КАРКАСНОЕ ЗДАНИЕ С ВАНТОВО-АРОЧНОЙ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМОЙ

Каркасное здание с вантово-арочной несущей системой
Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительству высотных зданий конструктивной рамно-связевой системы.
Известно каркасное здание рамно-связевой конструктивной схемы (см. Ф. Харт, В. Хенн, Х. Зонтаг. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. -М.: Стройиздат, 1977. - Рис. на 220 с), содержащее колонны, диафрагмы, балки и перекрытия. Его недостаток - большой объем стали на колонны из-за значительной вертикальной нагрузки и расхода стали на высоту.
Наиболее близкое по технической сути - устройство, содержащее рамный каркас, имеющий по торцам лестнично-лифтовые блоки, разделенного по высоте на два яруса фермами, опертыми на крайние колонны каркаса, к поясам которых в их торцах присоединены:
- к верхнему поясу - арки, на которые опираются колонны;
- к нижнему поясу - ванты, на которые опираются колонны (см. Ф. Харт, В. Хенн, Х. Зонтаг. Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания. - М.: Стройиздат, 1977. - Рис. на 207 с). Недостатком данного здания является нерациональное использование арок и вант, большой расход стали на несущие конструкции каркаса.
Техническая задача - создание конструкции здания с невысоким расходованием материала (стали) на его несущую систему.
Технический результат - снижение массы здания и его горизонтальной раскачки при действии ветра и землетрясений.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем рамный каркас, имеющий по торцам лестнично-лифтовые блоки, разделенный по высоте на два яруса фермами, к поясам которых в их торцах присоединены: арки к верхнему поясу и ванты - к нижнему поясу, на которые опираются колонны, фермы оперты на стены лестнично-лифтовых блоков и имеют раскосы в виде решетки, при этом поперечными несущими конструкциями служат двутавровые балки, пропущенные через отверстия в стенке колонн, подвешенные к колоннам на подвесках, а в местах расположения залов со свободным пространством установлены подпорки, расположенные на предыдущем этаже, опертые на колонны, при этом ванты и арки разделяют ярусы здания пополам, колонны установлены и закреплены на арках, фермах и спаренных вантах, расположенных параллельно на расстоянии, равном поперечному сечению колонн, а перекрытия установлены с зазором, отделяющим их от лестнично-лифтовых блоков, перекрытым связями в виде штырей из арматуры, жестко закрепленных в торцах перекрытий и пропущенных с люфтом в соединительные трубки, установленные в лестнично-лифтовых блоках и монолитно связанные с ними, при этом ванты пропущены через перекрытия с помощью полуцилиндров, забетонированных в перекрытиях.
Конструкция приведена на чертеже (Фиг. 1 - фасад здания, Фиг. 2 - аксонометрия здания, Фиг. 3 - план этажа, Фиг. 4 - поперечная балка, Фиг. 5 - связи между перекрытиями и лестнично-лифтовыми блоками, Фиг. 6 - полуцилиндры для пропуска вант через перекрытия).
Конструкция содержит здание 1, разделенное по высоте фермами 2 с раскосами в виде решетки 3, опертой на стены лестнично-лифтовых блоков 4, арка 5, спаренные ванты 6, колонны 7, полуцилиндры 8 для пропуска вант 6 сквозь перекрытия 9, опертые на балки 10 с подвесками 11 и подпорками 12, подвешенными к колоннам 7, зазор 13 между перекрытием 9 и стеной лестнично-лифтового блока 4, которые соединены штырями 14, пропущенными в трубки 15.
Конструкция работает следующим образом: вес здания 1 через колонны 7 передается (сверху вниз) фермам 2, разделяющим рамный каркас здания 1 на два яруса, а так же аркам 5 и вантам 6, разделяющим ярусы здания 1 пополам, основанию, которые разделяют колонны 7 по высоте здания 1, снижая их вес, причем фермы 2 опираются на лестнично-лифтовые блоки 4, с одной из сторон на шарнирную опору для снятия передачи температурных изменений длины фермы 2, а поперечная балка 9, опираемая на две колонны 7, проходя через отверстия в их стенках, подвешивается к колоннам 7 на подвесках 11, а в местах расположения залов со свободным пространством устанавливаются подпорки 12, опертые на колонны 7, при этом перекрытия 9 здания 1 соединены с лестнично-лифтовым блоком 4 через зазор 13 между ними штырями 14 вошедшими с люфтом в трубки 15, позволяющим перекрытиям 9 совершать продольные температурные перемещения, работая совместно с лестнично-лифтовым блоком 4 в поперечном зданию 1 направлении.
Арки 5 и ванты 6, на которые опираются расположенные выше колонны 7 и поддерживаемые ими перекрытия 9 здания 1, вместе с фермами 2, которые разделяют рамный каркас по высоте на два яруса, разделяют ярусы здания пополам, в силу чего колонны воспринимают в среднем вчетверо меньшую нагрузку и имеют в четыре раза меньшее сечение и массу. Поперечные балки 10, опертые на колонны 7, подвески 11 и подпорки 12, образующие шесть примерно равноудаленных опор, также являются облегченной конструкцией.
Поскольку перекрытия 9 через связи в виде штырей 14 и трубок 15 непосредственно связаны с лестнично-лифтовыми блоками 4 и передают им горизонтальные нагрузки, колонны 7 в основном работают на сжатие, в силу чего отсутствует расход стали на высоту, обычно значительный в зданиях повышенной этажности. Учитывая высокую горизонтальную жесткость лестнично-лифтовых блоков 4, их горизонтальная деформация незначительна, поэтому и деформация перекрытий 9 всех этажей в своей плоскости тоже незначительна и для системы «колонна-перекрытие» не опасна.
Использование в качестве несущих систем здания ферм, разделяющих рамный каркас здания по высоте на два яруса, а также вант и арок, которые делят ярусы здания пополам, как и уменьшение числа колонн, использование подвесок и подпорок для поддержания балок позволяет снизить сечение колонн и балок, распор арок, опертых на верхний сжатый пояс фермы, и натяжение вант, закрепленных к нижнему растянутому поясу фермы превращают ферму из изгибаемой системы в сжатую вдоль ее поясов, причем раскосы фермы в виде решетки вместе с нею воспринимают на себя часть сжимающей ферму нагрузки.
Предлагаемая конструкция высокоэффективна, потому что все несущие конструкции здания, воспринимая усилия сжатия или растяжения, работают всем сечением, при этом расходуется меньше стали и снижается стоимость. Предлагаемое устройство экономично, так как не расходует сталь на высоту здания, поскольку горизонтальная нагрузка на здание передается лестнично-лифтовым блокам через перекрытия, из-за невысокой жесткости колонн, каждым в отдельности, в связи с чем снижается горизонтальная раскачка здания.