Каркас высотного здания или башенного сооружения

Каркас высотного здания или башенного сооружения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1ОЕСОЮЗИА "" 1 - Г И ЧЮС

И-"1- -

Союз Советских

Социалистических

Республик

И Е

767299

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 060978 (21) 2660632/29-33 с присоединением заявки №(51)М. Кл.з

Е 04 В 1/24

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий, (23) Приоритет— г

Опубликовано 300980.Бюллетень ¹ 36 (53) УДК 721. 011. .27:721.011. .28(088.8) Дата опубликования описания 300980 (72) Автор изобретения

В. Г. Корнилов

Киевский зональный научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий (71) Заявитель (5 4 ) КАРКАС В61СОТНОГО ЗДАНИЯ ИЛИ БАШЕННОГО

СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к строительству каркасных гражданских и производственных зданий, преимущественно многоэтажных, высотных и башенных каркасных сооружений типа 5 радио и телевизионных башен, и представляет собой конструктивное решение несущего каркаса здания или сооружения.

Известны конструктивные решения 10 .. каркасных конструкций зданий, в которых вантовые предварительно напряженные элементы крепятся к верхней траверсе, устанавливаемой на жесткое внутреннее ядро, и закрепляются 15 в фундаменте (1j.

Известны также конструктивные решения башенных сооружений, в которых квантовые элементы применяются в качестве продольных элементов, повы- 2О шающих изгибную жесткость сооружения, а также в виде стержней предварительно напряженной крестовой решетки, способной воспринимать сжимающие усилия f2). 25

Общим недостатком известных конст-. рукций вантовых каркасов зданий является то, что несущее ядро имеет слабую статико-геометрическую связь с системой вантовых элементов. Эта 30

2 связь выражается в некотором эффекте самонапряжения, который проявляется при действии на каркасы поперечных нагрузок. Что же касается обеспечения прочности и устойчивости внутреннего ядра, то здесь известные решения вантовых каркасов недостаточно эффективны и прочностные свойст- . ва элементов каркаса используются не полностью. Заключается это в том, что внутреннее ядро воспринимает внецентренно сжимающие нагрузки и для достаточно высоких сооружений обеспечение прочности и устойчивости ядра требует значительно большего расхода материала по сравнению с элементами, воспринимающими только осевые нагрузки.. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является конструктивное решение здания, имеющего форму усеченной пирамиды и включающего колонны, объединенные стержнями решетки в пространственную неизменяемую систему, предварительно напряженные ванты, закрепленные в верхней диафрагме и в фундаменте, и опи« рающиеся на ванты плиты перекрытий и промежуточные диафрагмы (3).

7G7299 недостатком данной конструктивной схема является то, что она не допускает возможности создания начальных внутренних усилий в основных несущих элементах каркаса. Чтобы это стало возможныи, потребовалось бы дополнить крестовую решетку сжатыми распорками, что сразу снижает эффективность исполь-. ,зования прочностных свойств материа ла конструкции. Отсюда следует, что воэможности дальнейшего существенного совершенствования такой схемы ограничены. В частности, ограничена возможность применения высокопрочных материалов для колонн и крестовой решетки, так как значительное повышение на:пряжений приведет к соответствующему 15 увеличению деформативностй сооружения.

Пель решения — повышение использования прочностных свойств материалов каркаса.

Указанная цель достигается тем, 20 что в каркасе высотного здания или башенного сооружения, включающем колонны, объединенные в неизменяемую

- систему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закреПленные в верхней диафрагме и в фундаменте, и опирающиеся на ванты перекрытия и промежуточные диафрагмы, колонны расположены в плане в углах выпуклого многоугольника, а их продольная ось имеет полигональное или криволинейное очертание с выпуклостью наружу каркаса, причем часть перекрытия соединена с колоннами жесткими или выключающимися связями.

Кроме того, возможно выполнение каркаса из секций, причем напрягаемые ванты закреплены в смежных диафрагмах.

Колонны между собой соединены стержнями крестовой решетки. Вследствие 40 искривленности колонн при предварительном напряжении вантовых элементов в стержнях решетки возникают растягивающие усилия, обеспечивающие неизменяемость каркаса, в котором 45 отсутствуют внецентренно сжатые элементы. Это обеспечивает меньший удель- .. ный расход материалов на каркас по

"сравнению с известными конструкциями;—

На фиг. 1 показана конструкция каркаса высотного здания, на фиг. 2разрез A-A на фиг.1; на Фиг.3- каркас: башенного сооружения, компоновка из трех секций; на фиг. 4 - то же, поперечный разрез;

Каркас здания или сооружения состоит иэ колонн 1, стержней 2 крес товой решетки, продольных предварительно напряженных вантов 3, перекрытйй или диафрагм 4, жестких или вы- 4Q ключающихся связей 5, траверсы .6 и фундамента 7. олонны каркаса в плане расположены в углах выпуклого многоугольниjxa. По высоте колонны имеют полиго- J 4 нальное, либо криволинейное очертание с выпуклостью, обращенной наружу каркаса.

К колоннам 1 крепятся стержни 2 крестовой решетки, которые обеспечивают неизменяемость каркаса при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Продольные напрягающие ванты 3 закреплены на траверсе 6 и в фундаменте 7. На ванты опираются перекрытия или диафрагмы 4, некоторые из которых могут быть соединены с колоннами жесткими или выключающнмися связями 5.

Колонны являются основными несущими элементами каркаса и воспринимают всю вертикальную нагрузку от йерекрытий, усилия предварительного напряжения, создаваемые вантами, а также воспринимают частично усилия от горизонтальных нагрузок. Стержни крестовой решетки являются для колонн постелью, препятствующей их направленной деформации иэ их плоскости наружу здания или сооружения.

Величина усилий предварительного напряжения вантов. выбирается иэ условия, чтобы при действии на каркас горизонтальных нагрузок не происходило выключения из работы стержней крестовой решетки. Прогиб колонн. принимается незначительным, порядка высоты колонны, и подбирается в зависимости от конкретного соотношения величин вертикальных и горизонтальных нагрузок, Таким образом, колонны работают на центральные сжимающие усилия и практически не могут потерять устойчивости, поскольку взаимйо раскреплены стержнями, являющимися по условию всегда растянутыми.

При действии на здание (сооружение) симметрйчйых вертикальных нагрузок от перекрытий усилия в колонных возрастают .и колонны стремятся увеличить прогиб, чему препятствуют стержни решетки. При действии на сооружение горизонтальных нагрузок, как показывает кинематический анализ, усилия в напрягаемых вантах 3 практически остаются неизменными, а восприятие нагрузок осуществляется в основном колоннами и стержнями 2. При этом является благойриятным тот факт, что при продольно-поперечном изгибе каркаса происходит выравнивание усилий в стержнях решетки вследствие относительно небольшой собственной изгибной жесткости колонн. Это исключает возможность перенапряжения отдельных стержией решетки колонн при различных возможных сочетаниях расчетных нагрузок и свидетельствует о рациональном использовании прочностных свойств элементов конструкции. предлагаемая конструкция каркаса представляет собой предварительно

767299 напряженную самоуравновешенную стержневую систему, в которой усилия в стержнях решетки непосредственно зависят от усилий натяжения продольных напрягаемых вантов. Коэффициент связи (влияния) этих усилий подбирает- 5 ся в необходимых пределах путем подбора кривизны колонн. Этим достигается оптимальное использование проч-костных свойств элементов каркаса.

Пример конструктивного решения башенного высотного сооружения показан на фиг. 3 и 4. Здесь, с целью рационального распределения усилий предварительного напряжения, применено разделение каРкаса по высоте на три сек- 15 ции по типу приведенного каркаса на фиг. 1 и 2. Это дает возможность подобрать сечения элементов каркаса и величины предварительного напряжения в зависимости от действующих

° ф К усилий; Аналогичное решение возможно и для каркасных зданий.

Предпочтительными в настоящее время материалами для основных элементов каркаса здания являются для .колонн . — сталь или железобетон, для 25 вантов рационально применение высокопрочной стали с их обетонированием после монтажа перекрытий и их предварительного напряжения для.стержней крестовой решетки, жесткость кото- 30 рых на растяжение определяет в основном изгибную жесткость каркаса, предпочтительно применение сборного предварительно напряженного железобетона.

Для каркасов сооружений типа радио 35 и телевизионных башен рационально применение стали. Предлагаемая конструкция снижает металлоемкость, обеспечивая при этом долговечность и улучшение эксплуатационных качеств, 4 обеспечивает повышенную пожаростойкость, поскольку несуцие колонны и стержни решетки могут быть вынесены на достаточно большое расстояние от помещений здания (т. е. возможного очага пожара), и дополнительная изо- 45 ляция их может отсутствовать, либо быть минимальной. Пожарная изоляция вантовых элементов, имеющих обычно компактное сечение, надежно осуществляется при незначительных расходах 50 огнезащитных материалов (путем обетонирования, обмазок, облицовок и т. п. средствами).

Кроме того, предложенный каркас здания или сооружения имеет разнообразные архитектурно-планировочные решения, так как эксплуатируемые площади помецений свободны от массивных конструктивных элементов.

Формула изобретения

1. Каркас высотного здания или башенного сооружения, включающий колонны, объединенные в неизменяемуЮ систему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закрепленные в верхней диафрагме и в фундаменте, и опираюциеся на ванты перекрытия и промежуточные диафрагмы, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения использования прочностных свойств материалов каркаса, колонны расположены в плане в Углах выпуклого многоугольника, а их продольная ось имеет полигональное или криволинейное очертание с выпуклостью наружу каркаса.

2. Каркас по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью более рационального распределения усилий предварительного напряжения по высоте здания или сооружения, он выполнен из секций, а напрягаемые ванты секций закреплены в смежных диафрагмах.

3. Каркас по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения его жесткости, часть перекрытий соединена с колоннами жесткими связями.

4. Каркас. по п. 1, о т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью повышения сейсмостойкости здания или сооружения, часть перекрытий соединены с колоннами выключаюцимися связями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коляков N. И. и др. Металлические каркасы гРажданских зданий.

Киев, "Будивельник", 1976, с. 93

102, рис. 22-25.

2. Беленя Е. И. Предварительно напряженные несуцие металлические конструкции, М., Стройиздат, 1975, с. 4552, рис. 139.

3. Конструкции высотных зданий за рубежом (обзор). Зарубежный опыт строительства, M., ЦИНИС, 1973, с. 24, рис. 16.