площадь нетто для стены

Лекция 18. Расчет и проектирование многоэтажных зданий

Лекция 18. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

18.1. Общие понятия.

18.1.1. Железобетонные здания.

В настоящее время в строительстве многоэтажных производственных и гражданских зданий выявилась тенденция к увеличению этажности. Причинами этого являются бурный рост населения городов, стремление к экономии территории, сокращению протяженности городских коммуникаций (в том числе и транспортных) и пр.

Конструктивной основой многоэтажного здания служит пространственная несущая система из стержневых и панельных железобетонных элементов, взаимосвязанных между собой в порядке, обеспечивающем прочность, устойчивость и долговечность системы в целом, а также ее отдельных элементов. Пространственная работа системы проявляется в том, что при загружении одного из ее элементов в работу включаются и другие элементы.

По конструктивной схеме многоэтажные здания разделяют на каркасные, бескарскасные и комбинированной системы, а по назначению — на промышленные и гражданские.

Каркасным называют здание, в котором несущими вертикальными элементами системы являются железобетонные колонны. Каркас многоэтажного здания образуют основные вертикальные и горизонтальные элементы — колонны и ригели (см. рис. 21.1, лекц.14).

Бескаркасным (панельным или крупноблочным) называют здание, в котором несущие вертикальные элементы компонуют из поставленных одну на другую стеновых панелей (объемных блоков).

В зданиях комбинированной системы несущими вертикальными элементами являются колонны и панельные стены.

Различают каркасные схемы с полным и неполным каркасом. При полном каркасе наружные стены самонесущие, а при неполном —- несущие. Каркасную систему используют в основном для зданий промышленного, административного и общественного назначения, где требуются большие не перегороженные помещения. Бескаркасную и комбинированную системы применяют для жилых домов, в которых несущие и внутренние стены являются межквартирными и межкомнатными перегородками. В зданиях комбинированной системы нижние этажи каркасные, а остальные панельные.

Объемно-блочные здания выполняют из объемных жестких пространственных элементов, устанавливаемых друг на друга; в случае применения каркаса объемные блоки служат его заполнением и каждый блок несет только собственную массу и полезную нагрузку.

В многоэтажных каркасных зданиях горизонтальные нагрузки воспринимаются системой рам или вертикальных диафрагм — стенок жесткости, специальными связями или ядром жесткости, консольно защемленными в фундаменте (связевые системы). Ядром жесткости называют жесткую пространственную систему, образованную сопряженными между собой стенками. Чаще ядро жесткости выполняют монолитным. Каркас здания с ядром жесткости рассчитывают только на вертикальные нагрузки, что позволяет провести унификацию конструктивных элементов по высоте здания.

В последнее время за рубежом при строительстве общественных и жилых зданий получили широкое распространение системы многоэтажных зданий с подвесными этажами. Такое здание состоит из основной опорной конструкции — железобетонного монолитного ствола, двухконсольных балок или ферм и тяжей, к которым подвешиваются этажи (рис. 18.1).

18.1. Здание с подвешенными этажами: а — внешний вид; б — поперечный разрез; в — план расположения подвесок; 1 — железобетонные стены ствола; 2 — перекрытия; 3 — промежуточные подвески; 4 — угловые подвесики; 5 — диагональные арки

Всю вертикальную нагрузку передают на жесткий вертикальный ствол, в котором размещают лифты, лестницы, инженерные коммуникации, а также подсобные помещения. Наружные ограждения ненесущие; выполняют их из легких эффективных материалов. В целом масса такого здания невелика. Решения зданий с подвесными этажами многообразны; их классифицируют по виду опорных конструкций, типу подвесок и пр. Например, опорные конструкции могут быть решены в виде нескольких стволов, выполняемых из монолитного железобетона, стальных колонн с ригелями в уровне перекрытий, из сборных панелей, а также в виде мачт с оттяжками и пр.

Находят применение многоэтажные каркасные здания, этажи которых изготовляют на уровне пола подвального, первого или цокольного этажа и поднимают в проектное положение посредством гидравлических или механических подъемников, устанавливаемых на колоннах выше поднимаемых этажей (рис. 18.2). Прочность и устойчивость каркаса в продольном направлении в период монтажа обеспечивают постановкой постоянных вертикальных связей или устройством жестких продольных рам.

Рис. 18.2. Многоэтажное здание, возводимое методом подъема этажей: 1 — фундамент; 2 — пол 1 — го этажа; 3 — воротник; 4 — разделительная прокладка; 5 – изготовленная плита; 6 – обойма колонны; 7 — отверстие 120×80 мм для закладного стержня, 8-колонна, 9-оголовок; 10 — винтовая тяга диаметром 50 мм; 11- система монтажных связей; 12- габаритная схема гидроподъемника’

Каркасы зданий в период возведения рассчитывают на сочетание следующих нагрузок: собственного веса конструкции (включая вес навесных панелей), скоростного напора ветра и монтажной нормативной нагрузки, равной 2,5 кН/м2.

Основными конструктивными элементами каменных зданий являются наружные и внутренние стены, столбы, перекрытия, рама каркаса и перегородки. Все это образует пространственную систему, которая воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки, действующие на здание, и распределяет их между отдельными элементами системы в зависимости от их жесткости, от материала кладки и жесткости соединений, характеризующих в целом конструктивную схему здания. Конструктивная схема должна обеспечивать надежную пространственную жесткость и устойчивость здания в целом на действие внешних нагрузок.

По признаку восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок различают две группы конструктивных схем зданий:

1) с жесткими опорами, в которых каменные наружные стены, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, опираются на несмещаемые опоры; этими опорами являются жесткие поперечные стены, а также покрытия и перекрытия при условии относительно частого расположения устойчивых поперечных конструкций (перегородок);

2) с упругими опорами, в которых из-за относительно редкого размещения устойчивых поперечных конструкций (перегородок) горизонтальные покрытия и перекрытия являются упругоподатливыми опорами для каменных стен.

Жесткая конструктивная схема характерна для многоэтажных гражданских, жилых и общественных зданий. Упругая конструктивная схема свойственна одноэтажным промышленным зданиям.

Покрытия и перекрытия могут служить жесткими несмещаемыми опорами для каменных стен в том случае, если расстояние между несущими поперечными стенами не превышает предельного расстояния, принимаемого по прилож. 35 /4/, в зависимости от группы кладки /19/ и конструкции покрытия и перекрытия. Например, если перекрытие выполнено в виде жесткого сборного настила, то расстояние между несущими поперечными стенами не должно превышать для II для второй группы кладки 36 м.

Поперечные конструкции могут служить жесткими опорами при условиях: 1) толщина поперечных несущих каменных и бетонных стен не менее 12 см; 2) толщина несущих поперечных железобетонных стен не менее 6 см; 3) поперечные конструкции рассчитаны на восприятие горизонтальной нагрузки.

Пространственную жесткость зданий в целом и совместную работу элементов конструкций обеспечивают устройством связей; перекрытия анкеруют в стенах, поперечные и продольные стены из кладки соединяют перевязкой камней.

Каменные стены зданий обеих конструктивных схем (жесткой и упругой) в зависимости от вида воспринимаемых нагрузок разделяют на наружные и внутренние.

Под наружными понимают стены, изолирующие помещения от атмосферных воздействий, а под внутренними — стены (перегородки), изолирующие одно помещение от другого. Перегородки воспринимают нагрузки от собственного веса в пределах этажа. Наружные стены воспринимают нагрузки от собственного веса, а также вертикальные и горизонтальные нагрузки (от ветра, кранов).

По виду воспринимаемой нагрузки наружные стены разделяют на: несущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания, от покрытий, перекрытий, кранов и ветровую нагрузку; самонесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса стен всех этажей здания и ветровую нагрузку; ненесущие стены, воспринимающие нагрузку от собственного веса и ветровую нагрузку только в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6 м.

Для каменных стен всех типов зданий нормами установлены предельные отношения высоты этажа к толщине стены (β = Н/h, где H— высота этажа; h — толщина стены. Предельные отношения β для стен каменной кладки со свободной длиной l > 2,5H, не имеющих проемов и несущих нагрузки от перекрытий и покрытий, устанавливают по прилож. 36 /4/ в зависимости от группы кладки и марки раствора. Для наружных стен, имеющих проемы, предельная величина β по прилож. 36 /4/ снижается умножением на коэффициент

,

где Аn — площадь нетто по горизонтальному сечению стены; Ab — площадь брутто. Для других случаев коэффициент определяется по прилож. 37 /4/.

Стены многоэтажных зданий рассчитывают на вертикальные нагрузки как неразрезные многопролетные балки с неподвижными опорами на уровне перекрытий. Для упрощения расчета принимают расчетную схему стены в виде однопролетной балки с шарнирными опорами в плоскостях опирания перекрытий. Поперечное сечение такой балки принимают равным поперечному сечению простенка (участок стены между оконными проемами), на который передает нагрузку ригель перекрытия или покрытия. За расчетную ось балки принимают геометрическую ось сечения простенка. Расчетную длину балки принимают равной высоте стены от низа перекрытия вышележащего этажа до низа перекрытия нижележащего этажа.

Вертикальными нагрузками, действующими на простенок несущей стены в пределах каждого этажа, являются (рис. 18.3): а) собственный вес N1 стен всех вышележащих этажей, приложенный по оси вышележащего этажа; б) вес покрытия и перекрытий вышележащих этажей; в) вес перекрытия F1, расположенного над рассматриваемым этажом, приложенный с фактическим эксцентриситетом е относительно оси простенка (при отсутствии специальных опор, фиксирующих положение опорного давления, допускается принимать расстояние от точки приложения силы F1 до внутренней грани стены е = 1/3t, но не более 7 см, где (t — глубина заделки).

Рис. 18.3. Расчетная схема простенка:

а — план, б — вертикальный разрез стены; в — расчетная схема; г — эпюра моментов

Если сечение наружной стены несимметрично изменяется на уровне перекрытия над данным этажом, то учитывают изгибающий момент от силы N1, приложенной с эксцентриситетом е относительно расчетной оси сечения простенка. Расчетное сечение простенка принимают на уровне верха оконного проема, где изгибающий момент имеет довольно большую величину (сечение 1-1). Максимальный изгибающий момент в простенке равен сумме моментов от сил N1 и F:

Изгибающий момент в расчетном сечении I-I

где Н1 — расстояние от низа перекрытия нижележащего этажа до расчетного сечения I—I; H—высота этажа.

Продольная сила в сечении I—I простенка

где ∆F — собственный вес надоконного участка стены.

Сечение простенка рассчитывают на внецентренное сжатие по формуле (18.4),

СНиП II-22-81(1995) КАМЕННЫЕ И АРМОКАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ — Допустимые отношения высот стен и столбов к их толщинам

Содержание материала

ДОПУСТИМЫЕ ОТНОШЕНИЯ ВЫСОТ СТЕН И СТОЛБОВ К ИХ ТОЛЩИНАМ

6.16. Отношение высоты стены или столба к толщине независимо от результатов расчета не должно превышать указанных в пп. 6.17 — 6.20.

6.17. Отношение b = H/h (где H — высота этажа, h — толщина стены или меньшая сторона прямоугольного сечения столба) для стен без проемов, несущих нагрузки от перекрытий или покрытий, при свободной длине стены l £ 2,5 Н не должно превышать величин, приведенных в табл. 28 (для кладки из каменных материалов правильной формы).

Отношения b при группе кладки (см. табл. 26)

Для стен с пилястрами и столбов сложного сечения вместо h принимается условная толщина h_red = 3,5 i, где i = . Для столбов круглого и многоугольного сечений, вписанных в окружность, h_red = 0,85d, где d — диаметр сечения столба.

Примечание. При высоте этажа H большей свободной длины стены l отношение l/h не должно превышать значения 1,2 b по табл. 28.

6.18. Отношения b для стен и перегородок при условиях, отличающихся от указанных в п. 6.17, следует принимать с поправочным коэффициентом k, приведенным в табл. 29.

Характеристика стен и перегородок

1.Стены и перегородки, не несущие нагрузки от перекрытий или покрытий при толщине, см:

2. Стены с проемами

3. Перегородки с проемами

4. Стены и перегородки при свободной их длине между примыкающими поперечными стенами или колоннами от 2,5 до 3,5 Н

6. Стены из бутовых кладок и бутобетона

Примечания: 1. Общий коэффициент снижения отношений b, определяемый путем умножения отдельного коэффициента снижения k (табл. 29), принимается не ниже коэффициента снижения k_p, указанного в табл. 30 для столбов.

2. При толщине ненесущих стен и перегородок более 10 и менее 25 см величина поправочного коэффициента k определяется по интерполяции.

3. Значения А_n — площадь нетто и A_b — площадь брутто определяются по горизонтальному сечению стены.

Предельные отношения b для столбов принимаются по табл. 28 с коэффициентами, приведенными в табл. 30.

Коэффициент k для столбов

Меньший размер поперечного сечения столба, см

из кирпича и камней правильной формы

из бутовой кладки и бутобетона

Примечание. Предельные отношения b несущих узких простенков, имеющих ширину менее толщины стены, должны приниматься как для столбов с высотой, равной высоте проемов.

6.19. Отношения b, приведенные в табл. 28 и умноженные на коэффициент k по табл. 29 для стен и перегородок, могут быть увеличены: при конструктивном продольном армировании кладки (при m = 0,05 %) в одном направлении (в горизонтальных швах кладки) — на 20%.

При расстояниях между связанными со стенами поперечными устойчивыми конструкциями l £ kbh высота стен H не ограничивается и определяется расчетом на прочность. При свободной длине l, равной или большей Н, но не более 2Н (где Н — высота этажа) должно соблюдаться условие

6.20. Для стен, перегородок и столбов, не закрепленных в верхнем сечении, значения отношений b должны быть на 30 % менее установленных в пп.6.17 — 6.19.

Терминология

Различаем четыре типа площадей, характерных для каждого из проектированных домов. Для приближения основных терминов предоставляются их упрощенные определения:

• а) полезная площадь. Это площадь, соответствующая основной (жилой) функции дома; ее ограничивает линия h=1,90 (граница передвижения человека в выпрямленном положении). К полезной площади не причисляются внутренние коммуникационные трассы, технические и хозяйственные помещения;
• б) площадь нетто. Это площадь всех помещений в свете конструкций (площадь брутто минус конструкция). Практически это площадь всех полов, которые должен изготовить инвестор во время реализации дома;
• в) площадь застройки. Это площадь, ограниченная наружным контуром объекта на уровне первого этажа; это, практически, площадь, которую представляет проекция дома на чертеже проекта благоустройства земельного участка;
• г) общая площадь. Это площадь всех этажей дома в наружном контуре стен и всех элементов, выходящих за пределы кубатуры данного объекта, т.е. террасы, наружные лестницы, балконы, сводчатые галереи, спускные дорожки к гаражам и т. п.;
• д) кубатура. Это объем, пересчитываемый в наружном контуре всех этажей под и над земельным участком (общую площадь надо помножить на высоту этажей); Кубатуру подвалов вычисляем снизу конструкционной плиты покрытия пола без учтения ленточных фундаментов. Все элементы, выходящие за пределы контура основной глыбы дома в 100% включаются в кубатуру дома. Идентично понимаем объем эксплуатационного чердака или чердачка.

Готовый проект — предназначенный для использования закзчиком, без изменений или с изменениями, для реализации его инвестиционных намерений. Внимание: готовый проект только после совершения адаптации становится, вместе с планом благоустройства земельного участка, действительным строительным проектом ( другими словами, после согласования в надлежащих органах по месту землепользования).

Адаптация — необходимое приспособление готового проекта ко всем местным условиям, а также введение изменений, следующих из пожеланий и потребностей инвестора.

Адаптация проекта. Решаясь на строительство по готовому проекту, помните, что необходимо совершить адаптацию к ситуации, имеющейся на конкретной строительной площадке. Необходимость совершить адаптацию следует, прежде всего, из местных условий, т.е. из рельефа местности и внешних инженерных сетей на строительной площадке. Корректировка конструкций фундамента и ограждающих конструкций (наружных стен) проводится с учетом геологических особенностей вашего участка (песок, глина, уровень грунтовых вод), а также климатического пояса и состава вашей семьи.