Проектирование несущих конструкций многоэтажного каркасного здания

Несущие конструкции многоэтажного каркасного здания

Каркас любого здания состоит из несущих и ограждающих конструкций. К несущим относятся те конструкции, которые воспринимают основную нагрузку.

Каркасные здания имеют высокую экономическую эффективность, их основные несущие элементы сделаны из железобетона или металла, поэтому от ограждающих конструкций требуется только соответствие теплотехническим параметрам. Каркасные здания обладают также широким спектром возможностей для реализации различных планировочных решений. Широкий шаг колонн можно разбить перегородками и создать мелкоячеистую структуру из множества отдельных помещений или же оставить просторные залы или холлы, в которых может разместиться галерея или выставка.

При этом для многоэтажного здания гибкость планировки будет особенно актуальной, так на каждом этаже может получиться уникальная адаптация свободного пространства под нужды арендатора или собственника.

К основным элементам каркаса многоэтажного здания относятся:

• колонны, которые воспринимают нагрузку от каркаса здания, оборудования и передают ее на фундамент;
• пилоны;
• стволы жесткости;
• диафрагмы;
• фундаменты, на которые приходится нагрузка от каркаса здания, через фундаменты она передается на грунт;
• подстропильные и стропильные фермы, которые воспринимают нагрузку от покрытия и передают ее на колонны;
• плиты перекрытия, которые разбивают здание на уровни по высоте.

Состав несущих конструкций в зданиях будет сильно отличаться. В промышленных зданиях используют фермы, а в жилых и общественных зданиях - ригели и балки, которые смогут перекрыть расстояние между колоннами. Многоэтажные здания, которые имеют высоту более 100 метров относятся к уникальным. Любое уникальное здание требует проведения большого количества дополнительных расчетов и обоснований, в ряде случаев отсутствуют нормативы, которые бы четко регламентировали те или иные решения, поэтому разрабатываются специальные технические условия.

Рисунок 1. Каркасное здание. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Главным принципом проектирования многоэтажного здания является выбор в пользу рациональных решений, которые позволят снизить энергопотребление, повысить уровень комфорта и уменьшить воздействие на окружающую среду. Архитектура многоэтажных зданий, их объемно-планировочные и конструктивные решения должны отвечать всем требованиям законодательства, технических регламентов, сводам правил.

Статический и конструктивный расчет

Многоэтажные каркасные здания могут использоваться для разных целей, в них могут размещаться производства, жилье, коммерческие помещения. И в качестве материала конструкций могут быть выбраны и металл, и железобетон, и дерево.

Рассмотрим порядок проектирования несущих конструкций многоэтажного здания из металла:

• анализ исходных данных;
• сбор нагрузок, постоянных и временных;
• расчет и конструирование балок;
• расчет и конструирование центрально-сжатых колонн;
• расчет ферм покрытия;
• расчет сжато-изгибаемых элементов.

Любой расчет состоит из составления расчетной схемы, сбора нагрузок, определения усилий, подбора поперечных сечений и проверки подобранных сечений. Конструктивный расчет металлоконструкций ведется по методу предельных состояний. То есть такого состоянии конструкции, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Выделяют две группы предельных состояний, первая группа рассматривает случаи, при которых конструкция становится полностью непригодной для дальнейшей эксплуатации, во вторую группу входят предельные состояния, при которых конструкция становится непригодной для нормальной эксплуатации по деформациям и перемещениям.

Разработкой проектов каркасных зданий занимаются многие архитектурные бюро. Если высота здания не превышает 75 метров, то все требования можно найти в сводах правил. Когда же речь идет об уникальном объекте, то с такой задачей может справиться не каждый проектировщик, уникальные здания требуют нестандартных решений и творческого подхода.