Каркас высотного здания или башенного сооружения

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. саид-ву22) Заявлено 060978 (21) 2660632/29-33 с присоединением заявки Йо(51)М. Кл. Е 04 В 1/24 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий,(53) УДК 721. 011. .27:721.011. .28(088,8) Дата опубликования описания 300980(72) Автор изобретения В. Г. Корнилов Киевский зональный научно-исследовательскийи проектный институт типового и экспериментальногопроектирования жилых и общественных зданий(54) КАРКАС ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ ИЛИ БАШЕННОГО СООРУЖЕНИЯ 1Изобретение относится к строительству каркасных гражданских ипроизводственных зданий, преимущественно многоэтажных, высотных ибашенных каркасных сооружений типа 5радио и телевизионных башен, и представляет собой конструктивное решение несущего каркаса здания или сооружения.Известны конструктивные решения 10каркасных конструкций зданий, в которых вантовые предварительно напряженные элементы крепятся к верхнейтраверсе, устанавливаемой на жесткое внутреннее ядро, и закрепляются 15в Фундаменте 11,Известны также конструктивныерешения башенных сооружений, в которых квантовые элементы применяются вкачестве продольных элементов, повышающих изгибную жесткость сооружения,а также в виде стержней предварительно напряженной крестовой решетки,способной воспринимать сжимающиеусилия 21. 25Общим недостатком известных конструкций вантовых каркасов зданий является то, что несущее ядро имеет слабую статико-геометрическую связь ссистемой вантовых элементов. Эта 30 2связь 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 свойства 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 31.недостаткомданной конструктивнойсхемы является то, что она не допускает возможности создания начальныхвнутренних усилий в основных несущихэлементах каркаса. Чтобы это сталовозйожныи, потребовалось бы дополнитькрестовую решетку сжатыми распорками,что сразу снижает эффективность исполь-.,зования прочностных свойств материа ла конструкции. Отсюда следует, чтовоэможности дальнейшего существенногосовершенствования такой схемы ограничены. В частности, ограничена возможность применения высокопрочных материалов для колонн и крестовой решетки,так как значительное повышение на:пряжений приведет к соответствующему 15увеличению деформативностй сооружения.Цель решения - повышение использования прочностных свойств материаловкаркаса.Указанная цель достигается тем, 20что в каркасе высотного здания илибашенного сооружения, включающемколонны, объединенные в неизменяемую- систему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закрейленные 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 криво-Злинейное очертание с выпуклостьюнаружу каркаса, причем часть перекрытия соединена с колоннами жесткими или выключающимися связями,Кроме того, возможно выполнениекаркаса из секций, причем напрягаемыеванты закреплены в смежных диафрагмах,Колонны между собой соединены стержнямикрестовой решетки. Вследствие 40искривленности колонн при предварительном напряжении вантовых элементов в стержнях решетки возникают растягивающие усилия, обеспечивающиенеизменяемость каркаса, в которомотсутствуют внецентренно сжатые элементы. Это обеспечивает меньший удель- .ный расход материалов на каркас по"сравнению с известными конструкциями; -50На фиг. 1 показана конструкциякаркаса высотного здания, на фиг. 2 разрез Л-А на фиг,1; на Фиг.3-каркас:башенного сооружения, компоновка изтрех 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 выключающихся связей 5, траверсы .6 ифундамента 7.олонны каркаса в плане расположены в углах выпуклого многоугольника. По высоте колонны имеют полиго- ( 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 б 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 йерекытий, 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, порядкавысоты 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 благоприятным 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 предварительнонапряженную самоуравновешенную стержневую систему, в которой усилия в стержнях решетки непосредственно зависят от усилий натяжения продольных напрягаемых вантов. КоэФФициент связи (влияния) этих усилий подбирает 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 ции по типу приведенного каркаса на фиг. 1 и 2. Это дает возможность подобрать сечения элементов каркаса и величины предварительного напряжения в зависимости от действующихусилий; 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 высоко- прочной стали с их обетонированием после монтажа перекрытий и их предварительного напряжения для.стержней крестовой решетки, жесткость кото рых на растяжение определяет в основном изгибную жесткость каркаса, предпочтительно применение сборного предварительно напряженного железобетона. для каркасов сооружений типа радио З 5 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 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),1Кроме того, предложенный каркасздания или сооружения имеет разно-образные архитектурно-планировочныерешения, так как эксплуатируемые площади помецений свободны от массивных конструктивных элементов.формула изобретения1. Каркас высотного здания илибашенного сооружения, включающийколонны, объединенные в неизменяемуЮсистему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закрепленные в верхней диафрагме и в Фундаменте, и опираюциеся на ванты перекрытия и промежуточные диаФрагмы, о т"л и ч а ю ц и й с я тем, что, сцелью повышения использования прочностных свойств материалов каркаса,колонны расположены в .плане в Углахвыпуклого многоугольника, а их продольная ось имеет полигональное иликриволинейное очертание с выпуклостьюнаружу каркаса.2. Каркас по п, 1, о т ли ч а ющ и й с я тем, что, с целью болеерационального распределения усилийпредварительного напряжения по высоте здания или сооружения, он выполнен из секций, а напрягаемые ванты секций закреплены в смежных диа"Фрагмах,3. Каркас по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения его жесткости, часть перекрытий соединена с колоннами жесткимисвязями.4. Каркас. по п. 1, о т л и ч а юц и й с я тем, что, с целью повышения сейсмостойкости здания илисооружения, часть перекрытий соединены с колоннами выключаюцимися связями.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Коляков М. И. и др, Металлические каркасы гражданских зданий.Киев, "Будивельник", 1976, с. 93102, рис. 22-25.2. Беленя Е. И. Предварительнонапряженные несуцие металлические конструкции, М., Стройиздат, 1975, с. 4552, рис. 139.3. Конструкции высотных зданий зарубежом (обзор). Зарубежный опытстроительства, М., ЦИНИС, 1973, с. 24,рис. 16.