Рамные системы
Рамные каркасы обычно состоят из прямоугольной сетки горизонтальных балок и вертикальных колонн, соединенных между собой жесткими узлами.
В обычной рамной системе (рис. 3.3, а) колонны регулярно расположены по всему плану здания с шагом 6, 9 м. Жесткие рамы при горизонтальных нагрузках работают за счет изгиба колонн и балок. Подобные системы экономичны в зданиях высотой не более 30 этажей.
Системы с внешней пространственной рамой (рис. 3.3, б). При частом расположении колонн конструктивные элементы внешней рамы выполняют функции фахверка наружной стены и для ее устройства не требуется дополнительных элементов.
Дальнейшим развитием рамных систем является рамно-секционная система (рис. 3.3, в). Эта система позволяет завершать различные секции на разной высоте без существенного усложнения конструкций, придавая зданию ступенчатый вид. Ригели перекрытий в пределах отдельных секций обычно опирают на колонны шарнирно.
Рисунок 3.12 – Схемы основных рамных систем
а – обычная, б – с внешней пространственной рамой; в – рамно-секционная; 1 – колонна; 2 – ригель; 3 – плоскость одного из перекрытий
Связевые системы
В связевых системах (рис. 3.4) горизонтальная жесткость обеспечивается за счет работы диагональных элементов и колонн при шарнирном примыкании ригелей. Связевая система работает на горизонтальные нагрузки как консоль, защемленная в фундаменте, нагрузки на которую передаются посредством жестких дисков перекрытий.
Связевая конструкция может быть решена в виде плоских диафрагм (рис. 3.4, а) или в виде пространственных стволов жесткости (рис. 3.4, б, в, г), которые могут располагаться как внутри здания, так и снаружи, образуя внешний ствол.
Внутренний ствол жесткости может быть решен в виде замкнутой железобетонной конструкции. Такой ствол целесообразно совмещать с лифтовыми или коммуникационными шахтами.
По расходу стали связевые системы более эффективны, чем рамные, так как большая часть колонн освобождена от внутренних усилий изгиба.
Рисунок 3.13 – Схемы основных связевых систем
а – с диафрагмами жесткости; б – с внутренним решетчатым стволом; в – с внутренним железобетонным стволом; г – с внешним стволом; 1 – диафрагмы; 2 – колонны; 3 – ригели; 4 – внутренний железобетонный ствол; 5 – внешний ствол; 6 – наружные диафрагмы
Рамно-связевые системы
Рамно-связевые системы (рис. 3.5) имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположенными в одной или разных плоскостях со связями. В продольном направлении жесткость обеспечивается за счет рамных узлов примыкания ригелей к колоннам, а в поперечном – за счет связевых диафрагм по торцам здания. Ветровые нагрузки в поперечном направлении передаются через горизонтальные диски перекрытий на торцовые диафрагмы.
Рисунок 3.14 – Схемы рамно-связевых систем
а – рамно-связевые системы с жесткими включениями; б – то же, с поясами жесткости; в – то же, с поясами жесткости и ростверками
При проектировании каркасов многоэтажных зданий не всегда сохраняется регулярность системы и единый принцип ее построения. В некоторых случаях наиболее рациональным решением является комбинированная схема.
Примеры использования стальных каркасов при строительстве многоэтажных зданий приведены на рис. 3.6-3.9.
Современное строительство характеризуется тенденцией к максимальному снижению массы конструкций с целью уменьшения материалоемкости и стоимости строительно-монтажных работ; в связи с этим совершенствование конструкций здания идет в направлении использования высокопрочных сортов стали и сплавов, тонкостенных прокатных и гнутых профилей, внедрения предварительно напряженных конструкций из металла и создания облегченных конструктивных систем здания с растянутыми поверхностями из тонких листов.
Рисунок 3.15 – Чикаго «Либерти Мьючиал Иншуренс билдинг»
Рисунок 3.16 – Поперечный разрез и фрагмент фасада «Мезон Кларте» Женева
Рисунок 3.17 – Шоколадная фабрика в Наузье-на-Марне
Рисунок 3.18 - Любонь (Познань). Химическая фабрика