Ствольные конструктивные системы

Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания, воспринимающей нагрузки и воздействия, содержит вертикальный пространственный стержень – ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания. Поскольку ствол чаще всего располагают в геометрическом центре плана, возник и распространенный термин «ядро жесткости». Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для вы сотого строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию. Перекрытия опираются непосредственно на стволы, здания могут быть одно- и многоствольными. Самый распространенный вариант конструкции – центрально расположенный монолитный железобетонный ствол. В зависимости от нагрузки (этажности) толщина стен ствола в нижнем ярусе может достигать 60–80 см, а в верхних сокращаться до 20–30 см.

Ствольные конструктивные системы рекомендуется применять при строительстве зданий, в которых необходимо свободное пространство под зданием, а также при сложных инженерно-геологических условиях.

Ствольная конструктивная система характеризуется тем, что все горизонтальные и вертикальные нагрузки воспринимаются конструкциями ствола, состоящего из монолитных стен или отдельных диафрагм, объединенных в пространственный элемент        (рисунок 3.4.4.). Применяется в случаях, когда необходимо повысить амортизационную способность сооружения к сейсмическим толчкам. В ствольных конструктивных системах вертикальными несущими конструкциями являются стволы, образуемые преимущественно стенами лестнично-лифтовых шахт, на которые непосредственно или через распределительные ростверки опираются перекрытия. В свою очередь, стольные системы имеют свои разновидности: консольное опирание перекрытий на ствол, подвешивание внешней части перекрытия верхней несущей консоли («висячий дом») или его опирание посредством стен на нижерасположенную несущую консоль, кроме дудочное расположение несущих консолей высотой в этаж с передачей в них нагрузки отчасти этажей. Стволом или ядром высоты зданиях является жесткий (монолитно выполненный) лестнично-лифтовой узел. В первом случае перекрытия жестко защемляются в стенах ствола, во втором свободно опираются на ствол и удерживаются подвесками, закрепленными в верхней или промежуточной части ствола. В зданиях с консольными перекрытиями (этажами) наружные стены не доходят до уровня фундамента, а поддерживаются либо консольными конструкциями опертых на ствол перекрытий, либо консольными поясами. Перекрытия опирают с одной стороны на центральный лестнично-лифтовой ствол, а с другой – на вертикальные подметки (стальные пли железобетонные). Подвески в зданиях таких типов могут быть из стальных полос, прокатных профилей, каната, стержней, монолитные железобетонные предварительно напряженные, сборные, предварительно напряженные, сталежелезобетонные. Подвески закрепляют или к вершине ствола или к консольному оголовку. Размеры консольных пажей в плане превышают размеры нижнего этажа, который, как правило, остается открытым.

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

Рис 3.8. Ствольные конструктивные системы ( с одним несущим стволом):

а,б – консольные; в,г – этажерочные; д,е – подвесные;  1 – несущий ствол; 2 – консольное перекрытие; 3 – консоль высотой в этаж; 4 – консольный мост; 5 – ростверк; 6 – подвеска на нижних этажах высотных зданий (приемлемо высокопрочных бетонов классов В50 и В60)

          а)                      б)                                                  в)

            г)                       д)                                                 е)

Рис 3.9. Ствольно-стеночные конструктивные системы:

а – открытые угловые и замкнутые наружные стволы; б – поперечные диафрагмы и угловые стволы; в – продольные диафрагмы и центральный ствол; г – открытые и замкнутые стволы по периметру; д – замкнутые угловые и центральный ствол; е – треугольные стволы по периметру.

Рис 3.1.5.1.  Ствольные конструктивные системы

По типу главных опор, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, конструктивные схемы зданий с подвешенными этажами условно делят на три основные группы: со ствольными опорами; со стоечными опорами; с арочными опорами. Особую группу представляют здания с комбинированными опорами, например, в виде ствола и стоек.

Данная конструктивная схема открывает широкие возможности для поиска интересных архитектурно-планировочных и композиционных решений зданий.

Еще одной системой, применяемой при строительстве высотных зданий, является подвесная система, которая обычно возводится снизу-вверх, когда этажи могут подвешиваться к ядру жесткости и фермам (покрытия). \

За последние десятилетия возведено свыше 100 уникальных зданий ствольно-подвесной системы. При этом количество подвешенных к ростверкам этажей колеблется в очень широких пределах: от 3−4 до 20.

          В ходе внедрения ствольно-подвесной системы были применены различные конструкции подвесок −стальных и железобетонных. Наименее деформативными оказались преднапряженные железобетонные подвески с канатной или стержневой арматурой.

Первоначальная ориентация на стальные подвески − полосовые, канатные или из

жестких профилей − не оправдалась. Под воздействием переменных температур наружного воздуха и релаксации стали такие подвески оказались деформативными, что повлекло за собой необходимость частых косметических ремонтов в помещениях из-за возникновения трещин в отделке при перемещении подвешенных краев перекрытий.

Кроме того, стальные подвески требуют дополнительной защиты от огня и коррозии.

Обычно стальные подвески проектируют только на вертикальные нагрузки. Однако не исключено их участие в совместной работе со стволом на горизонтальные нагрузки. Для этого преднапряженные подвески должны быть целостной системой, заанкеренной в основании ствола.

          Модификация ствольной системы консольного типа имеет в качестве основной горнзонтальной несущей конструкции мощную железобетонную структуру в нижней зоне ствола. Она представляет собой, как правило, пространственную консольную в двухнаправлениях преднапряжепную коробчатую конструкцию высотой в 3–5 м.

На ней монтируют различные 10–15-этажные конструкции (от стержневых до объ-

емно – блочных), воспринимающих преимущественно вертикальные нагрузки.

Рис. 3.5.1.2. Конструктивная система с поперечными несущими стенами гостиницы "Измайлово" (Москва, Россия)

Рис. 3.4. Системы зданий с несущими стенами:

Рис 3.4. Системы зданий с несущими стенами:

а, б, в, д , ж, з- с поперечными и продольными внутренними стенами; г – с перекрестными непараллельными стенами; е – с радиальными стенами