Системи зі стволами жорсткості
СИСТЕМИ З СТВОЛАМИЖорсткості.
14.1. Загальні положення
Якщо система несучих стін є досить ефективною для житлових будівель середньої поверховості, то висотні (особливо громадські) будівлі вимагають максимуму планувальної гнучкості, великих внутрішніх просторів, які можуть бути розділені мобільними перегородками. У цьому випадку оптимальним рішенням є зосередження систем вертикального транспорту, інженерного забезпечення та ін. (ліфтів, сходів, інженерних комунікацій, туалетів та інших підсобних приміщень) з утвореннямстовбураабо кількох стовбурів залежно від призначення та розмірів будівлі. Ці стволи використовуються як системи стін-діафрагм, що забезпечують сприйняття вертикальних та горизонтальних навантажень, а також стійкість будівлі. Площа стволів складає 10-25% загальної площі поверху будівлі.
Конструктивні системи будівель зі стволами жорсткості характеризуються такими особливостями:
формою стовбура жорсткості (квадрат, прямокутник, трикутник, багатокутник, коло та ін);
кількістю стволів (один або кілька);
розташуванням стволів (у центрі будівлі - центральна, по периметру - периферійна, поза будівлею - примикаюча);
компонуванням ствола щодо об'єму будівлі (симетрична, асиметрична);
впливом геометрії будівлі на форму ствола жорсткості (визначальна, непряма).
Залежно від форми будівлі в плані перерізу одиночного стовбура надається різноманітна форма(рис. 14.1а).При значних розмірах стовбури виконуються у вигляді кількох концентричних оболонок або багатосекційними(рис. 14.1 б), що дозволяє суттєво підвищити їх жорсткість. Не існує жодних обмежень за формою та розташуваннямстволів у межах площі будівлі або їх повного або часткового винесення за контури будівлі.
Мал. 14.1. Форми стволів жорсткості:
а – односекційні; б - багатосекційні
Стовбури жорсткості виконуються із залізобетону, зі сталі (рис. 14.2) та їх комбінацій. Застосування сталевих стволів обмежується порівняно невисокими будинками через їх недостатню жорсткість і невисоку вогнестійкість. Переваги сталевих стволів полягають у можливості їхнього швидкого монтажу.
Мал. 14.2. Схеми сталевих стволів жорсткості.
Стовбури жорсткості частіше виконують монолітними в опалубці, що ковзає, так як у збірному варіанті елементи малоповторювані; крім того, під час монтажу значно збільшується обсяг зварювальних робіт.
Монолітний залізобетонний стовбур має стіни постійної (для порівняно невисоких будівель) або змінної товщини: від 40-120 см на нижніх поверхах до 20-60 см - у верхніх. Крім сприйняття навантажень залізобетонні стволи є конструкціями, що захищають простір, і для їх вогнезахисту не потрібно додаткових заходів.
У рівні кожного поверху в стволі передбачаються дверні отвори (з одного або кількох сторін). Нерізність стовбура забезпечується обв'язувальними балками (перемичками над отворами) в рівні і нижче перекриттів.
Монолітні стволи жорсткості армують вертикальними просторовими каркасами, які на монтажі стикують сполучними стрижнями (рис. 14.3). Перемички над отворами армують горизонтальними каркасами. Поздовжню та поперечну арматуру, а також товщину стін встановлюють за розрахунком. За умовами технології зведення в опалубці, що ковзає, найменша товщина стін - 200 мм. Стіни та перемички стволів можуть бути попередньо напруженими.
Системи будівель зі стволами жорсткості характеризуються великою різноманітністю конструктивних рішень, пов'язаних, перш за все, зі сприйняттям та передачею навантажень. Стовбур, як єдина вертикальна конструкція, що несе, яка сприймає всі вертикальні і горизонтальні навантаження, застосовується досить рідко. Поряд із стволом (стволами) в будинках застосовують і ін. вертикальні конструкції - стіни, каркас, об'ємні блоки, підвіски. Відповідно утворюються комбіновані конструктивні системи: ствольно-стінова, ствольно-каркасна, ствольно-блочна, ствольно-підвісна.
14.2. Стовбурні системи
Визначальна ознака ствольної конструктивної системи - всі вертикальні та горизонтальні навантаження, що діють на будинок, сприймаються одним або декількома стволами жорсткості. Нижні поверхи в таких будинках залишаються відкритими для проїзду транспорту та руху пішоходів. Будівлі характеризуються меншою площею забудови (підстави) та, відповідно, зменшеними обсягами робіт зі зведення фундаментів, зниженою чутливістю до нерівномірних опадів фундаментів, підвищеною опірністю сейсмічним впливам.
Залежно від способів спирання конструкцій поверхів до передачі навантаження на стволи розрізняють різновиди ствольної системи:
з консольними перекриттями на кожному поверсі (рис. 14.4 а);
з несучою конструкцією перекриття заввишки поверх, розташованої через поверх(рис. 14.4б);
з опиранням несучих конструкцій поверхів на одну потужну опорну консоль стовбура(рис. 14.4, д)\
з опиранням несучих конструкцій поверхів на регулярно розташовані по висоті ствола опорні консолі (рис. 14.4 г, е);
з опиранням перекриттів на консольні стіни-балки ствола(рис. 14.5)',
з опиранням несучих конструкцій поверхів на балки або ферми між стовбурами (рис. 14.6 а, б);
з опиранням перекриттів на пояси сталевих або залізобетонних ферм (рис. 14.6 в);
з опиранням перекриттів на стіни-балки у вигляді сталевих гратчастих або залізобетонних перфорованих конструкцій (рис. 14.6 г, д).
Системи з консольними конструкціями перекриттів на кожному поверсі не є поширеним рішенням у зв'язку з гнучкістю консольних ділянок і необхідністю посиленого армування для сприйняття згинальних моментів.
Мал. 14.4. Схеми будівель з одним стволом жорсткості: а - з консольними перекриттями на кожному поверсі; б - з конструкцією перекриття, що несе, висотою в поверх; - з опиранням несучих конструкцій поверхів на одну консольну залізобетонну опору; г - те саме, на дві опори; д - з опиранням несучих конструкцій поверхів на одну консольну сталеву опору; е - те саме, на дві опори; 1 – стовбур жорсткості; 2 – плита перекриття; 3-консольна монолітнобетонна балка; 4 – контурна балка; 5-консольна ферма; 6 – контурна ферма; 7 – залізобетонна консольна опора; 8 – сталева консольна опора; 9 - стійка (колона); 10 – перекриття
Величезними формоутворюючими можливостями при отриманні значних за площею поверхів володіють ствольні будівлі з декількома стволами, що розташовуються периферійно (рис. 14.7).
Мал. 14.7. Схеми планів будівель з периферійним розташуванням кількох стволів жорсткості