Стальные каркасы многоэтажных и высотных зданий

1 Общие соображения Сталь или железобетон (?) По сравнению с железобетоном сталь обладает большей несущей способностью при меньшей собственной массе. С повышением этажности здания целесообразность применения стального каркаса увеличивается. В смешанных каркасах колонны нижних этажей выполняют из стали, а верхних – из железобетона. Сталь или железобетон (?) По сравнению с железобетоном сталь обладает большей несущей способностью при меньшей собственной массе. С повышением этажности здания целесообразность применения стального каркаса увеличивается. В смешанных каркасах колонны нижних этажей выполняют из стали, а верхних – из железобетона. Основные предпосылки строительства многоэтажных промышленных зданий 1. Вертикальная организация технологического процесса (перемещение материалов за счёт собственного веса); 2. Невысокие технологические нагрузки; 3. Отсутствие взрыво- и пожароопасных производств, требующих быстрой эвакуации; 4. Требования архитектурной выразительности в городской застройке; 5. Необходимость сокращения площади застройки из-за высокой стоимости земли в городах. 1. Вертикальная организация технологического процесса (перемещение материалов за счёт собственного веса); 2. Невысокие технологические нагрузки; 3. Отсутствие взрыво- и пожароопасных производств, требующих быстрой эвакуации; 4. Требования архитектурной выразительности в городской застройке; 5. Необходимость сокращения площади застройки из-за высокой стоимости земли в городах.

2 Многоэтажные здания Главный корпус МГУ, 25 этажей

3 Высотные здания Нью-Йорк, Рокфеллер- центр, 70-ти этажное здание «Радио-Сити» ( г.) Чикаго, «Сирс-билдинг» ( г.) 109 этажей, высота 445 м.

4 Высотные здания ВТЦ в Нью-Йорк-Сити Время строительства: Число этажей – 110 Высота – 411 м Размеры в плане: 63,5 х 63,5 м

5 Высотные здания Снаружи здания устроена жёсткая пространственная решётка из колонн и ригелей, воспринимающая все горизонтальные нагрузки. Внутренние колонны воспринимают только вертикальные нагрузки Технические этажи

6 Высотные здания Колонны – пустотелого сечения 450 х 450 мм Ригели высотой 1320 мм из стального листа, жёстко соединён с колоннами Перекрытия – сборно- монолитные по стальным фермам высотой 900 мм. Опирание фермы на колонну - шарнирное

7 Высотные здания При проектировании был проведён расчёт на прочность от удара самолёта (Боинг-707, вес 150 т). Каждая башня выдержала удар самолёта Боинг-767, который весил примерно на 30 т больше. Пожар начался от взрыва топлива в баках самолётов, которые были заполнены на 70 %. Температура 1000…1200°С вызвала быстрый нагрев стальных колонн и ригелей, из-за которого они потеряли свою прочность и произошло лавинообразное разрушение башен (соответственно через 103 и 62 минуты после удара)

8

9 Каркасные несущие системы многоэтажных зданий Каркасные несущие системы Рамная (жёсткие узлы) Высота – до 20…25 этажей Рамная (жёсткие узлы) Высота – до 20…25 этажей [-] Повышенный расход металла [+] Свободное пространство между колоннами Связевая (шарнирные узлы) Высота – до 40…45 этажей Связевая (шарнирные узлы) Высота – до 40…45 этажей Рамно-связевая (комбинированная) Высота – до 150 этажей Рамно-связевая (комбинированная) Высота – до 150 этажей [+] Лучшее восприятие горизонтальных нагрузок [-] Слабая устойчивость к прогрессирующему разрушению Геометрическая неизменяемость и восприятие горизонтальных нагрузок в рамной системе обеспечивается жёсткостью узлов, а в связевой – установкой системы связей.

10 Рамная и связевая несущие системы Жёсткий узел Стойки (колонны) Ригели (балки) N + 2Q N QQ M M Схема усилий в узле при расчёте на вертикальную нагрузку N + 2Q N QQ M M Связи Рамная Связевая

11 Рамно-связевая несущая система Связевая часть воспринимает 70…90 % горизонтальных нагрузок Вертикальная связь (ростверк) способствует более полному включению вертикальных элементов каркаса в работу по восприятию горизонтальных нагрузок В продольном направлении – рамная, в поперечном – связевая (или наоборот); На нижних этажах связевая, на верхних – рамная.

12 Виды решёток связей Раскосная Позволяет устраивать проёмы Крестовая Полураскосная [+] Железобетонные диафрагмы жёсткости Уменьшает пролёт балки Работает только на растяжение

13 Размещение связей в плане Связи следует располагать: симметрично относительно главных осей здания, чтобы не возникало его закручивание; не обязательно на всю ширину здания, но обязательно на всю его высоту. Жёсткий диск перекрытия распределяет горизонтальную нагрузку между связевыми элементами, поэтому их можно устанавливать не в каждом ряду, а через 2-3 ряда.

14 Конструктивное решение узла соединения ригеля и колонны Соединительную планку недопустимо приваривать и к ригелю, и к колонне. В шве могут возникнуть перенапряжения. N M N = M / h Жёсткое Шарнирное «Рыбка»Монтажный болт

15 Конструктивное решение узлов

16 Конструктивное решение узлов

Благодарим за внимание