Стальные каркасы многоэтажных гражданских зданий

Основными элементами стального каркаса многоэтажных зданий являются колонны и ригели, связанные между собой в двух направлениях в неизменяемую пространственную систему.

В зависимости от способа обеспечения пространственной жесткости и характера восприятия горизонтальных нагрузок стальные каркасы зданий могут иметь связевую, рамную и рамно-связевую конструкцию. Характерной для многоэтажных зданий со стальным каркасом является рамная схема, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения.

При рамной схеме каркаса в узлах возникают усилия одного порядка. Кроме того, можно унифицировать узлы и их элементы, обеспечить плавность деформаций и равномерное нагружение фундаментов, а также принять однотипные решения колонн, ригелей, баз и анкеров.

Колонны. Колонны стальных каркасов высотных зданий делаются из широкополочных двутавров, сплошные квадратные, пустотелые из уголков и др. Наиболее распространенные формы сечения колонн приведены на   рис. 5.10.

а)           б)           в)                    г)            д)    е)

Рис. 5.10. Типы сечений стальных колонн:

а, б, г – из полосовой стали; в – составленное из двух двутавров; д, е – из прокатных уголков; 1 – сварной шов

Длину монтажных единиц колонн назначают с учетом жесткости сечения, характеристики подъемных механизмов, условий изготовления и транспортировки: чаще ее принимают равной высоте 2 ÷ 3 этажей.

Стыки колонн проектируют с фрезерованными торцами; монтажные элементы соединяют болтами (рис. 5.11, а). Такие стыки держатся силами трения (при больших нормальных силах). В верхних, а иногда и в средних этажах при малой величине нормальной силы стыки колонн обваривают по контуру. Устраивают также стыки, перекрытые накладками на сварке.

Башмаки (базы) колонн многоэтажных зданий работают под действием больших нормальных сил при незначительных эксцентриситетах и поперечных силах. С учетом этого башмакам придают простую форму и выполняют их из стальной плиты толщиной 100 ÷ 200 мм. Давление от колонн на башмаки передается через фрезерованные поверхности торцов колонн и верха плит (рис. 5.11, б). Поперечные силы в местах сопряжений воспринимаются трением. Колонны соединяют с плитами сваркой.

Колонну опорной плитой устанавливают на подливку из цементного раствора толщиной слоя не менее 50 мм. Анкерные болты, заделываемые в железобетонные фундаменты, рассчитывают только на монтажные нагрузки.

Ригели.Ригели междуэтажных перекрытий, имеющие в большинстве случаев двутавровое сечение, выполняют из прокатных или сварных профилей. С колоннами ригели соединяют сваркой с помощью горизонтальных накладок (рис. 5.11, в).

а)                                                                   б)                                 

в)

г)                    д)

е)                                      ж)

    Рис. 5.11. Стальной каркас многоэтажного здания:

а – стенки колонн; б – конструкция опирания стальных колонн на фундамент; в – крепление балок (ригелей) к колонне двутаврового сечения; г, д – типы железобетонных ригелей каркасных зданий; (г – монолитные с жесткой арматурой; д – сборномонолитные с жесткой арматурой); е, ж – перекрытия по стальным настилам; 1 – торцы колонн (фрезерованные); 2 – опорная стальная плита; 3 – анкер; 4 – уголки; 5 – обетонирование по месту; 6 – стальной гофрированный настил; 7 – стальная балка; 8 – конструкция пола

Кроме чисто стальных ригелей в практике строительства все чаще начинают встречаться обетонированные и сборные железобетонные ригели. Применение их объясняется стремлением к увеличению жесткости ригелей, снижению расхода стали и обеспечению противопожарной, антикоррозийной защиты.

Обетонирование ригелей может производиться как одновременно с бетонированием перекрытия, так и до монтажа. В последнем случае достигается лучшая укладка бетона, повышается уровень индустриальности (рис. 5.11, г; д).

Узловые сопряжения ригеля с колонной бывают двух типов – свободные (гибкие) и жесткие1. Наибольшее распространение получил жесткий тип узловых сопряжений.

Металлические связи. Металлические связи бывают решетчатые, крестовые, полураскосные, ромбические и др. (рис. 5.2). Наиболее распространенные – крестовые и полураскосные. Целесообразно выполнять последующее обетонирование связевых плоскостей, что превращает всю систему в железобетонные диафрагмы жесткости (рис. 5.2).

Оценивая опыт применения стальных каркасов и каркасов с жесткой арматурой, следует отдать предпочтение последним, так как они обеспечи-вают полное использование несущей способности стали и бетона в железобетонных каркасах с жесткой арматурой, повышают жесткость каркаса в 1,5 ÷ 2 раза по сравнению с чисто стальными каркасами и снижают расход стали на 20 ÷ 40 %. Кроме того, упрощаются конструктивные формы элементов стальных конструкций каркасов (колонн, ригелей, узлов), снижается трудоемкость изготовления и монтажа стальных конструкций, защиты от огня и коррозий.

Перекрытия. В стальных каркасах перекрытия могут решаться таким же образом, как и в железобетонных сборных каркасах.

По стальным ригелям укладывают железобетонные крупноразмерные плиты или мелкие плиты; в последнем случае к ригелям крепят стальные балки с шагом 2 ÷ З м. Применяют также обычные монолитные железо-бетонные перекрытия.

Хорошие технико-экономические показатели имеют перекрытия по настилам коробчатого, ребристого или волнистого профиля, по которым укладывают слой бетона (рис. 5.10). Стальные настилы выполняют одновременно функции арматуры и несъемной опалубки плит.