Коробчато-ствольная система

Коробчато-ствольная (оболочково-ствольная) конструктивная система (или «труба в трубе») характеризуется тем, что горизонтальные и вертикальные нагрузки в здании воспринимаются совместно внутренним стволом и замкнутой наружной коробкой (оболочкой), образованной несущими конструкциями наружных стен. Наружная коробка обычно выполняется в виде жесткой пространственной безраскосной решетки, элементами которой являются сталь с или железобетонные колонны, устанавливаемые, как правило, с малым шагом, и поэтажные обвязочные балки. Элементы решетки наряду с несущими выполняют и ограждающие функции.

При большом шаге колонн решетку усиливают раскосами или раскосными поясами, располагаемыми в два и более ярусов по высоте здания. Иногда наружная коробка образуется монолитными железобетонными стенами с проемами.

Совместность работы наружной коробки и внутреннего ствола обеспечивается решетчатыми связями, устраиваемыми в пределах технических этажей, а также жесткими дисками перекрытий. За счет совместной работы наружной коробки и ствола при применении коробчато-ствольной системы достигается повышение жесткости всего здания на 30–50% по сравнению с каркасно-ствольной системой и соответствующее уменьшение прогибов от горизонтальных нагрузок.

                     а)                                  б)              в)

Рис. 3.5. Коробчато-ствольная конструктивная система административного 64-этажного здания «Стил Корпорейшн» (Питебургб США):

а – план здания; б – без оголовка жесткости; в – с оголовком в верхнем этаже

    а)                                               б)

Рис 3.6. Комбинированные решения зданий коробчатой конструктивной схемы:

а – коробка и внутренние стены-диафрагмы; б – коробка и центральный ствол

                а)                                         б)

Рис 3.7. Модифицированные коробчатые схемы зданий неправильной формы:

а – решетчатая коробка с жесткими рамами; б – внутренняя коробка с наружными стенами-диафрагмами

Примером использования этой системы является административное 52-этажное монолитное здание «Ван Шелл плаза» в г. Хьюстоне (рисунок 3.3.4). Здание имеет наружную прямоугольную оболочку размерами 57,7 × 39,6 м, которую образует решетка из железобетонных колонн с шагом 1,8 м и контурных балок перекрытий. Ствол размерами 29,5 × 18 м состоит из трех ячеек с четырьмя поперечными и двумя продольными стенами. Все конструкции выполнены из легкого монолитного железобетона. Примером применения коробчато-ствольной конструктивной системы со стальными конструкциями является 64-этажное административное здание «Стил Корпорейшн» в г. Питтсбург (рисунок 3.3.5). В плане здание имеет форму равностороннего треугольника со сторонами 67,3 м. Высота здания 256 м. Наружная решетка образована колоннами коробчатого сечения размерами 91 × 76 см, размещенными с шагом 12 м, и обвязочными балками также коробчатого сечения размерами 122 × 40 см, размещенными в уровне перекрытий каждого третьего этажа. Стены центрального ствола также треугольной формы и плане. Совместность работы наружной решетки и стен центрального ствола обеспечивается жестким стальным решетчатым оголовком, расположенным в верхней части здания. С целью дальнейшего повышения жесткости зданий коробчатой системы используются комбинированные решения в следующих сочетаниях:

− коробка плюс дополнительные внутренние стены-диафрагмы (рисунок 3.3.6);

−коробка с центральным стволом, совместно работающая на горизонтальные нагрузки, при этом наружная коробка воспринимает большую часть ветровой нагрузки в верхней части здания, в то время как ствол воспринимает большую часть нагрузки в нижней части;

Рис 3.1.4.2 Несущие коробчатые конструкции высотных зданий:

а, в, г – коробчатая из пространственных безраскосной решетки; б – коробчатая с раскосной решеткой наружных стен («Джон Хэнкок»); д – многосекционная коробчатая («Сирс тауэр»); е – решетка из колонн диагональных элементов; ж – решетчатая конструкция с балками и диагональными элементами; з – решетчатая конструкция с диагональными элементами

− модифицированная коробка, характеризуемая введением дополнительных специальных мероприятий с целью погашения концентрации сдвигающих усилий, вызванных неправильной формой здания, например, наличием острых углов в плане здания

Коробчатые конструктивные системы обеспечивают повышенную устойчивость высотных зданий к ветровым и сейсмическим нагрузкам, позволяют проектировать различные объемно-пространственные решения свободные архитектурно-планировочные п ростра потна, примени и многообразные инженерно-технические системы.