Войти  |  Регистрация
Авторизация

Конструктивные системы перекрытий высотных зданий



Безбалочные системы. В безбалочных системах перекрытий плита перекрытия опирается на колонны; при небольших расстояниях между колоннами (до 7,5x7,5 м) применяется плита постоянной толщины, при больших расстояниях и малой нагрузке проектируются колонны с капителью - с уширением в верхней части (рис. 6.1) При применении этой системы капитель должна быть приблизительно квадратной формы в плане, а плита во всех пролетах (полях) должна быть в основном одинаково нагружена. При однаковой сетке колонн это достигается в крайних пролетах устройством консолей или защемлением плиты в стену. Статическая работа этой системы отличается тем, что вертикальная нагрузка переносится на колонны по всем направлениям, т.е. по кратчайшим расстояниям. Перенос вертикальной нагрузки можно упрощенно представить в виде полос между колоннами, которые по отношению к ним имеют ортогональное и диагональное направление. Эти полосы работают как неразрезные балки с жесткими опорами (например, с вутами, которыми являются капители), а на них опираются промежуточные полосы, которые также являются неразрезными, но с упругими в вертикальном направлении опорами. На основе этих предположений можно заармировать железобетонную плиту. Однако самым ответственным в этой системе является место соединения плиты с колонной, где действуют большие напряжения среза и имеется опасность сдвига. Неблагоприятные изгибающие моменты воспринимает плита, имеющая радиальное и продольное армирование в верхней части, а также арматуру, расположенную по кругу.
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Без балочные перекрытия имеют наименьшую конструктивную высоту, ровный и гладкий потолок, дают возможность свободно расположить внутреннее оборудование. Разводящие сети, не встречающие препятствий, подвешиваются к плите. В случае необходимости устраивают подвесной потолок. С технологической точки зрения эти перекрытия весьма просты благодаря простой конструкции опалубки. В этом случае применяют прогрессивные технологические процессы:
- перекрытия, возводимые методом подъема, при этом плиты перекрытий всех этажей размером на всю секцию (между температурными швами) бетонируются в уровне земли или на перекрытии нижнего этажа; плиты перекрытий нескольких этажей бетонируются одна над другой, а потом с помощью специального монтажного оборудования, размещенного на свободно стоящих колоннах, синхронно поднимаются в проектное положение; первым поднимают перекрытие самого верхнего этажа;
- плита, имеющая большеразмерную (стандартную) опалубку, бетонируется в проектном положении;
- сборно-монолитная конструкция, в которой капитель заводского изготовления, иногда предварительно напряженная, и остальные части бетонируются на месте [например, по патенту Й. Вюнше (J. Wiinshe)].
При методе подъема перекрытий колонны, как правило, выполняются из стальных труб, наружный диаметр которых одинаковый на всю высоту здания; колонны в случае необходимости бетонируются. В плите забетонированы стальные закладные элементы, через которые, с одной стороны, распределяется опорное давление на большую площадь среза, с другой стороны, надежно решается присоединение плиты к колонне. После подъема плиты в проектное положение, выдвигается стальная опорная часть, на которую опирается плита, фиксируемая болтами (рис. 6.2). Главной проблемой этой технологии изготовления сборных конструкций в построечных условиях является обеспечение равномерного подъема (синхронное гидравлическое оборудование изготовляется по специальной технологии), обеспечение устойчивости конструкции во время подъема, а также устойчивости колонны, которую возможно изготовить только из стали или из стальных элементов и бетона. Поэтому в последнее время применяют технологию с бетонированием плиты в проектном положении. Также часто применяют стальные колонны круглого или другого сечений (рис. 6.3). Стальные колонны выгодны тем, что имеют малые поперечные сечения для больших сил сжатия, а также просто решаются капители для распределения напряжений среза, стальные колонны по сравнению с монолитными железобетонными, как правило, менее трудоемки в изготовлении, при этом сокращаются сроки строительства за счет исключения времени твердения бетона. Часто проектируются все конструкции в железобетоне, т.е. при монолитной плите применяются железобетонные колонны монолитные или сборные.
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Недостатком безбалочных перекрытий является их большая материалоемкость (относительно большая потребность бетона и арматуры) и возможность применения их для ограниченных пролетов перекрытий. Система имеет и относительно большие упругие и остаточные деформации из-за обжатия бетона. Конструктивная система, состоящая из плит перекрытия и колонн, имеет малую поперечную жесткость, а поэтому обычно, особенно при большом числе этажей, применяется в сочетании с вертикальными стенами жесткости или ядрами. Эта система широко применяется для административных зданий, больниц, складов, стоянок автомобилей и т.п.
Системы перекрытий, работающих в двух направлениях, являются типичными для бетонных, но не для стальных конструкций.
Железобетонные перекрытия, работающие в двух направлениях, подразделяются на три типа (рис. 6.4): плита, работающая в двух направлениях; плита, облегченная в середине поля; перекрестно-балочная (или кессонная) система.
Плита бывает большей частью постоянного сечения. При применении стальных балок как в случае монолитной плиты, так и сборной конструкция перекрытия относительно материалоемка. При объединении со стальными конструкциями возникают трудности с устройством и снятием опалубки или монтажом больших сборных элементов.
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Для железобетонных перекрытий больших пролетов возможно снижать расход материала и нагрузку от собственной массы облегчением в средней части поля с помощью блоков из легких материалов или ликвидацией части бетона, т.е. заменой сплошной плиты на перекрестно-ребристую, - кессонную, выполняемую в оставляемой опалубке из картона, асбестоцемента, фанеры и других материалов.
Перекрестные стальные конструкции применяются реже, чем железобетонные. Это связано с многочисленными сложными стыками балок на одном уровне, которые должны быть жесткими и большей частью подобранными на полную несущую способность сечения. При этом возрастает трудоемкость изготовления и монтажа. Исходя из доводов изготовления и конструктивных невозможно привести распределение материала в соответствие с действительным напряженным состоянием, поэтому перекрестная система не дает значительного снижения потребляемого материала. На рис. 6.5 показаны некоторые конструктивные решения системы стальных перекрестных балок: а) стык в одном уровне с накладками; б) стык решен с помощью вставки из круглой или квадратной стали. С точки зрения изготовления и монтажа самым выгодным является расположение балок (рис. 6.5) на двух уровнях, которые соединены между собой простейшим способом. Однако в этом случае недостаток заключается в том, что не используется вся конструктивная высота перекрытия и балки работают только со своей высотой, а совместность работы с плитой может быть обеспечена только для верхних балок. Решение может быть несколько улучшено применением ребер, при этом достигается совместность работы плиты с нижними балками (рис. 6.5, г, д). Однако эта эффективность достигается при меньшей статической ясности работы конструкции и большей трудоемкости выполнения.
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Из-за приведенных выше доводов системы стальных перекрестных балок применяются очень редко, проектируются в исключительных случаях, например когда архитектурным решением предусмотрена открытая взору конструкция перекрытия, или когда ограничена высота (в этом случае необходимо устройство стыков на одном уровне), или, наоборот, имеется достаточная конструктивная высота (тогда балки расположены в двух уровнях), что позволяет организовать простую разводку сетей и т.п.
Подобные положения справедливы и для решетчатых плит (структур), которые в зависимости от способа опирания могут быть отнесены к группе конструкций, опирающихся в отдельных точках, или к группе конструкций, работающих в двух направлениях. (Применение их для случая работы в одном направлении статически не логично.) Решетчатые плиты являются специальными конструкциями с точки зрения проектирования, изготовления и монтажа. Они относительно дорогостоящи и поэтому их можно применять при выполнении следующих условий: наличие больших пролетов и малых нагрузок, постоянной высоты плиты; конструкция должна соответствовать принятой схеме опирания, т.е. если принята работа в двух направлениях и выровнены изгибающие моменты (уменьшена разница между крайними и средними полями); используется особенность конструкции (просматривается эстетическое воздействие или используется относительно частая сетка нижних поясов для прокладки труб или устройства подвесного потолка); состоит из серийно изготовляемых элементов с применением проверенных стандартных узлов, с проверенным решением стен, кровли и т.п.
Системы перекрытий, работающих в одном направлении. При применении стальных конструкций наиболее распространенным решением системы перекрытия является работа в одном направлении, т.е. плита или балки перекрытия работают между главными балками, ригелями рам, стенами. Эта система очень четкая, в ней легко решаются различные сложные в плане перекрытия, она выгодна для сборных конструкций.
Различают четыре основных типа такой системы (рис. 6.6) .
Перекрытие без вспомогательных балок применяется когда плита перекрытия работает, опираясь на главные балки, ригели рам или стены. При этом типе перекрытия отсутствуют вспомогательные балки, в результате чего снижается число элементов стальной конструкции, а также уменьшаются объем металлоконструкций и их стоимость. Плита перекрытия имеет относительно большие пролеты (3-6 м), что повышает массу конструкции. Увеличение массы в некоторых случаях нельзя считать отрицательным фактором (например, для гашения вибрации или звука масса является самым простым средством для снижения этих неблагоприятных воздействий), поэтому этот тип перекрытия рекомендуется для жилых зданий, гостиниц, больниц и тл. При применении такой системы также снижается число стальных элементов, которые необходимо защищать от коррозии и пожара.
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Плита перекрытия бывает монолитная, сборная или состоит в разных комбинациях со стальной балкой, т.е. соединена с ней для совместной работы или нет.
Монолитная плита или опирается на верхний пояс главной балки, или для повышения эффекта совместной работы и упрощения опалубки приподнята над ним (приподнята, например, на высоту, равную толщине плиты опалубки), или имеет вуты, или вуты продолжены до нижнего пояса балки и тогда плита бетонируется заодно с балкой (рис. 6.7). Поверхность монолитной плиты снизу и сверху гладкая, ровная, в отличие от сборной без швов плиты, в ней легко обеспечивается неразрезность, в связи с чем она имеет относительно меньшую высоту и меньший расход арматуры. Соединение плиты с балками для совместной работы конструктивно решается просто; решение конструкции плиты в местах непараллельных балок, отверстий и примыканий к колоннам, шахтам, лестницам и другим конструкциям не вызывает трудностей.
При бетонировании плиты можно применить прогрессивные методы производства работ, которые можно назвать ’’промышленно изготовленным монолитным бетоном”: централизованное изготовление бетонной смеси, подача бетонной смеси на место укладки бетононасосами, механизированное уплотнение, стандартная опалубка, арматурные сварные сетки и рулоны, сокращение сроков твердения и тл. Недостатками являются значительная трудоемкость устройства опалубки и распалубки, проблема мокрого процесса, большая масса перекрытия.
Применение сборных железобетонных конструкций дает возможность устранить многие недостатки монолитной конструкции, а именно проблему опалубочных работ, снижения трудоемкости работ на строительстве и сокращении объемов мокрого процесса. Сборные плиты перекрытий проектируются с учетом того, чтобы простейшим способом, чаще всего замоноличиванием швов (иногда сваркой закладных деталей стыков), обеспечить их монолитность. Однако необходимо, чтобы перекрытие имело минимально возможное число стыковых швов. Элементы заводского изготовления можно разделить на два типа — плиты и балочные элементы. На рис. 6.8 показаны некоторые типы элементов сборных перекрытий, которые после замоноличивания швов работают как единая плита. Простейшим типом изделия сборного перекрытия является сплошная плита, ширина которой зависит от модуля здания и предельной массы изделия с точки зрения его транспортирования, а также грузоподъемности кранов. Это изделие является самым простым с точки зрения изготовления и конструкции, однако при больших пролетах имеет большую массу (уменьшение массы можно достигнуть за счет предварительного напряжения). Облегчение плиты большей частью выполняют в виде круглых непрерывных пустот, таким способом удаляется материал, который является излишней массой их статически мало загруженных областей сечения. Следующей возможностью облегчения плит является принятие ребристой плиты, у которой собственно плита имеет малую толщину (1,5-3 см) и подобна армоцементной конструкции с сетчатым армированием. Вид поперечного сечения балочных элементов очень разнообразен (рис. 6.8, б).
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Целая плита перекрытия собирается из плит или балочных плит, соединенных простейшим способом в стыках. Возможно несколько способов опирания элементов сборных перекрытий на стальную балку (рис. 6.9). С конструктивной и монтажной точек зрения простейшим является опирание на верхний пояс (рис. 6.9, а); это наиболее распространенный способ. Однако это решение требует большей конструктивной высоты перекрытия, поэтому элементы перекрытия иногда опираются на опущенные вспомогательные пояса или консоли (рис. 6.9, б). Очень редко элементы сборного перекрытия опираются непосредственно на нижний пояс стальных балок (рис. 6.9, в), в результате чего достигаются наименьшая высота перекрытия и ровный потолок, однако балки в этом случае должны быть специально законструированы (нельзя применять прокатные профили).
Объединение сборных плит со стальными балками для совместной работы значительно сложнее, чем для монолитной плиты, и решается несколькими способами. Наиболее часто применяют плиты, которые имеют выступы в опорной части (при простом опирании) или имеют отверстия (например, для консольных плит), в которых располагаются упоры для объединения плиты с балкой (из стержней круглого сечения, жесткие упоры из уголков, трубок и др.). Совместная работа обеспечивается после затвердения бетона в швах (рис. 6.10).
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Систему плитного перекрытия, т.е. стальные несущие конструкции и железобетонные плиты перекрытия большого пролета, можно назвать комбинированной конструктивной системой. Систему можно дополнить монолитным бетоном, особенно если при этом значительно уменьшится номенклатура сборных элементов или упростятся узлы конструкции. С точки зрения выполнения строительных работ необходимо монтировать панели одновременно с монтажом стальных конструкций, в ином случае могут возникнуть конструктивные проблемы (пространственная жесткость и т.п.).
При комбинации стальных конструкций со сборными железобетонными элементами возникает ряд проблем. Типовые (из каталога) сборные элементы разработаны для массовых конструкций и имеют другие условия опирания, допуски на изделия. Требуется специально спроектировать сборные элементы или приспособить массовые, например для объединения плиты с балками, обеспечения опирания на меньшие площади и тл. Элементы заводского изготовления труднее приспособить к различным условиям, как, например, опирание возле колонн, образование отверстий, подвеска сетей и устройство подвесных потолков. Во время монтажа элементы заводского изготовления большей частью работают по схеме простой балки, что вызывает увеличение конструктивной высоты и числа арматуры. Качество конструкций, выполненных с применением сборных железобетонных элементов, зависит от правильности и качества стыков, их за-моноличивания.
Перекрытие с дополнительными балками характеризуется тем, что балки расположены на небольших расстояниях (около 0,6-1 м) и имеют небольшие пролеты, поэтому плита перекрытия бывает менее нагружена. Из-за малой нагруженности железобетонная плита имеет толщину 4—6 см или заменяется керамическими блоками-вкладышами с дополнительным слоем бетона.
При бетонировании монолитных плит эффективно применяется инвентарная листовая опалубка со съемными элементами опалубки из алюминиевого сплава, укладываемыми на нижние пояса двутавровых балок. При этом одновременно бетонируют нижний пояс балок перекрытия, в результате чего обеспечиваются антикоррозионная защита и пожарная безопасность стальных балок, достигается совместная работа и в целом большая жесткость в продольном и поперечном направлениях. При устройстве перекрытий с заполнением из блоков между балками укладывают блоки, которые опираются на нижний пояс стальных балок, при этом одновременно бетонируется слабоармированная плита. Для балок перекрытия применяют или прокатные профили, или выполняют их решетчатыми (рис. 6.12, а).
К ребристым перекрытиям относятся и ранее применявшиеся типы перекрытий, в которых применялись керамические блоки, опирающиеся на нижние пояса балок, по ним выполнялись легкое заполнение, например из шлака, и выравнивающий слой из цементного раствора (рис. 6.12, б).
Ребристые перекрытия и перекрытия с вкладышами относительно просты, однако имеют большую массу, трудоемки в изготовлении, требуют применения мокрых процессов. Эти типы перекрытий в высотных зданиях применяются редко.
Перекрытия с второстепенными балками. В стальных конструкциях наиболее часто применяют конструкцию перекрытия, состоящую из балок (главных и второстепенных) и плиты. Эту конструкцию можно применять для малых, средних и больших пролетов, а также для нагрузок различной интенсивности.
Расстояние между второстепенными балками, т.е. пролет плиты, зависит прежде всего от типа плиты, модульного размера, прйнятого для здания, от расположения перегородок, горизонтальных проемов и т.п. Существует традиционное мнение, что для больших пролетов необходимо принимать большее расстояние между балками. Конструкцию перекрытия можно считать системой, состоящей из следующих элементов: стальная балка, плита перекрытия (опалубка, арматура, бетон, распалубка) и иногда устройства для обеспечения совместной работы (упоры, дополнительные опирания). Для определенного типа перекрытия в зависимости от переменных парам (пролетов, нагрузок и способа опирания) можно определить оптимальное расстояние между балками и толщину плиты, а в необходимых случаях устройства для объединения балок с плитой из условия минимальных затрат. Само собой разумеется, что при этом необходимо учитывать другие модификации и ограничительные условия (второе предельное состояние, данные о производимых прокатных профилях, конструктивную высоту), а в некоторых случаях учитывать дополнительные конструкции (защитные покрытия, противопожарные мероприятия, подвесной потолок и т.п.).
Конструктивные системы перекрытий высотных зданий

Балками перекрытия служат балки простые, неразрезные, консольные и очень редко с шарнирами в пролете. Систему балок в плане стараются выполнить равномерно с определенным модулем, горизонтальные проемы следует назначать с тем условием, чтобы они проходили только через плиту перекрытия, а в случае если это невыполнимо или необходимо выполнить большие проемы, применяют дополнительные распределительные балки (рис. 6.13). Однако в этом случае нарушается типизация конструкций перекрытия, вспомогательные балки имеют разную нагрузку, увеличивается трудоемкость монтажа.
Проблемы конструктивного характера возникают при опирании вспомогательных балок на колонны (иное присоединение; другая длина; сложность обеспечения неразрезности балок; решение в случае необходимости размещения проемов возле колонн для вертикальных коммуникаций более сложное). В этом случае наиболее простым решением является смещение в плане (рис. 6.14) второстепенных балок на половину модуля.
Элементом, лимитирующим высоту перекрытия, является главная балка или наиболее нагруженный элемент, особенно тогда, когда речь идет о квадратной разбивке сетки колонн. Иногда можно применять такой способ, при котором главная балка находилась бы ниже уровня потолка, поэтому в некоторых случаях, особенно при больших расстояниях между колоннами, эту проблему можно решить с помощью шахматного расположения балок (рис. 6.15), т.е. в этом случае главные балки воспринимают только нагрузки с половинной площади загружения. Более просто можно решить пространственную жесткость каркаса (например, двумя решетчатыми вертикальными порталами-связями в двух перпендикулярных направлениях).
Для применения стальных конструкций характерным является прямоугольный план (прямые углы). Ho это не всегда можно выполнить, особенно при нестандартных планах, необыкновенных планировочных решениях, обусловленных функциональными или архитектурными требованиями, и др.; и в этом случае стальные конструкции дают возможность выполнить эти требования. Например, если главные балки непараллельны, возможно несколько решений: второстепенные балки разного пролета (рис. 6,16, а, б), применение распределительных балок (рис. 6.16, в, г).
Перекрытие с второстепенными и дополнительными балками. Иногда между второстепенными балками располагают еще систему дополнительных балок и тем самым добиваются следующего:
- увеличения расстояний между второстепенными балками, что иногда требуется для прокладки сетей, использования конструктивной высоты с точки зрения статической работы балок, особенно при больших пролетах и высотах, и тл.;
- возможности применить плиту перекрытия меньшей несущей способности и меньшей массы (например, панели из листа с малой высотой, плиты из легкого бетона и тл.);
- снижение конструктивной высоты в случае, если дополнительные балки можно исключить;
- устройства больших горизонтальных проемов (в этом случае дополнительные балки являются одновременно обрамлением проемов);
- упрощения монтажных и строительных работ. Однако при этом решении возрастают ассортимент и число элементов, соединений, а в результате увеличивается трудоемкость на заводе и на монтаже, а также объем работ по отделке поверхностей и защите их от пожара.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent