Компоновка конструктивной системы многоэтажных зданий в плане
|
Размещение конструкций в плане во многом зависит от архитектурно-планировочных требований, но при этом необходимо учитывать особенности и условия работы различных конструктивных систем. При большой высоте здания форма его плана существенно сказывается на поведении конструкций при горизонтальных нагрузках. Например, по сравнению с круглым в плане зданием горизонтальный прогиб верха каркаса от ветра увеличивается в зданиях с другой формой плана (при той же высоте, площади, жесткости): квадратной — почти в 2 раза; прямоугольной, при соотношении сторон 2:1 и перпендикулярным к длинной стороне ветром — почти в 3 раза. Жесткость здания можно резко повысить, переходя от компактного плана к расчлененному плану той же площади. По условиям жесткости конструкций минимальный габаритный размер горизонтальной проекции здания принимается не менее 1/5—1/8 его высоты, где первое число относится к обычным рамным системам, второе — к более эффективным системам. Размещение связевых конструкций Размещение связевых конструкций в плане возможно по разным схемам: по контуру здания; в центре здания; в различных участках плана. Связевые конструкции по контуру здания (рис. 20.11) почти не стесняют планировку помещений, но должны быть согласованы с решением наружной стены и движением людских потоков (при внешних лифтовых стволах). Форма плана не накладывает особых ограничений на применение такой схемы, тогда как размещение в центре (рис. 20.12) характерно в основном для зданий с компактным планом, а размещение в различных участках (рис. 20.13) — для зданий с протяженным или расчлененным планом.  Связевые конструкции должны обеспечивать жесткость и устойчивость всей системы при изгибе в двух главных направлениях плана и при кручении. Схемы, показанные на рис. 20.11—20.13, отвечают этому условию, кроме последней схемы на рис. 20.12, в которой крестовый ствол обладает незначительной жесткостью свободного кручения. Аналогичный недостаток будет у системы плоских диафрагм, если они в плане здания располагаются на лучах, выходящих из одного центра. По возможности следует соблюдать симметрию в размещении и условиях загружения связевых конструкций, чтобы снизить дополнительные воздействия от кручения системы в плане и неравномерных вертикальных деформаций. Ориентация и взаимное положение связевых конструкций не должны приводить к существенному стеснению температурных деформаций горизонтальных конструкций, особенно в протяженных зданиях. Если это требование не удается выполнить, необходимо расчетом оценить усилия, возникающие от изменений температуры конструкций. В соответствии с принципом концентрации материала число связевых конструкций в здании должно быть минимально необходимым. Разрозненные диафрагмы целесообразно объединять, обеспечивая их взаимодействие в составной (плоскостной или пространственной) конструкции. По жесткости и эффективности работы предпочтительнее стволы с замкнутым поперечным сечением или близким по форме сечением, образоваиным из нескольких ветвей (см. первые четыре схемы на рис. 20.12). Стволы двутаврового и крестового сечения относительно менее жесткие, но могут быть выполнены в большинстве случаев с глухими стенками, без проемов. Ориентировочные минимальные размеры сечений связевых конструкций в первом и втором районе по скоростному напору ветра принимаются (обозначения см. на рис. 20.13): для диафрагм Вд=1/7Н, для стволов замкнутого сечения Bс=1/10 Н, где H — высота здания. Размер Bс для ствола двутаврового (по ширине полки) и крестового сечения следует увеличить на 15—20%.  По условиям прочности дисков перекрытий при действии горизонтальных нагрузок размеры L1 (пролет диска) и L2 (вылет диска), указанные на рис. 20.13, следует ограничить. Для конструкций сборных железобетонных перекрытий, применяемых для многоэтажных зданий в Москве, рекомендуется L1≤30 м, L2≤l 2 м. В случаях, когда здание делится деформационными швами на отдельные отсеки, связевые конструкции компонуют для каждого отсека независимо. Сетка колони Сетка колонн должна быть согласована с формой плана и типом конструктивной системы. Нужно стремиться к возможно более простой сетке колонн с прямоугольной или квадратной ячейкой, отвечающей требованиям унификации конструкций и модульности размеров, используя осевую и центральную симметрию, а в зданиях сложной формы — нетиповые переходные вставки. Следует избегать сбивки осей колонн и ригелей. Большие помещения целесообразно располагать в верхних этажах или в отдельном пониженном объеме здания. Примеры возможного размещения колонн в плане показаны на рис. 20.14. В системах с диафрагмами и стволами жесткости их расположение и сетка колонн должны быть увязаны. В системах ж—и размещение внешних колонн можно выбирать более свободно. В исследованиях 40-х гг. было установлено, что оптимальный по расходу стали шаг колонн b, l составляет для обычных рамных и рамно-cвязевых систем около 5—6 м. Это было использовано в строительстве первых московских высотных зданий. Однако в последние два десятилетия наметилась тенденция к увеличению шага колонн в общественных зданиях до 9—12 м, появились новые схемы компоновки с пролетами перекрытий l до 18—24 м, что обусловлено требованием к повышению гибкости в использовании помещений. Вопрос об оптимальном шаге колонн при различных схемах и высотах зданий с учетом эксплуатационных затрат и затрат на все смежные конструкции требует дополнительного изучения. Компоновка перекрытий Выбор схемы перекрытий зависит от размера пролета и шага колонн, формы ячейки, конструкции плиты перекрытия. Для прямоугольных и квадратных ячеек обычно используются схемы балочных перекрытий (рис. 20.15). При квадратной ячейке по условиям унификации часто переходят на шахматную раскладку сборных настилов в смежных ячейках, обеспечивая тем самым одинаковое загружение ригелей. В усложненной схеме при жестких балках по контуру ячейки возможна пространственная система перекрестных балок с простым пересечением в разных уровнях. Дальнейшее развитие этой идеи приводит к структурной плите перекрытия.  Условия прокладки инженерных коммуникаций могут оказать решающее влияние на выбор схемы и компоновку перекрытия. Так, в варианте г (рис. 20.15) относительно слабо нагруженные и более длинные вспомогательные балки менее выгодны, чем в вариантах б, в, но такая схема может быть более удобной для размещения инженерных коммуникаций в пределах увеличенной высоты сечений вспомогательных балок как параллельно им, так и в перпендикулярном направлении (с устройством вырезов в балке). По этим же соображениям предпочтительны сквозные балочные конструкции (перфорированные балки, фермы) с сопряжением балок по схемам рис. 20.15, ж—к.  При выборе типа сопряжения балок важно оценить, как это влияет на высоту этажа. Если переход к более простому сопряжению по схемам ж, и (рис. 20.15) требует увеличения высоты этажа, то возрастают общая высота и объем здания и, следовательно, стоимость вертикальных конструкций и эксплуатационные расходы. Поэтому необходим тщательный экономический анализ решений. Для схем плана, показанных на рис. 20.16, также используются преимущественно балочные схемы. В схемах а, б добиваются одинакового загружения колонн, симметричных относительно диагоналей, сохраняя принятое расположение балок через этаж, а на остальных этажах меняют направление балок в угловых зонах перекрытия на перпендикулярное. Схемы в, г обладают необходимой симметрией на каждом перекрытии, но сложнее в конструктивном оформлении. В ствольных системах (рис. 20.8) приемы компоновки перекрытий в основном сохраняются.  Колонны, недостаточно раскрепленные балками перекрытий, следует более четко фиксировать с помощью горизонтальных связей (см. рис. 20.16, б). При нежестких перекрытиях горизонтальные связи необходимы для обеспечения неизменяемости конструкций в плане и пространственной работы конструктивной системы. В этом случае их размещают через два-три этажа по контуру перекрытий (при компактном плане) или в виде лент на части ширины перекрытия в зданиях с протяженным и расчлененным планом. Устройство горизонтальных связей усложняет конструкцию, поэтому применение нежестких перекрытий должно быть экономически обосновано. |
