25. Стальные каркасы: колонны, ригели, связи. Стыки элементов каркаса

В многоэтажных зданиях стальные каркасы допускается применять при больших нагрузках на перекрытия. Сетки колонн в таких зданиях применяют те же, что и в железобетонном каркасе. Основными элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны и ригели, связанные в поперечном и продольном направлениях в неизменяемую пространственную систему. Стальные каркасы могут иметь связевую, рамную или комбинированную конструкцию. Наиболее рациональной следует считать рамную систему, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения.

Стальные колонны имеют, как правило, сплошное двутавровое сечение из прокатного профиля или составленного из листов. Реже изготовляют колонны круглого сечения (из труб) или составные из четырех уголков. Для больших нагрузок применяют колонны сквозного сечения.

Длину колонн принимают равной 8-15 м, т. е. на высоту двух-трех этажей. Стыкуют колонны на фрезерованных торцах и при монтаже соединяют между собой болтами. В верхних, а иногда и в средних этажах стыки колонн обваривают по контуру или перекрывают накладками на сварке. Башмаки колонн выполняют из стальной плиты толщиной 100-200 мм. С плитами колонны соединяют сваркой. Колонны крепят к железобетонным фундаментам анкерными болтами.

Ригели перекрытий в большинстве случаев выполняют из прокатных или составных профилей двутаврового сечения. С колоннами ригели соединяют сваркой с помощью накладок. По ригелям укладывают сборные железобетонные крупноразмерные плиты, а при необходимости звукоизоляционный слой.

Хорошие технико-экономические показатели имеют перекрытия по стальным настилам коробчатого, ребристого или волнистого профилей, по которым укладывают слой бетона (рис. 111 ж, з). Настилы выполняют одновременно функции арматуры и несъемной опалубки монолитных плит.

В поперечном направлении устойчивость зданий с железобетонным каркасом обеспечивают защемлением низа колонн в фундаменты и образованием жесткого диска покрытия путем сварки стропильных конструкций с закладными деталями панелей. Горизонтальные силы, действующие на диск покрытия в поперечном направлении, передаются на поперечные ряды колонн.

Для повышения устойчивости зданий в продольном направлении, кроме того, предусматривают систему вертикальных связей между колоннами и в покрытии. В целях снижения усилий в элементах каркаса от температурных и других воздействий вертикальные связи располагают в середине температурных блоков в каждом ряду колонн. При шаге колонн 6 м применяют крестовые связи, а при шаге 12 и 18 м — портальные. Рядовые колонны соединяют со связевыми колоннами распорками, размещаемыми по верху колонн, а в зданиях с мостовыми кранами — подкрановыми балками. Связи выполняют из уголков или швеллеров и крепят к колоннам с помощью косынок на сварке.

Основные преимущества стального каркаса:

1) легкость каркасных зданий.

2) быстрота возведения зданий на стальном каркасе.

3) архитектурные преимущества зданий на стальном каркасе. Применение каркаса позволяет варьировать размещение перегородок, чем достигается гибкость в планировке квартир. Стальной каркас обеспечивает жесткость и устойчивость сооружения, вследствие чего можно снимать любую внутреннюю стену и трансформировать внутренний объем здания так, как это оказывается необходимым для осуществления лоджий, эркеров и всякого рода отступов фасадной стены.

4) увеличение высотности каркасных зданий. Наибольшую экономическую целесообразность представляет применение стального каркаса в зданиях повышенной этажности (10-14 этажей).

К недостаткам стального каркаса следует отнести необходимость специальной пожарной защиты, требующей дополнительных затрат.

Компоновка стального каркаса

а) Системы связей

Пространственная схема каркаса многоэтажных зданий представляет систему, образованную из ряда жестких вертикальных и горизонтальных плоскостей. Горизонтальные плоскости (междуэтажные перекрытия) должны выполняться настолько жесткими, чтобы распределять горизонтальные силы между всеми системами жестких вертикальных связей (лист. 90, рис. 1).

Различные системы связей изображены на листе 90, рис. 2. Наиболее простые и рациональные типы связей - раскосные, но их трудно применять при устройстве оконных и дверных проемов. Подкосные же и рамные связи следует применять только в случаях, когда нет возможности поставить раскосные.

б) Варианты размещения связей

Расположение связей во «встроенных» домах наиболее просто; они должны размещаться только по торцам и могут входить внутрь брандмауэров (лист 90, рис. ЗА).

В зданиях, выходящих на угол, целесообразно размещать связи, как показано на листе 90, рис. ЗБ.

В зданиях, замыкающих квартал, целесообразно размещать связи, как показано на листе 60, рис. ЗВ, причем вся фасадная сторона остается свободной от связей, а ветровые силы передаются на заднюю сторону, через перекрытия. Иногда целесообразно осуществлять связи рамного типа в плоскости а-в.

Если здание длинное, ставятся дополнительные, промежуточные связи. Устройство продольных связей необязательно, так как на горизонтальные силы работает много рядов колонн».

в) Варианты размещения колонн

Варианты размещения колонн см. лист 90, рис. 5, 7, 8, 9 и Ш. При значительных отступах приходится ставить дополнительную колонну. Продольная сторона башмака колонны должна быть расположена в направлении стен, чтобы не занимать места внутри здания. По этой причине колонны двутавровой формы обычно устанавливают так, что их полки параллельны линии стен (лист 91, рис. 16).

В тех случаях, когда внутренние или наружные колонны получаются более тяжелыми, целесообразно выдерживать единый габарит колонн, что дает наибольшее число стандартных балок (лист 91, рис. 1в).

г) Размещение прогонов и балок

Прогоны и балки должны образовывать сетку нормально друг к другу поставленных балок, чем достигается стандартность наибольшего числа балок.

Для того чтобы достигнуть наиболее простого решения при косом плане, следует создавать косину за счет нестандартности крайних пролетов перекрытий (лист 91, рис. 1а).

Д ля тяжелых нагрузок, а также в целях упрощения примыканий к колоннам нередко применяются спаренные прогоны. По крайним колоннам при этом ставятся одиночные прогоны.