Многоэтажные промышленные здания: конструктивные схемы зданий; конструкции многоэтажных рам; обеспечение пространственной жесткости
Каркас многоэтажных промышленных зданий состоит из колонн и балочных или безбалочных междуэтажных перекрытий и покрытия. В зданиях с балочными перекрытиями ригели и колонны связаны между собой в узлах сваркой закладных деталей, т. е. шарнирно, в этом случае каркас в целом воспринимает только вертикальные нагрузки.
Такая конструктивная схема здания называется связевой. Ветровые и другие горизонтальные нагрузки воспринимают перекрытия, которые передают их на торцовые стены и стены лестничных клеток. Иногда устраивают специальные стены или диафрагмы для обеспечения жесткости и устойчивости каркасного здания связевой системы.
Многоэтажные здания могут также иметь каркас рамной конструкции. В этом случае поперечными железобетонными рамами с жесткими узлами обеспечивается пространственная жесткость здания.
Балочная схема многоэтажных зданий является наиболее распространенной. При этой схеме в поперечном направлении располагаются ригели, опирающиеся на консоли колонн, а по ригелям укладываются сборные железобетонные ребристые или пустотелые настилы. Настилы, укладываемые вдоль разбивочных осей ряда колонн, имеют вырезы для пропуска колонн (рис. 84). Ригели имеют тавровое поперечное сечение. В некоторых случаях для уменьшения высоты перекрытия применяют ригели трапецеидального сечения с четвертями для опирания настилов.
Рис. 84. Многоэтажное здание с балочными перекрытиями
Колонны делают высотой на этаж, при этом стыки колонн располагаются не в уровне междуэтажного перекрытия, а на 60 см выше него. Для унификации размеров всех сборных элементов сечения колонн, ригелей и настилов перекрытий всех этажей принимают одинаковыми. Узлы и стыки сборных элементов выполняются сваркой закладных стальных частей с последующим замоноличиванием (рис. 85).
Рис. 85. Сопряжение элементов каркаса. а — ригелей и настилов; б, в — ригелей с колоннами; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — настил.
Стальные планки, заложенные в нижнем поясе ригелей, привариваются к планкам, заложенным в консоли колонн. Планки в консолях шире планок ригелей, благодаря чему сварные швы накладываются в нижнем положении, самом удобном для производства сварочных работ. Поверху ригели соединяются стыковыми накладками, которые обнимают колонну с двух сторон и привариваются к закладным планкам верхнего пояса ригелей. Вертикальные зазоры между торцами ригелей и колонной заполняют бетонной смесью на мелком гравии или цементным раствором. Элементы настила соединяются с ригелями сваркой закладных деталей.
Вместо ригелей могут быть применены парные прогоны, которые опираются на консоли вдоль разбивочных осей колонн. На прогоны укладываются многопустотные настилы. Швы между элементами настила замоноличиваются. Перекрытие получается с гладким потолком, что является большим преимуществом перед перекрытием с ребристым настилом.
Безбалочная схема многоэтажных промышленных зданий в сравнении с балочной обеспечивает большую полезную высоту помещений так как само перекрытие имеет меньшую высоту (рис. 86). Сетка колонн 6 X 6 м.
Рис. 86. Многоэтажное промышленное здание со сборными безбалочными перекрытиями.
Основные несущие элементы безбалочного перекрытия — это колонны с капителями, на которые опираются многопустотные надколонные панели толщиной 30 см. На надколонные панели в свою очередь опираются пролетные панели перекрытия толщиной 16 см. Капители имеют форму усеченной пирамиды с квадратным основанием и с отверстием посередине, через которое проходит колонна. Капитель выполняет роль обоймы стаканного типа, которая охватывает верхушку колонны, опирается на консоли колонны и скрепляется с ними путем приварки закладных деталей.
Поэтажный стык колонн осуществляется в пределах капители. Сборные безбалочные перекрытия сложны в монтаже и неэкономичны по расходу бетона и стали, поэтому применяются редко. Более экономичными являются сборно-монолитные безбалочные перекрытия, которые устроены следующим образом: плоская железобетонная плита с отверстием посередине для пропуска колонны служит капителью; на капители опираются межколонные предварительно напряженные многопустотные панели, на которые в свою очередь опираются пролетные панели (рис. 87).
Рис. 87. Сборно-монолитное безбалочное перекрытие. а — план; б — разрез.
По межколонным панелям укладывается арматурная сетка, которая сваривается с выпусками арматуры пролетных панелей и заполняется бетоном. Такая сборно-монолитная конструкция безбалочного перекрытия благодаря тому, что элементы не разрезаны, отличается большой жесткостью. Достоинство сборно-монолитного перекрытия — значительно меньший расход бетона и стали по сравнению со сборным; недостаток — применение монолитного бетона.
Обеспечение пространственной жесткости.
С переходом к многоэтажному строительству важнейшей задачей становится обеспечение пространственной жесткости зданий. Для панельных зданий высотой 9 этажей как при узком, так и при широком шаге пространственная жесткость обеспечивается так же, как и в пятиэтажных зданиях.
В зданиях повышенной этажности короткие панели поперечных стен, разрезанные проемами, вследствие недостаточной их жесткости, как правило, не могут воспринимать действующие ветровые нагрузки и надежно обеспечивать жесткость здания. Возможным направлением для повышения жесткости является объединение панелей поперечных стен в единый вертикальный диск, для чего перемычки, соединяющие эти панели, должны быть рассчитаны и законструированы таким образом, чтобы они могли воспринимать возникающие при этом сдвигающие усилия (которые в нижних этажах достигают значительных величин). Проектные проработки показали, что такое решение в панельной конструкции получается достаточно сложным. Способом повышения жесткости здания, как уже отмечалось, может быть компоновка плана панельного дома с развитыми на всю ширину поперечными стенами, которые в этом случае будут обладать достаточно высокой жесткостью для восприятия горизонтальных нагрузок.
Целесообразно переходить к пространственной системе диафрагм жесткости— двутавровых, угловых, П-образных в плане, имеющих большой момент инерции. При этом особое внимание должно быть обращено на обеспечение совместной работы поперечных и продольных стен. Наиболее надежно это достигается устройством в местах сопряжений стен специальных шпонок — стальных или монолитных, созданием зубчатых соединений и т.д.
В конструктивном отношении более правильно создание развитых по длине продольных стен — диафрагм жесткости, которые совместно с основными поперечными стенами должны образовывать пространственную систему.