распределяться по наветренной и подветренной сторонам.

Каркасная труба, однако, больше похожа на тонкостенную трубу с отверстиями. Осевые силы имеют тенденцию уменьшаться по мере того, как они проходят по углам, в результате чего колонны в середине наветренной и подветренной сторон могут не выдержать своей справедливой доли сжимающих и растягивающих сил. Примером применения является здание Onterie Center в Чикаго (рис. 10).

Рис. 10 : Здание центра Онтери, Чикаго (www.skyscrapercentre.com)

Системы пучковых труб

Конструкция из пучков труб состоит из четырех параллельных жестких рам в каждом ортогональном направлении, соединенных между собой в девять пучков труб (см. рис. 11). Принцип тот же, что и для однотрубной конструкции, где рамы в горизонтальном направлении нагрузки действуют как стенки, а перпендикулярные рамы действуют как фланцы.

Рис. 11 : Трубчатая конструкция в виде пучка [3]

За счет введения внутренних стенок сдвиговое запаздывание резко уменьшается, в результате чего напряжения в колоннах распределяются более равномерно, а их вклад в поперечную жесткость становится более значительным. Это позволяет расположить столбцы дальше друг от друга и не бросаться в глаза. По сути, основной принцип получения отклика пучка трубок состоит в том, чтобы соединить две или более отдельных трубок в один пучок. Основная цель состоит в том, чтобы уменьшить эффекты запаздывания сдвига.

Ссылки

[1] Bungale S. T. (2010): Проектирование железобетонных конструкций высотных зданий. CRC Press, Taylor and Francis Group
[2] Хан, Ф.Р. (1969): Последние структурные системы из стали для высотных зданий. В Трудах конференции Британской ассоциации строительных металлоконструкций по стали в архитектуре. Лондон: Британская ассоциация производителей металлоконструкций.
[3] Али М.М. и Мун К.С. (2007): Конструктивные изменения в высотных зданиях: текущие тенденции и перспективы на будущее. Architectural Science Review 50(3):205-223
[4] Хан, Ф.Р. (1972): Влияние критериев проектирования на выбор конструктивных систем для высотных зданий, В Трудах Канадской конференции по проектированию конструкций. Торонто: Канадский совет по строительству сталелитейной промышленности, 1-15.
[5] Хан, Ф.Р. (1973): Эволюция структурных систем для высотных зданий из стали и бетона. В Дж. Козак (ред.), высотных зданий в Средней и Восточной Европе: материалы 10-й региональной конференции по высотным зданиям: планирование, проектирование и строительство. Братислава: Чехословацкая научно-техническая ассоциация
[6] Ali, M.M. (2001): Искусство небоскреба: Гений Фазлур Хана. Нью-Йорк: Риццоли.
[7] Редди С.В.Б. и Эадукондалу М. (2018): Исследование боковых структурных систем в высотных зданиях . International Journal of Applied Engineering Research 13(15):11738 – 11754
[8] Залка К.