Конструктивна система будівель і споруд. Основи проектування

Конструктивна система будівель складається з взаємозв`язаних між собою елементів будови. Всі вертикальні і горизонтальні складові працюють в єдиній сукупності і забезпечують стійкість, твердість і міцність зводяться споруд. Горизонтальні конструкції сприймають на себе побутові та експлуатаційні навантаження і передають їх вертикальному несучого каркасу. Елементи остова будівлі протидіють вітровим зусиллям, сприймають навантаження від людської діяльності, несуть на собі вагу горизонтальних складових і передають впливу на фундамент і підстава.

Горизонтальні несучі елементи

Ці конструкції представлені в спорудженні елементами, які в плані становлять велику протяжність. Конструктивна система будівель передбачає, що плити, монолітні ділянки, балки, ригеля і ферми проектують з бетону, металу, дерева в залежності від необхідного навантаження і прогонових розмірів.

Спочатку, на зорі епохи будівництва, горизонтальні перекриття будувалися за принципом опорних балок з настилом з матеріалу покриття. Але сучасне проектування будівель і споруд використовує залізобетонні пустотні, ребристі, п-образні, корита плити перекриття, які одночасно поєднують у своїй роботі опорні ригеля і площа, придатну для експлуатації.

Передача навантажень з горизонтальних елементів

Здійснюється за схемою, коли вплив передається на всі несучі вертикальні елементи або розподіляється на вибрані для цієї мети конструктивні жорсткі стіни, діафрагми, зв`язку між стійками або колони. Для індустріальних споруд конструктивна схема передбачає поєднаний спосіб передачі навантажень з розподілом горизонтальних зусиль на елементи жорсткості і пропорційно між вертикальними складовими.

Плити перекриття відносять до несучих діафрагм жорсткості, вони поєднують горизонтальний розподіл навантажень і передачу їх вертикальним елементам. залізобетонні плити вирівнюють площа в приміщенні і переміщують зусилля, завдяки жорсткому з`єднанню з вертикальними конструкціями.

Застосування залізобетону обумовлено тим, що за вимогами протипожежної безпеки, плити висотних будівель повинні виконуватися з негорючих матеріалів. Економічне обгрунтування витрат на виготовлення панелей перекриття дозволило застосовувати їх масово в будівлях будь-якого типу. Плити в конструкції будівлі виконують збірними, монолітними або збірно-монолітними.

Різноманітність вертикальних несучих елементів

Відповідно до застосовуваним видом вертикальних елементів, які збирають зусилля, конструктивна схема будівель підрозділяється на чотири основних види:

• площинна система містить в складі тільки стіни і ребра жорсткості;
• каркасна і рамна, що складається із стрижневих і огороджувальних (діафрагмових і стінових) складових;
• ствольна, що вміщає на всю висоту будівлі внутрішні стрижні об`ємно-просторового полого перерізу;
• оболонкові система, яка застосовує зовнішні об`ємні рішення у вигляді панцира замкнутого типу з тонкими елементами.

Індустріальні конструктивно-технологічні системи будівель

Житлові будинки мають власні типологічні ознаки, до них відносять вертикальні несучі елементи, розташовані в площині стін. Використання колон в якості основних конструкцій вже на початковому етапі індустріального розвитку дозволило виділити чотири схеми проектування:

• з поперечним розміщенням опорних ригелів;
• з поздовжнім розташуванням несучих балок;
• з перехресної системою пристрою довгомірних елементів;
• без застосування в конструкції будь-яких прогонів.

Проектування будівель і споруд по індустріальному методу дозволило не тільки зробити роботу перекриттів більш взаємозалежної, але і розширити число типів вертикальних несучих елементів. Зовсім недавно застосовується конструктивне рішення з використанням стовбурів жорсткості замкнутого типу. Ці елементи розташовують зазвичай в центральній частині будівлі, щоб зручно було розташувати там вентшахти, ліфти, сміттєпроводи. Великі по протяжності споруди вимагають установки декількох стовбурів жорсткості.

Конструктивна схема у вигляді несучих оболонок є молодим архітектурним рішенням. Її зовнішній вигляд може імітувати велику кількість призм, циліндрів, пірамід або інших об`ємних геометричних фігур.

Вибір конструктивного рішення

Схема будівлі є узагальненою статичною характеристикою споруди, що не ставить за мету визначити матеріал виробництва і метод будівництва. Наприклад, безкаркасні стінна плоска конструкція одночасно ефективно працює у виконанні з цегли, дерева, бетону, пінобетону та багатьох інших сучасних матеріалів.

Комбінована конструктивна система будівель описує варіант проектувального рішення по складу і типу розташування основних поздовжніх і поперечних елементів в різних напрямках. Її тип вибирають на початковому етапі проектування з урахуванням висунутих технологічних експлуатаційних вимог і раціонального об`ємно-планувального рішення.

Крім цих аспектів, до уваги при виборі проектної схеми приймають характер розподілу горизонтальних зусиль і взаємодія їх з вертикальними каркасними елементами. Конструктивні системи промислових будівель визначають з урахуванням впливу архітектурного рішення і типу будови. На вибір проекту впливають поверховість будівлі і умови будівництва в інженерно геологічному плані.

Застосування різних конструктивних рішень в проектуванні будинків і споруд

Каркасне рішення з рамним просторовим варіантом застосовується в будівництві стійких до сейсмологічних катаклізмів будівлях і спорудах висотного типу більше дев`яти поверхів, а також в інших будівлях у звичайних умовах. Це основна розвинена система проектування будівель, в житловому будівництві застосовується рідко через необгрунтовану економічної дорожнечі.

Безкаркасний тип просторового рішення використовується в будівництві житлових будівель, застосовують для проектування висоток до 30 поверхів. Об`ємно-блокова конструктивна система будівель складається з несучих елементів, складених з поміщених один на інший об`ємних самоутримних блоків. Так звані стовпи працюють в зв`язці, завдяки міцному з`єднанню між собою за допомогою жорстких йди гнучких зв`язкових елементів.

Каркасно-діафрагмове рішення споруди

Система відноситься до комбінованих схем з неповним каркасом і грунтується на розподілі функцій стаціонарного рівноваги між стрижневими і стіновими несучими виробами. Конструктивні системи висотних будівель побудовані на принципі передачі горизонтальних навантажень на вертикальні стінові діафрагми, а на стрижневі елементи діють вертикальні зусилля, що виникають в каркасі. Таким методом зводиться більшість висотних панельно-каркасних будинків житлового типу в звичайних умови будівництва і в сейсмологічних небезпечних районах.

Каркасно-блочне просторове рішення

Грунтується на спільну роботу блоків і елементів каркаса, причому об`ємні конструкції виступають в якості несучих або навісних елементів. За допомогою залізобетонних блоків заповнюють простір в несучій каркасної решітці. Навантажуються елементи встановлюють один на інший на горизонтальних платформах каркаса, які влаштовуються через 3-5 поверхів. Така система відмінно себе зарекомендувала в будівлях вище 12 поверхів.

Архітектурні та економічні вимоги визначають схему каркаса при виборі проекту. Довгомірні елементи проектують так, що вони не обмежують планувальне рішення, при цьому стельові ригелі не виступають на поверхні в житлових будівлях. Поперечне розташування прогонів характерно для висотних будівель з регулярною пористою структурою в плані (готелі, гуртожитки), при цьому крок несучих ригелів чергується зі стінами і перегородками. Поздовжнє розташування довгомірних навантажуються балок застосовується в проектах житлових будинків квартирного типу.

Відео: Конструктивні системи будівель.

Безригельний каркас застосовується при зведенні житлових будинків, якщо використання збірних залізобетонних конструкцій недоцільно через відсутність в даному регіоні великих виробничих об`єднань. Безбалковими система характеризується невисокою надійністю і дорожнечею, використовується в будівництві монолітних і комбінованих збірно-наливних будівель за методом підйому поверхів і ковзної опалубки.

Будівельні системи будівель

Це поняття характеризує конструктивне рішення в комплексі технологічного рішення по способу зведення будівлі і вибору матеріалу для застосовуються елементів і вузлів. Конструктивні будівельні системи будівель проектуються з несучими стінами з малорозмірних блоків, цегли, природного каменю, кераміки або бетону. Системипідрозділяють на повнозбірні і традиційні.

Традиційна будівельна схема

В основі системи лежить ручне виконання кладки стін. Говорячи про індустріальне методі будівництва, слід зазначити, що від традиційної схеми залишається зведення огороджувальних елементів. Всі інші деталі будівлі, такі як перекриття, сходи, прогони, колони та інші, запозичені в індустрії від повнозбірного проекту, що зводить традиційне будівництво на високий рівень індустрії.

У традиційної системи перевага полягає в тому, що малі розміри стінових каменів дозволяють будувати будинки різної форми, будь-якої висоти. Цегляні стіни надійно експлуатуються тривалий час, мають високий поріг вогнестійкості, лицьова кладка не вимагає штукатурних робіт. До недоліків відносять велику трудомісткість і залежність міцності від технології виробника і майстерності муляра.

Повнозбірне система

За цією схемою виконують проекти будинків, зведення яких грунтується на монтажі великих збірних елементів (панелей, блоків), виготовлених з цегли, кераміки, залізобетону. Повнозбірні об`єкти будують по системах:

• з великих блоків;
• із застосуванням панелей;
• з навішуванням стінових плит на каркасі;
• з об`ємних блоків;
• з монолітного бетону.

Великоблочна система будівництва

Такі види конструктивних систем будівель використовуються в будівництві житлових будівель заввишки до 22 поверхів. Великі горизонтальні блоки ставляться по типу цегляної кладки з перев`язкою швів. Перевагами великоблочної системи є простота і швидкість установки елементів, можливість застосовувати різні матеріали. Обмежена кількість типорозмірів вимагає невеликого вкладення коштів, при цьому зводяться різноманітні форми.

Панельні конструкції споруд

За цією схемою проектуються будинки висотою від 14 до 30 поверхів, відповідно, в сейсмічних районах і в звичайних умовах. Конструкція стіни складається з окремих панелей, встановлених одна на іншу без перев`язки швів на цементному розчині. Їх стійкість забезпечується зварюванням закладних деталей, а при експлуатації міцним з`єднанням зв`язків і стиків. Застосування системи знижує трудомісткість до 40%, вартість зведення до 7%, зменшує загальну масу будови на 20-30%.

Каркасно-панельне рішення проекту

Будівлі зводяться з несучим каркасом з металу або збірного залізобетону і обрамляются навісними панелями з різних матеріалів. Дозволяється будувати будівлі по такому типу до 30 поверхів. В основному використовується в громадських будівлях, так як в житловому будівництві вона поступається панельної з економічних і технічних показників.

Відео: SOFiSTiK

Об`ємно-блокове будівництво

Цей метод зведення відноситься до індустріальних видів і полягає в установці просторових елементів із залізобетону масою до 25 т, що містять в обсязі одне приміщення (кухню, кімнату, санвузол та ін.) Блоки вибудовують без перев`язки швів. Такий спосіб дозволяє зменшити трудомісткість ще на 15% в порівнянні з панельним методом. Виробництво великопанельних блоків на 15% дорожче, ніж панелей. Будують будинки малої поверховості в сейсмічних районах і 16-поверхові в звичайних умовах.

Монолітні системи будівництва

Їх використовують для будівель підвищеної поверховості. Конструктивні системи монолітних будівель включають споруди, в яких всі несучі елементи і вузли зроблені із застосуванням залізобетону. Комбіновані схеми збірно-монолітного будинку припускають збір навантажень на каркас із збірних залізобетонних елементів. Монолітні будови проектують без пристрою каркаса, а збірно-монолітні будують з каркасом або без нього.

До індустріальних методів в цій галузі відносять будівництво із застосуванням бетонування в опалубці:

• ковзної;
• об`ємної переставной;
• щитової крупноразмерной.

Зведення монолітних будівель на каркасі виконують методами:

• підйому перекриттів;
• кончини поверхів.

Монолітна система відповідає за міцністю збірним типам будівель, розширено застосовується в тих районах, де можна активно використовувати місцеві матеріали і не вкладати кошти в розвиток виробничої бази.