Рамно-связевые конструкции зданий

Для восприятия горизонтальных нагрузок в зданиях выше 30 этажей чисто рамные каркасы неприемлемы. Поэтому применяются сочетания рамных каркасов с железобетонными стенами-диафрагмами (или стальными связевыми блоками) [4; 5; 11; 15]. Они выполняются в виде замкнутых стволов жесткости (вокруг лестничных клеток или лифтов), или параллельных внутренних стен здания, или вертикальных решетчатых конструкций в плоскости наружных стен. Некоторые из схем приведены в табл. 4.3. При этом выявляются разные виды конструктивных решений (в зависимости от решений стволов жесткости).

Разные места расположения стволов жесткости;

• - снаружи здания;
• - внутри здания; около наружных стен или в пределах контура здания;
• - несимметричное расположение стволов.

Разное количество стволов жесткости;

• - один ствол;
• - развитые (большие в плане) стволы;
• - несколько стволов.

Разные формы стволов жесткости;

• - замкнутые стволы; квадратные, прямоугольные, круглые, треугольные;
• - открытые стволы: Х-образные, I-образные, П-образные.

Таблица 4.3

Рамно-связевые здания со стволами жесткости

№ п/п	Схема	Характеристики
1		Замкнутый центральный ствол жесткости с консольными плитами перекрытий
2		Замкнутые стволы, расположенные нецентрально, с каркасом по периметру
3		Замкнутый ствол, расположенный нецентрально, внутренний каркас
4		Замкнутый центральный ствол и жесткие угловые колонны
5		Открытые стволы в центре и рамы по торцам
6		Замкнутые стволы по углам и внутреннимй каркас

Окончание табл. 4.3

№ п/п	Схема	Характеристики
7		Замкнутый ствол в центре и каркас по периметру
8
			9
			10		Открытый ствол в центре и каркас по периметру
11			Разомкнутый ствол в центре и внутренний каркас

Ниже приведена классификация решетчатых диафрагм (по характеру их работы при горизонтальных нагрузках). В зависимости от этого диафрагмы отнесены к одному из трех типов.

Шарнирные решетчатые диафрагмы (рис. 4.12). Каркасы с шарнирным опиранием ригелей работают только на вертикальные нагрузки. В этом случае горизонтальные нагрузки передаются на стены-диафрагмы.

Рис. 4.12. Шарнирные решетчатые диафрагмы

Шарнирные стены-диафрагмы и балки Виренделя. В этом случае горизонтальные нагрузки воспринимаются стенами-диафрагмами и системой балок Виренделя (рис. 4.13). В здании с двумя торцовыми стенами-диафрагмами они воспринимают половину ветровой нагрузки, остальное приходится на ствол жесткости. Продольные рамы воспринимают только вертикальные нагрузки.

Комбинация жестких рам и решетчатых стен-диафрагм. Передача горизонтальных нагрузок только на стены-диафрагмы экономически невыгодна и технически неприемлема при высоте зданий более 150 м. Если здание выше, то даже при увеличении размеров стволов жесткости прогиб здания может быть слишком большим. Это вызывает появление трещин в перегородках и растрескивание стекол в окнах, а также недопустимые психологические реакции обитателей здания.

Рис. 4.13. Шарнирные решетчатые диафрагмы и балки Виренделя

Горизонтальная жесткость значительно увеличивается при совместной работе стен-диафрагм и жестких рамных каркасов. Полный прогиб такой комбинированной системы суммируется из прогибов разных несущих систем (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Жесткие рамы и стены-диафрагмы

Сдвиговые деформации жесткой рамы. Максимальные усилия при этой деформации в основании сооружения, в зоне действия максимальных поперечных сил (рис. 4.14, а).

Деформирование стены-диафрагмы. Стены-диафрагмы (рис. 4.14, б) имеют вид вертикальной стальной решетчатой конструкции (или железобетонной стены), выполненной как ствол, как система параллельных внутренних стен или как наружная стена. В любом случае она работает как изгибаемая вертикальная консольная балка. Угол поворота стены-диафрагмы максимален вверху здания, т. е. ее деформации минимальны в основании сооружения, в зоне действия максимальных моментов.

Совместная работа жесткой рамы и стены-диафрагмы (рис. 4.14, в). Полный прогиб такой комбинированной системы суммируется из прогибов разных несущих систем. При этом выявляется S-образная кривая деформирования: стена-диафрагма уменьшает деформации здания в верхней части здания, жесткая рама уменьшает деформации здания в нижней части. То есть ветровые нагрузки в верхней части здания воспринимаются рамой, а в нижней части - стеной-диафрагмой.