§ 2.1. Конструктивные схемы зданий
Основные несущие элементы (фундаменты, стены и т. д.) в совокупности образуют несущий остов здания, который воспринимает все нагрузки, воздействующие на здание, и передает их на основание, а также обеспечивает пространственную неизменяемость (жесткость) и устойчивость здания.
По конструктивной схеме несущего остова здания подразделяются на бескаркасные, каркасные и с неполным каркасом. В бескаркасных зданиях основными вертикальными несущими элементами служат стены, в каркасных — отдельные опоры (колонны, столбы), в зданиях с неполным каркасом — и стены, и отдельные опоры.
Жилые и общественные здания, как правило, строят из кирпича, камней и из крупноразмерных деталей и элементов: крупноблочные, крупнопанельные и объемно-блочные.
Рис. 2. Конструктивные схемы бескаркасных зданий с несущими стенами:
а — продольными, б — поперечными и продольными
Бескаркасные здания из кирпича и мелких камней возводят обычно с продольными несущими (рис. 2, а) наружными и внутренними стенами. Поперечные стены в таких зданиях устраивают преимущественно в лестничных клетках, в местах, где проходят дымовые и вентиляционные каналы, а также в промежутках между ними для придания большей устойчивости продольным стенам и зданию в целом. В зданиях с поперечными несущими стенами продольные наружные стены являются самонесущими, а перекрытия опираются на поперечные стены. Возводятся также бескаркасные здания, у которых несущими являются как поперечные, так и продольные стены (рис. 2, б). В таких зданиях панели перекрытий размером на комнату опираются всеми четырьмя сторонами на поперечные и продольные стены.
Бескаркасные крупноблочные здания со стенами из бетонных и других блоков имеют конструктивную схему с поперечными и продольными несущими стенами (рис. 3). Общественные многоэтажные здания чаще возводят с продольными несущими стенами. При этом в зависимости от ширины здания может быть не одна, а две внутренние продольные стены.
Рис. 3. Конструктивная схема крупноблочного здания с поперечными и продольными несущими стенами:
1 — фундамент, 2 — стены подвала, 3 — перекрытия, 4 — внутренние поперечные стены, 5 — наружные стены, 6 — лестничная площадка, 7 — лестничный марш, 8 — внутренняя продольная стена, 9 — балкон, 10 — межкомнатная перегородка
Бескаркасные крупнопанельные здания бывают: с тремя продольными несущими стенами; с поперечными несущими стенами-перегородками, устанавливаемые с малым или большим шагом (расстоянием) друг от друга.
В домах с поперечными несущими стенами-перегородками (рис. 4) все основные элементы несущие: поперечные стены-перегородки, внутренняя продольная и наружные стены. Панели перекрытий имеют опоры по четырем сторонам. При этом наружные стеновые панели 2, которые мало отличаются от наружных панелей в домах с продольными несущими стенами, считаются также несущими. Перегородочные панели 4 и панели внутренней продольной стены в таких домах изготовляют из тяжелого (конструктивного) бетона.
Рис. 4. Конструктивная схема крупнопанельного дома с несущими стенами-перегородками:
1 — наружные панели, 2 — санитарно-технические кабины, 3 — несущие перегородки, 4 — внутренние несущие поперечные стены (перегородки), 5 — панели перекрытия, 6 — цокольные панели, 7 — блоки фундаментов
Каркасными сооружают, как правило, общественные и административные здания. В последние годы начали строить также и каркасные многоэтажные жилые дома.
Несущий каркас состоит из колонн и ригелей, выполняемых в виде балок с четвертями для рпирания конструкций перекрытий. Скрепленные между собой колонны и ригели образуют несущие рамы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки здания. Наружные стены зданий могут выполняться как самонесущие. В этом случае они опираются непосредственно на фундаменты или на фундаментные балки, устанавливаемые по столбчатым фундаментам. Ненесущие наружные стены в виде навесных панелей прикрепляют к наружным колоннам каркаса.
В зданиях с неполным каркасом наружные стены делают несущими, а колонны располагают лишь по внутренним осям здания. При этом ригели укладывают между колоннами, в иногда и между колоннами и наружными стенами.
Объемно-блочные здания возводят из крупноразмерных элементов — объемных блоков, которые представляют собой готовую часть здания, например комнату. Размеры объемных блоков зависят от схемы разрезки здания на блоки-комнаты. Такие дома имеют две конструктивые схемы: блочную и блочно-панельную. Блочные здания возводят только из объемных блоков, устанавливаемых вплотную друг к другу, в блочно-панельных — объемные блоки устанавливают на расстоянии один от другого так, что между ними образуется комната, которую перекрывают панелями.
Производственные здания строят одно-и многоэтажными. Основные конструктивные элементы их выполняют те же функции, что и в гражданских.
Одноэтажные бескаркасные здания возводят с несущими наружными и внутренними стенами.
Здания с неполным каркасом имеют внутренний каркас (колонны или столбы, ригели) и несущие наружные стены. Конструктивная схема таких зданий аналогична схеме гражданских; в таких зданиях может быть один ряд или несколько внутренних несущих колонн или столбов в зависимости от ширины здания.
Рис. 5. Схемы каркасов одноэтажных промышленных зданий:
а — с плоской, б — со скатной кровлей; 1 — фундаментные балки (рандбалки), 2 — фундаменты, 3 — колонны крайнего ряда, 4 — колонны среднего ряда, 5 — подкрановые балки, 6 — балки покрытия, 7 — панели покрытия, 8 — воронка водостока, 9 — утеплитель и кровля, 10 — парапет, 11 — панели стены, 12 — оконные переплеты, 13 — пол по грунту, 14 — фонарь, 15 — стропильные фермы
Одноэтажные каркасные здания возводят с самонесущими или ненесущими навесными наружными стенами, все конструкции внутри здания опираются на элементы каркаса. Здания бывают многопролетные с пролетами одинаковой (см. рис. 5) или разной ширины и высоты или однопро-летные. Покрытия делают плоские (рис. 5, а) или скатные (рис. 5, б), с бесфонарными или фонарными надстройками.
Основные элементы каркаса: колонны 3 и 4, балки 6 покрытий или стропильные фермы 15, которые образуют плоские поперечные рамы. Рамы устанавливают на расстоянии 6 или 12 м друг от друга. Эти элементы каркаса бывают стальными и железобетонными. На рамы опирают продольные элементы каркаса: подкрановые балки 5, по которым прокладывают пути для мостовых кранов: ригели стенового каркаса (фахверка), используемого для крепления оконных переплетов 12 и стеновых ограждающих панелей в случае вертикальной разрезки их; панели покрытий 7 или прогоны кровли, по которым укладывают листы профилированной стали или панели из асбестоцементных листов и других материалов: фонари 14, назначение которых — обеспечить естественную аэрацию и освещение зданий.
Стены устраивают из кирпича, панелей, навесных крупноразмерных железобетонных, армопенобетонных, асбестоцементных и других плит, которые прикрепляют непосредственно к колоннам каркаса.
Источник
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Компоновка перекрытия выполняется такой, чтобы перекрыть расстояние
между внутренними поверхностями противоположных стен. При этом ребра плит опираются на полки ригелей и не могут совпадать с колоннами (сечение колонн — 400 × 400 мм). Поэтому раскладку плит рекомендуют начинать с середины, от колонн, таким образом, чтобы ребра одной плиты опирались на
ригели смежных пролетов. Полка этой плиты имеет вырез, охватывающая колонну.
Остаток ширины здания не перекрывается плитами, бетонируется монолитно. Чаще всего этот остаток бетонируют у стены.
Компоновка перекрытия показана на фрагменте (рис. 3)
Расчет сборной плиты перекрытия промышленного здания
Принимаем бетон класса Б20 –Rb=11.5kH/см 2 , Rbt=0.09kHсм.
Арматура класса А400с-Rs=37.5kH/см.
1.2. Нагрузка на 1 м 2 перекрытия
|
Наименование нагрузки Характеристическое γf
|
кН/м 2 
0.02х20
|
0,52
Звукоизоляция (пенобетон) 
( 1.8…2.5 кН/м 2 ) 1,936
4 Временная 7 1.2 
q=8,4
Всего: g=q+v=12кН/м
1.3. Статический расчет плиты перекрытия
Принимаем размеры поперечного сечения ширина опорных полок высоту плиты принимаем hпл = 35 см
Расчетный пролет плиты определяем:
l0 = 5600 – 250 – 30×2 – 120 = 5170 мм .
Погонная нагрузка q = q1м 2 × bпл = 12×1.5 .≈ 18кН/м.
Мmax = ql0 2 /8 = 18×5,17 2 / 8 = 60,14кНм,
1.4 Конструктивный расчет плиты
Сечение П-образной плиты рассматривают как таврового с полкой в сжатой зоне.
Расчетный сечение плиты :
1)Положение нейтральной оси
= 240,89 кНм 2 > Mmax = 60,14 кНм 2 .
Нейтральная ось расположена в пределах полки, поэтому сечение
рассчитываем как прямоугольное.
Аs = М / ζ Rs h0=6014 / 0.98×37.5×31 = 5,28см 2 .
Рабочую арматуру принимаем 2Ø20А400С (Аs = 6,28 см2) и располагаемв двух каркасах (по одному каркасу в ребре плиты).
Верхнюю арматуру в каркасах принимаем конструктивно 2Ø12А240С.
1.5 Расчет плиты в наклонных сечениях
Поперечную арматуру принимаем при сварке с рабочей арматурой (Ø8А240С). Шаг хомутов в приопорных зоне Sw1 ≤ h / 2, в середине пролета — Sw2 ≤ 0.75h. Принимаем Sw1 = 200 мм, Sw2 = 300 мм.
В работе на поперечную силу вместе с ребрами участвует и часть
b1 = b + 3hf = 16 + 3х5 = 31 см, (Рис. 7)
поэтому несущая способность сечения на поперечную силу увеличивается на
коэффициент влияния поперечного армирования
φw1 = 1 + 5νµw = 1 + 5х13,5х0.00253 = 1.212;
коэффициент φb1 = 1 – 0.01Rb = 1 – 0.01х11.5 = 0.885 ( Rb – в МПа).
2. Определяем несущую способность бетона
проверка: h0 2
|
Qb = , де φb3 = 2,0; с = с0 = 60 см. 
2(1+ 0.113) 0.09´16´ 31 2
|
Потому что Qb = 52,154кН ≥ Qmax = 46,53 кН, нет необходимости рассчитывать хомуты
5. Несущая способность поперечной арматуры
6. Несущая способность сечения
Окончательно оставляем предварительно принятую поперечную арматуру.
1.6 Статистический расчет ригеля.
Конструктивная длина ригеля равна (рис. 9).
lконстр. = 6300 – 200 – 50+100 = 6150 мм.
Расчетное погонная нагрузка
– Постоянная g = g1м 2 l + γf ×( собственный вес нижней части ригеля) =
= 3.08×6 + 1.1(0.3×0.55)25 = 23.02 кН/м;
– Переменная v = v1м 2 l = 8,4×6 = 50,4кН/м;
– Полная q = g + v = 23,02 + 50,4= 73,42кН/м.
Для расчета крайней пролета рассматривают две расчетные схемы, из которых определяют изгибающие моменты и поперечные силы.
Расчетная схема ригеля многопролетной балки .
М1 = (0.08×23.02 + 0.1×50,4) 6,25 2 = 270,72 кНм;
МБ = (–0.107×23,02 – 0.117×50,4)6,25 2 = –321,09 кНм;
QБ = (–0.6×23,02 – 0.617×50,4)6,25 = – 280,605 кН.
За счет перераспределения усилий расчетные изгибающие моменты в
пролете и на опоре
Этот момент МБ попадает пиковым значением в колону, ав ригеле на границу с колоной.
Армирование
1.8 Расчет прочности ригеля в наклонных сечениях
Расчет выполняется на Qmax = QБ лев = 280,615 кН.
1) Примим хомуты: 2Ø8А400С (Аsw = 1,01см 2 ).
Шаг хомутов приймим Sw1 = 200 мм.
2)Для определения достаточности размеров поперечного сечения балки
откуда коэффициент поперечного армирования:
коэффициент влияния поперечного армирования
φw1 = 1 + 5νµw = 1 + 5х6.67х0.00196 = 1.065;
коэффициент φb1 = 1 – 0.01Rb = 1 – 0.01х14.5 = 0.885 ( Rb – в МПа).
3) Определяем несущую способность бетона
проверка: h0 2
|
Qb = , де φb3 = 2,0; с = с0 = 114 см.
|
2х0,105х25х60 2
|
Поскольку Qb = 166,1кН Qmax = 280,615кН.
Окончательно оставляем предварительно принятую поперечную арматуру.
Шаг поперечной арматуры в крайних четвертях пролета Sw1 = 20 см, в
середине пролета Sw2 = 30 см.
1.9 Конструирование ригеля. Экономическое армирование
Пролетную рабочую арматуру располагаем в двух каркасах КР-1.
Верхнюю арматуру в этих каркасах принимаем конструктивно — 2Ø12А400С (Аs = 2,26 см 2 ).
Опорную рабочую арматуру располагаем в каркасах КР1. Эта арматура имеет рекомендуемую длину четверти пролета и стыкуется с верхней конструктивной арматурой. Армирование полок ригеля выполняют гнутыми каркасами КР2.
При конструировании ригеля рационально располагать продольную рабочую арматуру согласно эпюры изгибающих моментов.
Для определения границ обрыва этой арматуры строим эпюры расчетных изгибающих моментов и моментов фактической несущей способности под схемой армирования ригеля (рис. 12)
Определяем фактическую несущую способность различных сечений ригеля.
1. Несущая способность сечения со всей пролетной арматурой (Аs=12,69)
2. Несущая способность сечения с оборванной арматурой 2Ø22А400С
ξ = 37,5×7,60 / 1.45×25×60 = 0.13; ζ = 0.93;
Msect = 0.93×37,5×7,60×60 = 15903 кНсм = 159 кНм.
3. Несущая способность опорного сечения с 2Ø25А400С (Аs=9,82см 2 )
ξ = 37,5×9,82 / 1.45×25×60 = 0.169; ζ = 0.905;
Мsect = 0.905×37.5×9,82×60 = 19995,97 кНсм = 200 кНм.
4. Несущая способность в верхней части ригеля 2Ø12А400С (Аs=2,26см 2 ):
ξ = 37.5×2,26 / 1.45×25×60 = 0.038; ζ = 0.98;
Мsect = 0.98×37.5×2,26×60 = 4983,3 кНсм = 49,83 кНм.
Арматура, которая обрывается в пролете (2Ø25А400С), имеет длину больше теоретической на величину w = 20Ø = 20х22 = 1100 мм с каждого края.
1.10 Расчет колонны здания
В данном проекте колонну рассчитывают как условно центрально
Нагрузка на колонну
Для расчета принимаем следующие дополнительные данные:
— Число этажей n = 4;
— Высота каждого этажа Hпов = 3,6 м;
— Место строительства — г. Чернигов;
Для срока эксплуатации здания 50 лет коэффициент надежности для
снеговой нагрузки γf = 1.0.
Проектирование сборных элементов перекрытия, колонн и фундаментов здания с неполным каркасом
Компоновка перекрытия выполняется такой, чтобы перекрыть расстояние
между внутренними поверхностями противоположных стен. При этом ребра плит опираются на полки ригелей и не могут совпадать с колоннами (сечение колонн — 400 × 400 мм). Поэтому раскладку плит рекомендуют начинать с середины, от колонн, таким образом, чтобы ребра одной плиты опирались на
ригели смежных пролетов. Полка этой плиты имеет вырез, охватывающая колонну.
Остаток ширины здания не перекрывается плитами, бетонируется монолитно. Чаще всего этот остаток бетонируют у стены.
Компоновка перекрытия показана на фрагменте (рис. 3)
Источник