Конструктивные ячейки зданий и их объединение в конструктивные системы.
Отдельные несущие конструкции здания должны образовывать единую несущую систему. Часто несущая система состоит из повторяющихся объемных ячеек, которые мы будем называть первичными конструктивными ячейками. Конструктивная ячейка — это отдельная повторяющаяся пространственная конструкция или совокупность конструктивных элементов, соединенных в узлах и образующих пространственный неизменяемый блок (рис. 1.7). Например, четыре колонны, поддерживающие горизонтальное плоское перекрытие и жестко с ним соединенные, образуют первичную конструктивную ячейку. Эти ячейки могут объединяться по длине, ширине и высоте здания, образуя его несущую систему. Размеры конструктивных ячеек зависят от назначения здания, функциональных процессов, протекающих в нем, а также от технических возможностей — используемых материалов и конструкций. Например, несущая система многоэтажного жилого дома с каркасом из монолитного железобетона будет состоять их повторяющихся по горизонтали и вертикали конструктивных ячеек, состоящих из колонн, плит перекрытия и панелей-диафрагм.
Рис. 1.7. Конструктивные ячейки здания и возможности их компоновки.
Первичные конструктивные ячейки могут быть образованы различными несущими элементами, описанными выше. Методологически удобно выделять вертикальные опорные конструкции, горизонтальные пролетные конструкции и связевые конструкции.
На рис. 1.8 показаны варианты образования простейшей конструктивной ячейки. В качестве вертикальных несущих конструкций могут использоваться несущие стены, жесткие рамы или отдельные стойки. Горизонтальная пролетная система может быть образована либо единой плитой перекрытия (4), либо мелкоразмерными плитами настила ( 1 ), уложенными по системе балок перекрытия (2) и (3.
Рис. 1.8. Несущие элементы конструктивной ячейки: 1 — настил перекрытия; 2 — второстепенная балка; 3 — главная балка; 4 — железобетонная плита перекрытия; 5 — несущая стена; 6 — жесткая рама.
На рис. 1.9 показана схема передачи вертикальных нагрузок элементами конструктивной ячейки с трехуровневой системой перекрытия. Нагрузка, действующая на горизонтальную поверхность перекрытия, воспринимается изгибаемой плитой настила, которая передает ее в виде линейной нагрузки на балки настила. Балки настила также работают на изгиб и через свои опорные части передают нагрузку на главные балки в виде сосредоточенных сил. Главные балки, в свою очередь, передают нагрузку в виде сосредоточенных сил па колонны, работающие на сжатие. Через колонны и фундаменты нагрузка передается на основание здания — слой грунта, на котором устроены фундаменты.
Рис. 1.9. Схема передачи усилий элементами конструктивной ячейки.
Кроме вертикальных нагрузок, несущая система здания должна противостоять горизонтальным нагрузкам, возникающим при действии ветра или землетрясения. На рис. 1.10 показана система несущих конструкций, воспринимающих горизонтальные нагрузки. Рама с жесткими узлами ( 1 ) оказывает сопротивление изменению углов между элементами и воспринимает горизонтальные усилия в своей плоскости. Панель-диафрагма (2) сопротивляется сдвигу и передает горизонтальные силы на фундамент. Горизонтальная жесткая железобетонная плита перекрытия ( 3 ) работает в своей плоскости как диафрагма жесткости, передавая горизонтальные нагрузки на вертикальные стены, панели-диафрагмы, жесткие рамы или рамы с вертикальной системой связей.
При больших пролетах в конструкциях перекрытий применяются более эффективные несущие конструкции, например фермы, большепролетные рамы и арки или системы перекрестных балок и ферм. В покрытиях зданий часто используются пространственные конструкции — оболочки, складки, купола и т.д. Несколько примеров несущих систем одноэтажных зданий с использованием большепролетных конструкций приведены на рис. 1.11.
Следует обратить внимание на то, что в конструктивных системах, образованных плоскими конструкциями, необходима установка вертикальных и горизонтальных связей между этими конструкциями. Связи обеспечивают пространственную неизменяемость конструктивной системы и ее пространственную работу под действием нагрузок. Если в покрытиях зданий использованы пространственные конструкции, то установка дополнительных связей нс требуется, так как пространственная неизменяемость системы обеспечивается самими конструкциями покрытия.
Рис. 1.10. Несущие конструкции, воспринимающие горизонтальные нагрузки: 1 — рама с жесткими узлами; 2 — вертикальная панель-диафрагма; 3 — горизонтальная плита перекрытия; 4 — рама е шарнирными узлами и вертикальными крестовыми свіязями.
Рис. 1.11. Примеры образования конструктивных ячеек и их объединения в несущие системы: а — конструктивная система с несущими фермами; б — система плоских рам, объединенных в пространственный каркас; в — система железобетонных складок по колоннам; г — система оболочек двоякой кривизны но колоннам.
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter.
