Конструктивные системы многоэтажных зданий.

Монолитное домостроение

Учебное пособие

Екатеринбург

УГТУ-УПИ

2009 г.

История развития и область применения монолитного домостроения.

История развития монолитного домостроения.

В 20-е годы в нашей стране сделана попытка определить область рационального применения монолитного бетона при возведения зданий различного назначения.

 Однако с интенсивным развитием полносборного домостроения в 50-е годы интерес к монолитному домостроению снизился из-за:

1. Относительно большой трудоемкости работ на строительной площадке.
2. Низкого уровня механизации процессов (вертикального и горизонтального транспорта).
3. Отсутствия квалификационных рабочих и ИТР.

Основной причиной медленного внедрения монолитного домостроения в практику строительства, является, прежде всего, отсутствие опыта проектирования и строительства.

   Однако:

- в 1926-1929 гг. в Харькове был построен 14 этажный Дом промышленности с монолитным каркасом.

- В 1927-1930 гг. были построены в ряде городов жилые дома с набивными стенами из пемзошлакобетона. Объём бетона, уложенного в монолитные стены, в 1927г. возрос

с 18 тыс. м³ до 330 тыс. м³ в 1930г.

В эти годы применялась деревянная щитовая опалубка, изготавливаемая непосредственно на стройплощадке. Несовершенство этой опалубки послужило разработке и внедрению в нашей стране в 1926 г. для постройки зернового элеватора в Северной Осетии скользящей опалубки, а в 30-е годы скользящую опалубку применили впервые в зимних условиях при строительстве жилого дома.

В 1935-1936гг. был возведен 6-ти этажный дом в Ленинграде с применением металлической опалубки высотой на этаж. В военные годы продолжались работы над созданием теории бетона и железобетона.

Впервые в послевоенные годы возводили монолитные фундаменты под промышленные и гражданские здания.

В 50-х годах преобладало крупнопанельного домостроение, более 60…65% от общего объёма строительства.

В 60-е годы появились первые постройки монолитных высотных зданий, а с 1973г. началось внедрение метода бетонирования в объёмно-переставной опалубке.

Преимущества монолитного домостроения:

Анализ экономических показателей выявил:

1. Единовременные затраты при монолитном строительстве снижаются по сравнению:

– с кирпичным домостроением на 35%

– с крупнопанельным строением на 40-45%

        Экономия увеличивается по мере увеличения этажности.

2. Возможность использования бетонных смесей с малым содержанием цемента.

3. Небольшие объёмы грузоперевозок.

4. Широкое использование местных строительных материалов и отходов.

5. Отсутствием масс комплектующих материалов.

6. Монолитное домостроение не нуждается в заводских базах строительной индустрии.

В целом монолитное домостроение характеризуется следующим:

• Широкие возможности решения разнообразных градостроительных задач при более низких затратах материальных и топливно-энергетических ресурсов;
• Меньшие объёмы капитальных вложений, необходимых для развития производственной базы, по сравнению с полносборными системами зданий;
• Менее сложный переход строительных организаций при переориентировании (перестройке) с промышленного на жилищное строительство;
• Разнообразные возможности сочетаний с элементами полносборного строительства (балконы, лестницы, лифтовые шахты, наружные панели и т. др.)

Область применения монолитного железобетона.

В гражданском строительстве:

• Подземные сооружения и подземные конструкции зданий.
• Первые нежилые этажи.
• Ядра жесткости для каркасных и панельных зданий.
• Цельно-монолитные и сборно-монолитные здания.
• Безбалочные перекрытия.
• Отдельные нестандартные элементы зданий.
• Малые архитектурные формы.
• Реконструкция существующих зданий и др.

В жилищном строительстве:

• Индивидуальные дома точечного типа и протяженные дома любой этажности.
• Монолитные и сборно-монолитные жилые дома в естественных условиях.
• Монолитные малоэтажные здания для выборочного размещения в центральной исторической части города.
• Подземные гаражи-стоянки и складские сооружения под домами.
• Вставки между торцами жилых существующих зданий.
• Реконструкция и капитальный ремонт существующего жилого фонда с надстройкой для повышения плотности застройки.
• Усиление несущих конструкций и замена перекрытий при капитальном ремонте.

 При проектировании монолитных и сборно-монолитных зданий необходимо учитывать следующие условия строительства:

- местные демографические;

- инженерно-геологические;

- материально-технические;

С этой целью следует:

1. Наиболее полно учитывать особенности известных методов возведения монолитного здания;

2. Отдавать предпочтения конструкциям опалубок, секции которые собираются из модульных щитов, что позволяет создавать разнообразные объёмно-планировочные ячейки;

3. При проектировании зданий основываться на определенные технологии и организации работ, чтобы увязать архитектурно-планировочные, конструктивные и технологические решения;

4. Использовать опалубочные системы и методы возведения, позволяющие свести к минимуму объемы отделочных работ;

5. Использовать комплексную механизацию процессов транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси, применять арматурные изделия заводского изготовления, а также механизацию отделочных работ;

6. Сокращать сроки строительства путем обеспечения максимальной оборачиваемости опалубки за счет интенсификации твердения бетона при положительных и отрицательных температурах наружного воздуха;

7. Использовать сборные изделия, изготавливаемые на заводах и полигонах;

8. Обеспечивать условия прочности и устойчивости конструкций в период возведения здания.

Конструктивные системы и конструкции монолитных зданий.

Конструктивные системы многоэтажных зданий.

 Здания с применением монолитного бетона относятся к двум строительным системам:

Первая система: бескаркасные здания в скользящей и (или) переставных опалубках.

Вторая система: здания со стволами и (или) каркасом, возводимые в скользящей и (или) переставной опалубках.

Различают 4 типа вертикальных несущих конструкций:

1. Стержневые элементы сплошного сечения (каркас).
2. Плоскостные элементы (стены).
3. Неплоскостные элементы в виде тонкостенных стержней (вертикальные стволы, лифтовые шахты и др.)
4. Неплоскостные элементы в виде тонкостенной призматической оболочки замкнутого профиля (высшая оболочка здания).

 Конструктивные системы, содержащие несущие элементы только одного типа называются первичными.

 Конструктивные системы, содержащие несущие элементы нескольких типов называются производными.

                                                                                                                                         Таблица 1

Взаимосвязь строительных систем с конструктивными системами и их типом по методу возведения.

      По числу типов, применяемых в конструктивной системе несущих элементов, различают производные системы второго, третьего и четвертого уровней.

  Пространственная жесткость зданий с однотипными вертикальными несущими конструкциями, как правило, меньше зданий производных конструктивных систем.

Поэтому при действии на здание больших горизонтальных нагрузок применяют производные конструктивные системы.

   Тип вертикальных несущих конструкций может изменяться по высоте здания (например, на нижних этажах - каркасная система, а в верхних - стеновая).

             Таблица 2

Характеристика конструктивных систем гражданских зданий с применением монолитного бетона.

Каркасные конструктивные системы гражданских зданий:

1. По виду горизонтальных несущих конструкций на:

- безригельные

- ригельные (безбалочные и балочные)

2. По способу обеспечения пространственной жесткости на:

- Рамные

- Связевые

- рамно-связевые

 Стеновые конструктивные системы гражданских зданий:

1. По схеме расположения стен в плане:

- Поперечно-стеновые с поперечными несущими стенами (параллельными, непараллельными, радиальными).

- Продольно-стеновые

- Перекрестно-стеновые

2. Стены в зависимости от их статических функций в конструктивной системе                           

- Несущие

- Ненесущие

- Самонесущие

3. В зависимости от величины пролета плит перекрытий:

- Малопролетные (до 4,8м);

- Среднепролетные (до 7,2м);

- Большепролетные (>7,2м);

 Ствольные конструктивные системы гражданских зданий:

1. По числу стволов:

- Одноствольные

- Многоствольные

2. По способу крепления горизонтальных несущих конструкций:

- Подвешенные (подвески – ванты из высокопрочных канатов)

- Консольные (консольно - балочными)

- Опорные (этажерочные – этажами)

Стволы во всех ствольных системах выполняются в виде полых призматических и круглых оболочек замкнутого сечения и передают основанию вертикальные и горизонтальные нагрузки.

 Ствольно-стеновые конструктивные системы:

   Образуются сочетанием стен со стволами и подразделяются по числу стволов и по схеме расположения стен в плане.

- Вертикальные нагрузки передаются основанию преимущественно несущими стенами. Ствольные элементы (шахты лифтов, лестничные клетки и т. п) проектируют как самонесущие или несущие с опирание на них перекрытий.

- Горизонтальные ветровые нагрузки воспринимаются совместно с наружными стенами и ствольными элементами.

  Ствольно-стеновую систему применяют для зданий с несущими наружными стенами            высотой более 16 этажей.

Каркасно-ствольные и каркасно-стеновые конструктивные системы:

1. по числу стволов.

2. по расположению в плане

3. по типу каркаса

4. по способу соединения конструкций каркаса к стволу:

- с непригруженными стволами

- с пригруженными стволами

             Для передачи горизонтальной нагрузки на стволы устраиваются специальные демпферы, устанавливаемые между каркасом и стволом и препятствующие передаче вертикальных нагрузок с каркаса на ствол.

Наиболее сложная проблема при проектировании зданий повышенной этажности (более 25 этажей) и расчете является обеспечение пространственной жесткости зданий при воздействии горизонтальных ветровых нагрузок.

К основным несущим конструкциям, обеспечивающим сопротивляемость зданий горизонтальным нагрузкам относятся:

1. Каркас
2. Плоские связи в виде стен-диафрагм жесткости.
3. Пространственные – связи в виде стволов (ядер жесткости) или наружных решетчатых оболочек.
4. Поперечные, продольные или радиальные стены.

Чаще всего эти конструкции применяются в различных сочетаниях между собой.