Обеспечение жесткости каркасных зданий

В зданиях высотой 16 и более этажей экономически целесообразным является применение каркасного несущего остова. При этом, как показала практика строительства высотных зданий, стальные колонны, включая огнезащитную облицовку, имеют значительно меньшие размеры сечений, чем железобетонные. Поэтому применение стального каркаса в многоэтажных и высотных зданиях дает возможность снизить массу здания, а также стесненность основной площади этажей колоннами.

Связевая статическая схема предполагает шарнирное сопряжение вертикальных и горизонтальных элементов каркасного несущего остова и наличие диафрагм жесткости. Жесткость и устойчивость остова здания определяется его конструктивной системой.

Горизонтальная жесткость в данной конструктивной системе обеспечивается системой вертикальных и горизонтальных дисков, принимающих на себя всю ветровую нагрузку (рис. 1).

В качестве горизонтальных дисков используют перекрытия, представляющие собой монолитные железобетонные плиты, объединенные в совместную работу с балками перекрытия. Такие жесткие диски располагают обычно через 2-4 этажа (рис. 1).

В качестве вертикальных дисков используют сквозные или сплошные диафрагмы жесткости (пилоны), жестко сопряженные с колоннами каркаса.

Рис.1. Схема каркасного несущего остова связевой статической схемы 1- горизонтальные диски перекрытий; 2- вертикальные диски-пилоны.

На рис. 1 приведены сквозные пилоны, которые при сопряжении с колоннами основного каркаса образуют связевые фермы. Диафрагмы жесткости должны быть равномерно распределены по плану каркаса и установлены как в плоскости, так и из плоскости рам каркаса.

Обычно пилоны устанавливаются в одной плоскости на всю высоту здания. В некоторых случаях пилоны можно смещать в соседний пролет. В этом случае нижние пилоны должны заходить на верхние на высоту этажа.

Остальные элементы каркаса – колонны и балки, не входящие в систему жестких дисков, конструируются как обычная балочная система с шарнирным сопряжением в узлах. Они воспринимают лишь вертикальную нагрузку.

В протяженных зданиях связи поперечного направления воспринимают большую ветровую нагрузку и играют главную роль в обеспечении жесткости и устойчивости здания. Шаг диафрагм жесткости в плоскости рам не должен превышать 24 – 32 м. Значимость связей продольного направления уменьшается, так как в этом направлении расположено большое количество колонн, стены имеют большую протяженность, которые обеспечивают зданию дополнительную жесткость (рис. 2).

Рис. 2. Расположение диафрагм жесткости в плоскости и из плоскости рам в протяженном здании

Достоинством связевой статической схемы каркасного несущего остова является простота сопряжения балок с колоннами и небольшая трудоемкость возведения каркаса. Это привело к широкому распространению такой схемы каркаса при проектировании, в основном, гражданских зданий. При этом появляется возможность разнообразить конструктивное решение зданий с одинаковыми или разными планами, составлять здание из различных по конфигурации и высоте блоков и т.д. (рис. 2, Б).

Однако за счет невысокой горизонтальной жесткости несущего остова при такой конструктивной системе высота каркасных зданий ограничена до 20-ти этажей.