Ствольные системы

ЛЕКЦИЯ 8

СИСТЕМЫ СО СТВОЛАМИ ЖЕСТКОСТИ

Общие положения

Если система несущих стен является достаточно эффективной для жилых зданий средней этажности, то высотные (в особенности общественные) здания требуют максимума планировочной гибкости, больших внутренних пространств, которые могут разделяться мобильными перегородками. В этом случае оптимальным решением является сосредоточение систем вертикального транспорта, инженерного обеспечения и др. (лифтов, лестниц, инженерных коммуникаций, туалетов и других подсобных помещений) с образованием ствола или нескольких стволов в зависимости от назначения и размеров здания. Эти стволы используются как системы стен-диафрагм, обеспечивающие восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, а также устойчивость здания. Площадь стволов со­ставляет 10-25% общей площади этажа здания.

Стволы жесткости можно рассматривать как высокие консольные балки, защемленные в грунте оснований и воспринимающие горизонтальные нагрузки.

Так как ствол воспринимает одновременно вертикальные нагрузки, он имеет преимущества для создания предварительного напряжения сжатием, и, таким образом, растягивающие напряжения могут в нем не возникнуть.

Конструктивные системы зданий со стволами жесткости характеризуются следующими особенностями:

• формой ствола жесткости (квадрат, прямоугольник, треугольник, многоугольник, круг и др.);

• количеством стволов (один или несколько);

• расположением стволов (в центре здания - центральное, по периметру - периферийное, вне здания - примыкающее);

• компоновкой ствола относительно объема здания (симметричная, асимметричная);

• влиянием геометрии здания на форму ствола жесткости (определяющее, косвенное).

В зависимости от формы здания в плане сечению одиночного ствола придается разнообразная форма (рис. 8.1 а). При значительных размерах стволы выполняются в виде нескольких концентрических оболочек или многосекционными (рис. 8.1 б), что позволяет существенно повысить их жесткость. Не существует каких-либо ограничений по форме и расположению стволов в пределах площади здания или их полному или частичному выносу за контуры здания.

Стволы жесткости выполняются из железобетона, из стали (рис. 8.2) и их комбинаций. Применение стальных стволов ограничивается сравнительно невысокими зданиями из-за их недостаточной жесткости и невысокой огнестойкости. Преимущества стальных стволов заключаются в возможности их быстрого монтажа.

Стволы жесткости чаще выполняют монолитными в скользящей опалубке, так как в сборном варианте элементы малоповторяемы; кроме того, при монтаже значительно увеличивается объем сварочных работ.

Монолитный железобетонный ствол имеет стены постоянной (для сравнительно невысоких зданий) или переменной толщины: от 40-120 см в нижних этажах до 20-60 см - в верхних. Кроме восприятия нагрузок железобетонные стволы являются ограждающими пространство конструкциями и для их огнезащиты не требуется дополнительных мероприятий.

Рис. 8.1. Формы стволов жесткости: а - односекционные; б - многосекционные

Рис.8.2 Схемы стальных стволов жесткости

В уровне каждого этажа в стволе предусматриваются дверные проемы (с одной или нескольких сторон). Неразрезность ствола обеспечивается обвязочными балками (перемычками над проемами) в уровне и ниже перекрытий.

Системы зданий со стволами жесткости характеризуются большим разнообразием конструктивных решений, связанных, прежде всего, с восприятием и передачей нагрузок. Ствол, как единственная вертикальная несущая конструкция, которая воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки, применяется достаточно редко. Наряду со стволом (стволами) в зданиях применяют и др. вертикальные конструкции - стены, каркас, объемные блоки, подвески. Соответственно образуются комбинированные конструктивные системы: ствольно-стеновая, ствольно-каркасная, ствольно-блочная, ствольно-подвесная.

Ствольные системы

Определяющий признак ствольной конструктивной системы - все вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на здание, воспринимаются одним или несколькими стволами жесткости. Нижние этажи в таких зданиях оставляются открытыми для проезда транспорта и движения пешеходов. Здания характеризуются меньшей площадью застройки (основания) и, соответственно, уменьшенными объемами работ по возведению фундаментов, пониженной чувствительностью к неравномерным осадкам фундаментов, повышенной сопротивляемостью сейсмическим воздействиям.

В зависимости от способов опирания конструкций этажей к передаче нагрузки на стволы различают разновидности ствольной системы:

• с консольными перекрытиями на каждом этаже (рис. 8.3 а);

• с несущей конструкцией перекрытия высотой в этаж, расположенной через этаж (рис. 8.3 б);

• с опиранием несущих конструкций этажей на одну мощную опорную консоль ствола (рис. 8.3 в, д)\

• с опиранием несущих конструкций этажей на регулярно расположенные по высоте ствола опорные консоли (рис. 8.3 г, е);

• с опиранием перекрытий на консольные стены-балки ствола (рис. 8.3)',

• с опиранием несущих конструкций этажей на балки или фермы между стволами (рис. 8.3 а, б);

• с опиранием перекрытий на пояса стальных или железобетонных ферм (рис. 8.3 в);

• с опиранием перекрытий на стены-балки в виде стальных решетчатых или железобетонных перфорированных конструкций (рис. 8.3 г, д).

Системы с консольными конструкциями перекрытий на каждом этаже не являются распространенным решением в связи с гибкостью консольных участков и необходимостью усиленного армирования для восприятия изгибающих моментов, В зависимости от величины вылета консольные перекрытия в ствольных зданиях выполняются плоскими (для меньших вылетов) или балочными.

Вариант с несущей конструкцией перекрытия в виде фермы высотой в этаж является предпочтительнее консольных поэтажных перекрытий.

Система с единой несущей конструкцией (нижней консольной опорой, рис. 8.3 в, д) отличается технико-экономическими преимуществам перед системой раз­бивки этажей на отдельные группы (рис. 8.3 г, е). Последнее решение может получить предпочтение по композиционным (преодоление монотонности архитек­турной формы) или функциональным (использование пространства между ярусами) соображениям.

Рис. 8.3. Схемы зданий с одним стволом жесткости: а - с консольными перекрытиями на каждом этаже; б - с несущей конструкцией перекрытия высотой в этаж; в - с опиранием несущих конструкций этажей на одну консольную железобетонную опору; г - то же, на две опоры; д - с опиранием несущих конструкций этажей на одну консольную стальную опору; е - то же, на две опоры. 1 - ствол жесткости; 2 - плита перекрытия; 3 - консольная монолитнобетонная балка; 4 - контурная балка; 5 - консольная ферма; 6 - контурная ферма; 7 - железобетонная консольная опора; 8 - стальная консольная опора; 9 - стойка (колонна); 10 – перекрытие.

Рис. 8.4. Схемы зданий с двумя стволами жесткости: а - с опиранием несущих конструкций этажей на железобетонную балку между стволами и консольные балки; б - то же, на стальные фермы; в - с опиранием перекрытий на пояса ферм (в т.ч. консольных); г - с опиранием перекрытий на стальной диагонально-решетчатый каркас стен; д - с опиранием перекрытий на железобетонные стены-балки.

Большими формообразующими возможностями при получении значительных по площади этажей обладают ствольные здания с несколькими стволами, располагаемыми периферийно (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схемы планов зданий с периферийным расположением нескольких стволов жесткости