Конструктивные типы и конструктивные схемы зданий
Основой конструктивного решения зданий является выбор конструктивной и строительной системы, а затем — конструктивной схемы.
Конструктивная система — это совокупность взаимосвязанных вертикальных и горизонтальных несущих элементов (конструкций) здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.
Строительная система — это комплексная характеристика конструктивного решения сооружения по материалу и технологии возведения основных несущих конструкций. Строительные системы бывают традиционные, монолитные и полносборные.
Конструктивная схема здания представляет собой вариант конструктивной системы по признакам состава и размещения в пространстве основных несущих конструкций. Ее выбирают на начальной стадии проектирования с учетом объемно-планировочных, конструктивных и технологических требований. Фундаменты, стены, отдельные опоры и перекрытия соединяются между собой в пространстве, образуя несущий остов здания.
В зависимости от вида основных несущих элементов каркаса, здания имеют такие конструктивные типы: бескаркасный, каркасный, с неполным каркасом (рис. 1).
Рис. 1. Конструктивные типы общественных зданий: а — бескаркасный; б — каркасный; в — с неполным каркасом. 1 — несущие стены; 2 — междуэтажное перекрытия; 3 — колонны; 4 — ригель; 5 — самонесущие стены
Бескаркасные здания состоят из системы ячеек, образованных стенами и перекрытиями (рис. 1. а). Этот конструктивный тип зданий чаще всего распространен при строительстве жилых домов, школ и других общественных зданий.
В каркасных зданиях нагрузки от перекрытия принимаются каркасом (колонн, ригелей, пролетами, фермами). Каркасный тип здания представляет собой многоярусную пространственную систему, которая состоит из колонн и междуэтажных перекрытий (рис. 1. б). Поскольку несущими элементами в таких зданиях являются колонны, ригели и перекрытия, то стены выполняют в них ограждающую роль. Такой тип зданий чаще всего используют для зданий повышенной этажности, а также тогда, когда необходимо иметь помещение больших размеров, свободных от внутренних опор.
В зданиях с неполным каркасом (рис. 1. в) нагрузки от перекрытия принимается внутренним рядом колонн и внешними стенами. В этих зданиях внутренние стены заменяются внутренним каркасом, одним или несколькими рядами колонн, по которым укладываются ригели. На ригели опираются плиты перекрытия. Включение в несущий остов здания элементов внутреннего каркаса дает экономию стенового материала и увеличивает, при одинаковых размерах здания, ее полезную площадь.
Каждый конструктивный тип здания имеет несколько конструктивных схем, которые отличаются взаимным расположением несущих элементов.
Для бескаркасных типов зданий (рис. 2) характерны такие конструктивные схемы:
— с продольным расположением несущих стен (в этом случае на продольные стены опираются плиты перекрытия);
— с поперечным расположением несущих стен (когда на поперечные стены опираются плиты перекрытия);
— с опиранием плит на продольные и поперечные стены (по контуру).
Рис. 2. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольным расположением несущих стен; б — с поперечным расположением несущих стен; в — с поперечными и продольными несущими стенами. 1 — внешние и внутренние несущие стены; 2 — плиты междуэтажного перекрытия; 3 — внутренние поперечные несущие стены; 4 — торцевая несущая стена; 5 — продольные и поперечные несущие стены; 6 — плиты перекрытия, опираются по контуру
Здания каркасного типа (рис. 3) могут иметь схемы: с поперечным расположением ригелей, с продольным расположением ригелей, с перекрестным расположением ригелей, безригельные.
Рис. 3. Конструктивные схемы каркасных зданий: а — с поперечным расположением ригелей; б — с продольным расположением ригелей; в — с перекрестным расположением ригелей; г — безригельного. 1 — колонны; 2 — ригели; 3 — самонесущие стены; 4 — плиты межэтажного перекрытия; 5 — продольный ригель; 6 — между колонные плиты перекрытия
Здания с неполным каркасом (рис. 4.) могут иметь схемы: с продольным расположением ригелей, с поперечным расположением ригелей, безригельные.
Рис. 4. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольным расположением ригелей; б — с поперечным расположением ригелей; в — безригельная. 1 — внешние стены; 2 — колонны; 3 — междуэтажные плиты перекрытия; 4 — ригели; 5 — плиты перекрытия
По сравнению с конструктивным типом здания, конструктивные схемы дают глубокую характеристику особенностям несущего остова здания. Выбор конструктивной схемы влияет на объемно-планировочное решение здания и определяет тип его основных конструкций.
Мы подробно рассмотрим следующие конструкции:
Конструктивные схемы зданий
Фундаменты, стены, колонны, перекрытия образуют в здании несущий остов, определяющий устойчивость зданий на весь период эксплуатации.
По характеру несущего остова различают здания с несущими наружными стенами (бескаркасные), с полным каркасом и с несущими стенами и каркасом внутри здания (полукаркасные). Функции каркасов в здании выполняют колонны и горизонтальные балки (ригели).
В зданиях без каркаса различают схемы с продольными и поперечными (рисунок 2.1) несущими стенами. В схемах с несущими продольными стенами, перекрытия опираются на продольные стены, в схемах с поперечными стенами — на поперечные. В этом случае, стены, на которые перекрытия не опираются, можно делать менее прочными и соответственно более дешевыми.
Расстояния между осями несущих стен, как правило, составляют 3 или 6 метров и явно недостаточны для размещения в этих габаритах обеденных залов, производственных помещений. Кроме того, наличие внутренних стен уменьшает возможности удобного размещения в них производственных и торговых помещений. Поэтому бескаркасные схемы зданий не рекомендуется применять для строительства предприятий общественного питания и торговли.
В зданиях полукаркасного типа (рисунок 2.2), все внутренние несущие стены заменены на колоны и ригели, и внутреннее пространство этажа ничем не стеснено и ограничено лишь наружными стенами. На таком пространстве можно размещать залы большой площади и удобных пропорций, можно применять самые рациональные планировки производственных и складских помещений. Без больших строительных затрат в таких схемах возможны дальнейшие изменения в планировке помещений уже в процессе эксплуатации, при реконструкции или техническом перевооружении предприятий.
а – с продольными несущими стенами; б – с поперечными несущими стенами; 1 – несущие стены; 2 – самонесущие стены; 3 – перекрытия; 4 – фундаменты
Рисунок 2.1 – Конструктивная схема бескаркасного здания
Также удобны в строительстве зданий общественного питания и торговли и каркасные схемы (рисунок 2.3). Последние отличаются от полукаркасных более высоким уровнем индустриализации строительства. Это полносборные здания. Здесь все, начиная от фундаментов и кончая крышей, выполняется, как правило, из сборных элементов заводского изготовления.
При проектировании предприятий общественного питания и торговли, применяют как полукаркасную, так и каркасную схемы, учитывая при этом местные условия, экономические, архитектурные и конструктивные требования. В частности, в промышленно развитых районах, с хорошей базой строительной индустрии целесообразнее возводить здания каркасного типа с легкими навесными стеновыми панелями. Напротив, в удаленных районах, где для возведения стен применяются местные материалы, камень, кирпич, целесообразно применять полукаркасную схему с наружными несущими стенами и внутренним каркасом.
а – с продольным ригелем; б – с поперечным ригелем;
в – с перекрестным расположением ригелей; 1 – несущая стена;
2 – ненесущая стена; 3 – плита перекрытия; 4 – фундаменты;
5 – ригель; 6 – колоны.
Рисунок 2.2 – Конструктивная схема здания с неполным каркасом
1, 2 – фундаменты; 3 – фундаментальная балка; 5, 6- ригели;
7 – настилы перекрытий
Рисунок 2.3 – Конструктивна схема здания с полным каркасом
При проектировании заготовочных предприятий общественного питания, в основном применяют каркасную схему. Конструктивными элементами этих зданий являются колонны, ригели, плиты перекрытий и покрытий. Колонны и ригели образуют поперечные рамы каркасов, которые в продольном направлении связаны плитами покрытий и перекрытий. Такая жесткая связь здания в продольном и поперечном направлении обеспечивает жесткость и устойчивость зданий на весь период эксплуатации.
Составные элементы каркаса одноэтажных промышленных зданий
Как пример однопролетное здание, оборудованное мостовым краном (рис.1).
В состав каркаса входят следующие основные элементы:
- Колонны, расположенные с шагом Ш вдоль здания; основное назначение колонн поддерживать подкрановые балки и покрытие.
- Несущие конструкции покрытия (стропильные* балки или фермы), которые опираются непосредственно на колонны (если их шаг совпадает с шагом колонн) и образуют вместе с ними поперечные рамы каркаса.
- Если шаг несущих конструкций покрытия не совпадает с шагом колонн (например, 6 и 12 м), в состав каркаса вводят расположенные в продольных плоскостях подстропильные конструкции (также в виде балок или ферм), поддерживающие промежуточные несущие конструкции покрытия, расположенные между колоннами (рис.1,б).
- В некоторых (редких) случаях в состав каркаса вводятся прогоны, опирающиеся на несущие конструкции покрытия и располагаемые на расстояниях 1,5 или 3 м.
- Подкрановые балки, опирающиеся на колонны и несущие пути мостовых кранов. В зданиях с подвесными или напольными кранами подкрановые балки не нужны.
- Фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн и поддерживающие наружные стены здания.
- Обвязочные балки, опирающиеся на колонны и поддерживающие отдельные ярусы наружной стены (если она не по всей своей высоте опирается на фундаментные балки).
- При расстоянии между основными колоннами каркаса, в плоскостях наружных стен 12 м и более, а также в торцах здания устанавливают вспомогательные колонны (фахверк), облегчающие конструкцию стен.
Рис. 1. Каркас одноэтажного однопролетного здания (схема):
а — при одинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; б — при неодинаковом шаге колонн и несущих конструкций покрытия; 1 — колонны; 2 — несущие конструкции покрытия; 3 — подстропильные конструкции; 4 — прогоны; 5 — подкрановые балки; 6 — фундаментные балки; 7 — обвязочные балки; в — продольные связи колонн; 9 — продольные вертикальные связи покрытия; 10 — поперечные горизонтальные связи покрытия; 11 — продольные горизонтальные связи покрытия.
В стальных каркасах обвязочные балки также относят к фахверку (рис. 2, а). Каркас в целом должен надежно и устойчиво работать под действием крановых, ветровых и других нагрузок.
Рис. 2 Схемы фахверка
а — фахверк продольной стены, б — торцовой фахверк, 1 — основные колонны, 2 — колонны фахверка, 3 — ригель фахверка, 4 — ферма покрытия
Вертикальные нагрузки Р от мостового крана (рис.3), передаваемые через подкрановые балки на колонны с большим эксцентриситетом, вызывают внецентренное сжатие тех колонн, против которых расположен в данный момент мост крана.
Рис. 3. Схема мостового крана
1 — габарит крана, 2 — тележка, 3 — мост крана, 4 — крюк, 5 — колесо крана; 6 — крановый рельс; 7 — подкрановая балка; 8 — колонна
Торможение тележки мостового крана при ее движении вдоль кранового моста (поперек пролета) создает горизонтальные поперечные тормозные силы Т1 действующие на те же колонны.
Торможение мостового крана в целом при его движении вдоль пролета создает продольные тормозные силы Т2, действующие вдоль рядов колонн. При грузоподъемности мостовых кранов, достигающей 650 т и выше, передаваемые ими на каркас нагрузки бывают очень велики. Подвесные краны движутся по путям, подвешенным к несущим конструкциям покрытия, и через них передают свои нагрузки на колонны.
Ветровые нагрузки при различных направлениях ветра могут действовать на каркас как в поперечном, так и в продольном направлениях.
Для обеспечения устойчивости отдельных элементов каркаса в процессе его монтажа и совместной пространственной их работы при воздействии на каркас различных нагрузок в состав каркаса вводят связи.
Шаг 7. Устройство колонн первого этажа
Изучаем известные разновидности колонн и технологию, по которой можно сделать бетонные колонны первого этажа загородного дома.
1 из 1
Металлические стойки устанавливаются очень быстро. Это позволяет значительно сокращать сроки строительства.
Какой бетон выбрать? При отливке монолитных железобетонных колонн важен такой параметр бетона, как его подвижность (в паспорте бетонной смеси маркируется буквой П). Если для стандартных монолитных работ применяется бетон подвижности П-2 — П-3, то при заливке густоармированных конструкций, какими являются колонны, следует использовать бетон с подвижностью П-4 и выше. Подобную бетонную смесь также называют литой бетон . Он хорошо переносит укладку в опалубку даже без использования вибратора
Для укладки бетонной смеси при помощи бетононасоса также используют бетон подвижностью П-4.Внимание! Бетон теряет качество.• В результате разбавления бетона водой на объекте. • В результате так называемого сваривания бетона, что происходит из-за увеличенного времени миксера в пути, несвоевременной разгрузки, жаркой погоды и т.д
• В результате некачественного уплотнения бетонной смеси (укладка без вибрирования).
зам.начальника производственно-технического отдела концерна «Строительные концепции»
Колонны — несущие инженерные конструкции, обеспечивающие зданию вертикальную жесткость. В примере, приведенном в данной статье, выполнялось несколько типов колонн (монолитные, металлические), в зависимости от необходимой несущей способности.
Преимущество монолитных колонн и металлических стоек в том, что они возводятся очень быстро, что позволяет значительно сократить сроки строительства. Монолитные перекрытия опираются на железобетонные монолитные колонны и на металлические стойки, а не на несущие стены.
Комбинация опорно-несущих конструкций разных типов позволяет разнообразить планировочные решения дома. А также существенно экономить на материалах, одновременно увеличивая ресурс строящегося здания.
1 из 4
Габаритные схемы
Габаритные схемы компонуются на следующих условиях:
- оси колонн, ригелей и панелей диафрагм жесткости совмещены с модульными осями здания;
- шаг колонн в направлении пролета плит перекрытий равен 3,0; 6,0; 7,2, 9,0 и 12,0 м.
- шаг колонн в направлении пролета ригелей соответствует 3,0; 6,0; 7,2 и 9,0м,
- высота этажей в соответствии с назначением и укрупненным модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4,2; 6,0 и 7,2 м.
Кроме того для квартирных и специализированных жилых домов (пансионаты, гостиницы, общежития и т.п.) высота этажей принимается равной 2,8 м.
Компоновка диафрагм жесткости может быть разнообразной, но предпочтительнее устройство пространственных связевых систем открытого или замкнутого сечений.
Разновидности колонн
По краям дома (там, где нагрузки меньше) колонны могут быть выполнены из стальной квадратной трубы сечением 150 мм. Труба соединяется с основанием и потолочным перекрытием анкерным способом. По месту стальные колонны устанавливаются с помощью крана.
1 из 1
На фото:
Обратите внимание на деревянные стены, которые возводятся вокруг колонн. Они не будут несущими
Роль колонн могут выполнять и небольшие по площади, но функционально важные кирпичные стены. Стены же, выполненные в виде лёгких деревянных коробчатых конструкций, являются независимыми и вертикальных нагрузок не испытывают.
На верандах и на крыльце колонны могут выполняться из деревянного бруса и из оцилиндрованного бревна. Их фиксация на бетонном основании производится путем установки в закрепленные анкерами стальные стаканы.
1 из 1
На фото:
Фиксация деревянной колонны в металлическом «стакане».
Наконец, самые важные колонны — по центру дома. Обычно здесь выполняются колонны расчетного сечения на металлическом каркасе — они отливаются из бетона в инвентарной опалубке.
Когда снимать опалубку с колонны? Конструкция распалубливается только после того, как бетон наберет остаточную прочность. В этом – одна из причин, почему применение стальных колонн оказывается экономически целесообразным. Ведь инвентарная опалубка стоит недешево, и её ждут на других объектах. Так что комбинация бетонных и стальных колонн позволяет снизить стоимость общестроительных работ.
На фото: Колонна в инвентарной опалубке Фото: Концерн «Строительные концепции».
Связи по покрытию
Горизонтальные связи в плоскости верхних (сжатых) поясов ферм обязательны во всех случаях. Они состоят из раскосов и сто-ек, образующих совместно с поясами стропильных ферм горизон-тальные связевые фермы с крестовой решеткой. Горизонтальные связи располагают между крайними парами ферм в торцах здания (или в торцах температурного отсека), но не реже, чем через 60 м.
Для связи между верхними поясами промежуточных стропиль-ных ферм ставят специальные распорки над опорами и у коньково-го узла при пролете ферм до 30 м; при больших пролетах добавля-ют промежуточные распорки для того, чтобы расстояние между ними не превышало 12 м. Горизонтальные связи по верхним по-ясам ферм обеспечивают устойчивость сжатых поясов из плоско-сти фермы во время монтажа: в этот период расчетная длина таких поясов равна расстоянию между распорками. В процессе эксплуа-тации здания смещению верхних узлов из плоскости фермы пре-пятствуют ребра кровельных плит или прогоны, но только при ус-ловии, что они закреплены от продольных смещений связями, рас-положенными в плоскости кровли.
Горизонтальные связи по нижним поясам ферм устанавливают в зданиях с крановым оборудованием.
Они состоят из поперечных и продольных связевых ферм и рас-порок. В зданиях с кранами легкого и среднего режима работы час-то ограничиваются только поперечными связевыми фермами, рас-полагаемыми между нижними поясами соседних ферм по торцам здания (или температурного отсека). Если длина здания или отсека велика, то устанавливают дополнительную поперечную связевую ферму, чтобы расстояние между такими фермами не превышало 60 м. Ширину продольной связевой фермы обычно принимают рав-ной опорной панели нижнего пояса стропильной фермы.
Горизонтальные связевые фермы воспринимают горизонталь-ные нагрузки от ветра и торможения (поперечного и продольного) кранов.
Стропильные фермы обладают незначительной боковой жест-костью, поэтому процесс монтажа без их предварительного взаим-ного раскрепления невозможен. Эту функцию выполняют верти-кальные связи между фермами, располагающиеся в плоскости опор-ных стоек ферм и в плоскости средних стоек (в фермах пролетом до 30 м) или стоек, ближайших к коньковому узлу, но не реже, чем че-, рез 12 м. Чаще всего вертикальные связи проектируют с крестовой решеткой, но при шаге ферм 12 м может быть применена и тре-угольная решетка. Средние стойки стропильных ферм, к которым прикрепляют вертикальные связи, проектируют крестового сечения.
Конструктивные схемы зданий — Строительство зданий
Конструктивные схемы зданий
Основными несущими элементами зданий являются фундаменты, стены, отдельные опоры, элементы перекрытий и покрытий, составляющие несущий остов здания. Совокупность элементе несущего остова должна обеспечивать восприятие всех нагрузок, воздействующих на здание, и передачу их на основание, а также пространственную неизменяемость (жесткость) и устойчивость зданий.
По конструктивной схеме несущего остова здания подразделяются на бескаркасные, каркасные и с неполным каркасом. В бескаркасных зданиях основными вертикальными несущими элементами являются стены, в каркасных — отдельные опоры (колонны, столбы), в зданиях с неполным каркасом — и стены и отдельные опоры.
Бескаркасные здания получили широкое распространение в гражданском .одноэтажном, малоэтажном и многоэтажном строительстве. Имеются примеры возведения бескаркасных жилых зданий высотой в 25 этажей. Бескаркасные здания встречаются также в одноэтажном и малоэтажном промышленном строительстве.
Несущий остов таких зданий, состоящий из несущих стен и перекрытий, представляет собой как бы коробку, пространственная жесткость которой создается совместной работой стен и дисков перекрытий.
Рис. 1. Конструктивные схемы бескаркасных зданий: а — с продольными несущими стенами, б — с поперечными несущими стенами, в — с поперечными и продольными несущими стенами
Бескаркасные здания могут возводиться с продольными несущими стенами. Поперечные стены в таких зданиях устраивают только в лестничных клетках, а также в промежутках между ними для придания большей устойчивости продольным стенам и, в тех местах, где должны; проходить дымовые и вентиляционные каналы. Ширина гражданских зданий обычно не превышает целесообразные величины пролетов констструкций перекрытий. В таких зданиях, помимо наружных несущих продольных стен, приходится возводить внутренние несущие продольные, стены.
Гражданские бескаркасные здания часто возводят и с поперечными несущими стенами. В таких зданиях продольные наружные стены являются самонесущими. При возведении таких зданий из сборных железобетонных конструкций (панельных) поперечные несущие стены выполняются из железобетонных панелей, а ограждающие наружные стены — из легких панелей.
Возводятся также бескаркасные здания, где несущими являются как поперечные, так и продольные стены. В таких зданиях панели перекрытий размером на комнату опираются всеми четырьмя сторонами на поперечные и продольные стены.
Здания с неполным каркасом вместо внутренних продольных и внутренних поперечных стен, на которые должны опираться конструкции перекрытий, имеют отдельные опоры в виде столбов или колонн. На колонны в продольном или поперечном направлении укладывают прогоны, служащие опорами для плит перекрытий.
Каркасными в большинстве случаев строят одноэтажные, малоэтажные и многоэтажные промышленные здания, а также многоэтажные гражданские здания. Ряд малоэтажных гражданских зданий возводят также в каркасных конструкциях.
Рис. 2. Конструктивные схемы зданий с неполным каркасом: а — с продольными прогонами, б — с поперечными прогонами; 1 — прогон, 2 — колонна
Несущий остов таких зданий состоит из колонн и горизонтальных ригелей, выполняемых в виде балок или ферм. Колонны и жестко или шарнирно скрепленные с ними ригели образуют рамы. В многоэтажных зданиях ригели иногда располагают в продольном направлении. При применении в многоэтажных зданиях безбалочных перекрытий ригелем рамы является безбалочная плита, жестко связанная с капителями колонн.
Рис. 3. Конструктивные схемы каркасных здачий: а — с самонесущими стенами, б — с несущими навесными стенами
Наружные стены каркасных зданий, выполняющие ограждающие функции, являются самонесущими или ненесущими, навесными. Самонесущие стены в этом случае опираются на фундаменты или фундаментные балки, ненесущие стены в каждом этаже — на бортовые балки или ригели рам (при продольном расположении ригелей), а навесные стены навешиваются на наружные колонны каркаса.
Читать далее:Конструкции лестницОбщие сведения о лестницах и лифтахВорота производственных и складских зданийДвери гражданских и промышленных зданийОкна гражданских и промышленных зданийЗаполнение оконных, дверных и воротных проемовПерегородки из мелкоштучных материаловПерегородки щитовые и каркасныеОбщие сведения о перегородкахКровли из штучных материалов