Каркас зданий. Общие сведения. Элементы каркасов

Каркас представляют собой систему, состоящую из стержневых несущих элементов - вертикальных (колонн) и горизонтальных балок (ригелей), объединенных жесткими горизонтальными дисками перекрытий и системой вертикальных связей.

Основное компоновочное преимущество каркасных систем в свободе планировочных решений, в связи с редко расставленными колоннами, имеющие укрупненные шаги в продольном и поперечном направлениях. Системе присуще четкое разделение на несущие и ограждающие конструкции. Несущий остов (колонны, ригели и диски перекрытий) воспринимает все нагрузки, а наружные стены выполняют роль ограждающих конструкций, иногда воспринимая только собственный вес (самонесущие стены). Это дает возможность применять материалы прочные и жесткие - для несущих элементов каркаса, и тепло— звукоизоляционные материалы — для ограждающих.

Каркасы, применяемые в гражданском строительстве, можно классифицировать по следующим признакам:

1. По характеру статической работы:

- рамные - с жестким соединением несущих элементов (колонны, ригели) в уз­лах в ортогональных направлениях плана здания. Каркас воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки.

- рамно-связевые - с жестким соединением в узлах колонн и ригелей в одном направлении плана здания (создание рамных конструкций) и вертикальными связями, расставленными в перпендикулярном направлении рамам каркаса. Связями служат стержневые элементы (крестовые, портальные) или стеновые диафрагмы, соединяющие соседние ряды колонн. Вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются рамами каркаса и вертикальными пилонами жестких связей.

- связевые - отличаются простотой конструктивного решения соединений колонн с ригелями, дающее подвижное (шарнирное) закрепление. Каркас (колонны, ригели) воспринимает только вертикальные нагрузки. Горизонтальные усилия передают на связи жесткости - ядра жесткости, вертикальные пилоны, стержневые элементы.

a — рамная; б — рамно-связевая; в — связевая;

1 — колонна; 2 — ригель; 3 — жесткий диск перекрытия; 4 — панель жесткости.

2. По материалам:

- железобетонный каркас, выполняемый в сборном, монолитном или сборно- монолитном вариантах.;

- металлический каркас, часто применяемый при строительстве общественных и многоэтажных гражданских зданий, возводимых по индивидуальным проектам;

- деревянный каркас в зданиях не выше двух этажей.

3. По составу и расположению ригелей в плане здания:

с продольным, поперечным, перекрестным и безригельным решением.

Рамная система каркасных зданий обладает большой жесткостью, устойчивостью и создает максимальную свободу планировочных решений. Система обеспечивает надежность в восприятии нагрузок и равномерность деформаций рам, расположенных в здании в продольном и поперечном направления.

При изготовлении рамного каркаса из сборного железобетона применяется разрезка его несущих элементов на Г - Т - Н - образные элементы, позволяющая перенести узловые соединения в наименее напряженные участки - места нулевых изгибающих моментов от вертикальных нагрузок.

Рамно-связевая система обеспечивает пространственную жесткость за счет совместной работы поперечных рам, вертикальных диафрагм жесткости и перекрытий, выполняющих функцию жестких горизонтальных дисков. Вертикальные нагрузки передают на каркас как на рамную систему. Горизонтальные нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости рам, воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости и диски перекрытий, а нагрузки, действующие в плоскости рам, воспринимает рамно-связевой блок, состоящий из вертикальных диафрагм жесткости и рам каркаса.

Связевая система все вертикальные нагрузки передает на стержневые элементы каркаса (колонны и ригели), а горизонтальные усилия воспринимают жесткие вертикальные связевые элементы (стеновые диафрагмы и ядра жесткости), объединенные между собой дисками перекрытий. В связевом каркасе ограничена прочность и жесткость стыков ригелей с колоннами. Узлы конструируют податливами с помощью стальных связей («рыбок»), ограничивающих защемление.

Габаритные схемы компонуются на следующих условиях:

- оси колонн, ригелей и панелей диафрагм жесткости совмещены с модульными осями здания;

- шаг колонн в направлении пролета плит перекрытий равен 3,0; 6,0; 7,2, 9,0 и 12,0 м.

- шаг колонн в направлении пролета ригелей соответствует 3,0; 6,0; 7,2 и 9,0м.

- высота этажей в соответствии с назначением и укрупненным модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4,2; 6,0 и 7,2м.

Кроме того для квартирных и специализированных жилых домов (пансионаты, гостиницы, общежития и т.п.) высота этажей принимается равной 2,8 м.

Элементы каркасов:

- колонны -вертикальный стержневой элемент каркаса, служащий для восприятия в основном вертикальной нагрузки

Колонны по материалу:

Каменные, бетонные, железобетонные, металлические

Колонны по местоположению:

Рядовые, фасадные, торцевые, связевые

Колонны по этажности:

Одно-,двух-и многоэтажные

Колонны по виду поперечного сечения

Прямоугольные, квадратные и круглые

Колонны по условиям опирания ригелей:

Колонны с консолями, бесконсольные, со скрытыми консолями

- ригели -горизонтальные элементы остова здания, воспринимающие вертикальные нагрузки, передаваемые преимущественно плитами перекрытий, передающие эти нагрузки на колонны.

Ригели по месторасположению:

Рядовые, фасадные, торцевые, коридорные, лестничные

Ригели по перекрываемому пролёту:

Однопролётные, двухпролётные, консольные

Ригели по виду поперечного сечения:

Прямоугольные, тавровые с полкой понизу, с одно- или двусторонним опиранием настилов

- стены диафрагмы

- перекрытия