Конструктивная схема многоэтажных каркасных зданий
В многоэтажных каркасных зданиях размещают предприятия химической, легкой промышленности, приборостроения, а также холодильники, склады, гаражи. Каркасная система применяется и в некоторых гражданских зданиях, в частности каркасные решения гражданских зданий применяют в тех случаях, когда перегородки должны быть расположены сравнительно редко (общественные и административные здания), а также в жилых зданиях высотой более 25 этажей. Высоту промышленных зданий из условий эксплуатации и экономической целесообразности назначают в пределах семи этажей (до 40 м), а гражданских — до 12 этажей (высотных зданий — 20 этажей и более). Ширину многоэтажных промышленных зданий в целях унификации конструктивных схем принимают равной 18, 24, 36 м и более, расстояние между поперечными разбивочными осями (шаг колонн) — 6 м (иногда и более — до 18 м), высоту этажей — кратной модулю 0,6 м. Ширина гражданских зданий обычно не превышает 14 м. Следует подчеркнуть, что в последние годы наметилась тенденция к увеличению сетки колонн многоэтажных зданий до 6 X 12 м и более.
Каркасные многоэтажные здания имеют в качестве основных и несущих конструкций железобетонные рамы, вертикальные диафрагмы и междуэтажные перекрытия. Рамы обычно имеют колонны постоянного сечения на всю высоту здания, причем усиления колонн в нижних этажах добиваются за счет увеличения содержания арматуры, повышения класса бетона, а иногда и за счет применения жесткой арматуры (см. § 5.3). Междуэтажные перекрытия обеспечивают совместную работу рам и вертикальных диафрагм (если они предусмотрены) на горизонтальную (ветровую) нагрузку; при этом в сборных перекрытиях для обеспечения их жесткости (в своей плоскости) предусматривают как сварку закладных деталей, так и замоноличивание швов между отдельными панелями.
Каркасы промышленных и гражданских зданий могут быть рамными, рамно-связевыми и связевыми.
При связевом каркасе вертикальные нагрузки воспринимаются элементами каркаса, а горизонтальные — связями (пилонами, т. е. вертикальными диафрагмами). При рамном каркасе все нагрузки — вертикальные и горизонтальные — воспринимаются элементами каркаса с жесткими узлами. В рамно-свнзевом каркасе вертикальные нагрузки передаются на каркас, а горизонтальные — как на каркас, так и на вертикальные диафрагмы (пилоны) и распределяются пропорционально их жесткости. В этом случае узлы рам также жесткие.
Связевые каркасы применяют в основном в промышленных зданиях вспомогательного назначения, а также в некоторых производственных зданиях с сеткой колонн 6Х6 м и относительно небольшими нагрузками перекрытия. В этом случае осущестляется шарнирное соединение ригелей и колонн, а жесткость каркаса обеспечивается соответствующими связями. В связевых каркасах соединение ригелей со стойками может выполняться и с частичным защемлением. В последнем случае уменьшаются усилия в ригелях и снижается расход материалов. Рамные каркасы обычно применяют при значительных нагрузках на пркрытия, когда целесообразно иметь жесткие стыки ригелей с колоннами.
Связевые каркасы многоэтажных зданий дешевле рамных, но они менее универсальны, так как наличие связей затрудняет свободную планировку помещений и реконструкцию производственного процесса во время эксплуатации здания. Несмотря на это, объем применения многоэтажных зданий со связевым каркасом составляет в настоящее время около 40 % их общей площади, т. е. достаточно велик.
Требуемая пространственная жесткость здания обеспечивается принятой конструктивной схемой; при этом в продольном и поперечном направлениях схемы здания могут быть различными. Например, при поперечных рамах и продольных связевых диафрагмах расчетная схема здания в поперечном направлении рамная, а в продольном — связевая. При вертикальных связевых диафрагмах, расположенных поперек здания, расчетная схема в поперечном направлении может быть связевой или рамно-связевой, а в продольном — рамной. В случае применения связевых схем вертикальные нагрузки воспринимаются перекрытиями здания и передаются колоннам. Горизонтальные нагрузки от ветра передаются перекрытиями на диафрагмы, которые обеспечивают общую устойчивость каркаса. Диафрагмы бывают разнообразного сечения: плоские, угловые, двутавровые, крестовые и в виде ядер жесткости. Вертикальные диафрагмы могут представлять собой стены (сплошные или с проемами), идущие на всю высоту здания.