Каркас высотного здания или башенного сооружения Советский патент 1980 года по МПК E04B1/24 

(54) КАРКАС ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ ИЛИ БАШЕННОГО Изобретение относится к строительству каркасных гражданских и производственных зданий, преимущественно многоэтажных,высотных и башенных каркасных сооружений типа радио и телевизионных башен, и представляет собой конструктивное решение несущего каркаса здания или соор жения . Известны конструктивны решения каркасных конструкций зданий, в которых вантовые предварительно HanjJHженные элементы крепятся к верхней траверсе, устанавливаемой на жесткое внутреннее ядро, и закрепляются в фундаменте 1. Известны также конструктивные решения башенных сооружений, в которых квантовые элементы применяются в качестве продольных элементов, повышающих изгибную жесткость сооружения а также в виде стержней предваритель но напряженной крестовой решетки, способной воспринимать сжимающие. усилия 2. Общим недостатком известных конст рукций вантовых каркасов зданий явл ется то, что несущее ядро имеет сла бую статико-геометрическую связь с системой вантовых элементов. Эта СООРУ:Я ЕНИЯ 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, заК репленные в верхней диафрагме и в фундаменте, и опирающиеся на ванты плиты перекрытий и промежуточные диафрагмы з. нёдбстатком данной конструктивной схеки является то, что она не допускает возможности создания начальных внутренних усилий в основных несущих элемейтах каркаса. Чтобы это стало возможным, потребовалось бы дополнит крестовую решетку сжатыми распорками что сразу снижает эффективность испо , зования прочностных свойств материала конструкции. Отсюда следует, что возможности дальнейшего существенног совершенствования такой схемы ограничу ™. В частности, ограничена возможность применения высокопрочных ма риалов для колонн и крестовой решетк ;Так как значительное повышение напряжений приведет к соответствующему увеличению деформатийностй Цель решения - повышение использо вания прочностных свойств материалов каркаса, . - , ---Указанная цель достигается тем, что в каркасе высотного здания или башенного сооружения, включаняцем колонны, объединенные в неизменяемую систему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закрёйленные в верхней диафрагме и в фундамен те, и опирающиеся на ванты перекрытия и промежуточные диафрагмы, колонны расположены в плане в углах вы пуклого многоугольника, а их продоль ная ось имеет полигональное или крив линейное очертание с выпуклостью наружу каркаса, причем часть перекрытия соединена с колоннами жесткими или выключающимися связями. . Кроме того, возможно выполнение каркаса из секций, причем напрягаемы ванты закреплены в смежных диафрагмах. ------ --V.- --J---;-:--;- .-,,-:,--:.-- Колонны между собой соединены сте крестовой решетки. Вследствие искривленности колонн при предварительном напряжении вантовых элементов в стержнях решетки возникают рас тягивающие УСИЛИЯ, обеспечивакадйе неизменяемость каркаса, в котором отсутствуют внецентренно сжатые эле менты.. Это обеспечивает меньший удел ный расход материалов на каркас по сравнению с известными конструкция --- V На фиг. 1 показана конструкция каркаса высотного здания; на фиг. 2разрез А-А. на фиг.1; на фиг.З-KUfiKa башенного соо р уженйя, KONmoHOBica из трех секций; на фиг. 4 - то же, поперечный разрез. Каркас здания или сооружения состоит из колонн 1, стержней 2 крес 7трв15Й решетки, пррдолЬ1Н1йх предварительно напряженных вантов 3, перекры тий или диафрагм 4, жёстких или выключающйхся связей 5, траверсы 6 и фундамента 7. Колонны каркаса в плане расположены в углах выпуклого многоугольниJKa. По высоте колонны имеют полиго- / нальное, либо криволинейное очерта.ние 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 бив фундаменте 7. На ванты опираются перекрытия или диафрагмы 4, некоторые из кОторых могут быть соединены с колоннами жесткими или выключающимися связями 5. Колонны являются основными несущими элементами каркаса и воспринимают всю вертикальную нагрузку от пёрек ытий, усилия предварительного напряжения, создаваемые, вантами, а также воспринимают частично усилия от горизонтальных нагрузок. Стержни крестовой решетки являются для колонн постелью, препятствующей их направленной деформации из их плоскости наружу здания или сооружения. Величина УСИЛИЙ предварительногО напряжения вантов. выбирается из 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 взаимно раскреплены стержнями, являющимися по условию всегда растянутыми. При действии на здание (сооружение) симмётрйчсЮХ 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 йапрягаеМйх вантах 3 практически остаются неизменными, а восприятие нагрузок осуществляется в основном колоннами и стержнями 2. При этом является благоприятным тот факт, что при продольно-поперечном изгибе каркаса происходит выравнивание усилий в стержнях решётки вследствие относительно небольшой собственной изгиб- , ной жесткости колонн. Это исключает возможность перенапряжения отдельных стержней решетки колонн при различных возможных сочетаниях расчетных нагрузок и свидетельствует о рациональном использовании прочностных свойств элементов конструкции. Предлагаемая конструкция каркаса представляет собой предварительно напряженную самоуравновешенную стерж невую систему, в которой усилия в стержнях решетки непосредственно зависят от усилий натяжения продольных напрягаемых вантов. Коэффициент связи (влияния) этих усилий подбирается в необходимых пределах путем подбора кривизны колонн. Этим достигается оптимальное использование rfpO4костных свойств злементов каркаса. Пример конструктивного решения башенного высотного сооружения покйза1Н на фиг. 3 и 4. Здесь, с рационального распределения усилий предва рительного напряжения, применено раз деление каркаса по высоте на три сек 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 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 вантов рационально применение высоко прочной стали с их обетонированием после монтажа перекрытий и их предварительного напряжения для стержней крестовой решетки, жесткость которых на растяжение определяет в осно ном изгибную жесткость каркаса, пред почтительно применение сборного пред варительно напряженного железобетона Для каркасов сооружений типа радио и телевизионных башен рационально применение стали. Предлагаемая конструкция снижает металлоемкость, обе печивая при этом долговечность и улучшение эксплуатационных качеств, обеспечивает повышенную пожаростойкость, поскольку несущие колонны и стержни решетки могут быть вынесены на достаточно большое расстояние от помещений здания (т. е.. возможного очага пожара), и дополнительная изоляция их может отсутствовать, либо быть минимальной. Пожарная изоляция вантовых элементов, имеющих обычно компактное сечение, надежно осуществляется при незначительных расхода 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 помещений свободны от массивных конструктивных элементов. Формула изобретэния 1.Каркас высотного здания или башенного,сооружения, включающий колонны, объединенные в неизменяемую систему стержнями решетки, предварительно напряженные .ванты, Закрепленные в верхней диафрагме и в фундгьменте, и опираквдиеся на ванты перекрытия и промежуточные диафрагмы, о тличающийся тем, что, с целью повышения использования прочностных свойств материалов каркаса, колонны расположены в плане в углах выпуклого многоугольни1:а, а их продольная ось имеет полигональное или криволинейное очертание с выпуклостью наружу каркаса. 2.Каркас по п. 1, отличающийся тем, что, с целью более рационального распределения усилий предварительного напряжения по высоте здания или сооружения, он выполнен из секций, а напрягаемые ваиты секций закреплены в смежных диафрагмах . , 3. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что, с цель;ю повышения его жесткости, часть перекрытий соединена с колоннами жесткими связями. 4. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмостойкости здания или сооружения, часть перекрытий соединены с колоннами выключающимися связями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Коляков М. И. и др. Металлические каркасы гражданских зданий. Киев, Будивельник, 1976, с. 93 102, рис. 22-25. 2.Беленя Е. И. Предварительно напряженные несущие металлические коиструкции, М., Стройиздат, 1975, с. 4552, рис. 139. 3.Конструкции высотных зданий за рубежом (обзор). Зарубежный опыт строительства, М., ЦИНИС, 1973, с. 24, рис. 16.

, - - llltsa

A .,

7 (Owe. /

A ; х 1:/Х /х х/хУ;К 6 :(риг. 3

(риг. Z