Аутригеры – это внутренние боковые структурные системы, предназначенные для повышения жесткости и прочности высотных зданий при опрокидывании. Это система сопротивления боковой нагрузке, расположенная внутри здания. Вся система состоит из основной конструкции, соединенной с колоннами по периметру здания с помощью структурных элементов, называемых аутригерами. Аутригеры могут быть в виде горизонтальных балок, ферм или стен.
Смотрите видео о конструктивной системе аутригеров здесь >>
Конструктивная система аутригеров – стальные фермы аутригеров, соединенные с бетонной основной конструкцией и колоннами по периметру здания
Аутригеры относятся к категории внутренних структурных систем, которые могут эффективно работать на высоте до 150 этажей. Это одна из успешных и стабильных конфигураций, используемых в высотном строительстве. Конструктивная система Outrigger популярна в строительстве с 1980-х годов благодаря уникальному сочетанию архитектурной гибкости и конструктивной эффективности.
Ферма аутригера, соединенная с колоннами периметра
В этой статье рассматривается принцип работы и важные особенности аутригерных структурных систем.
Конструктивные системы аутригеров
Конструкция аутригера функционирует в высотном здании, связывая две системы (см. рис. 2), а именно,
Как показано на рисунке-1, основная конструкция является наиболее важным элементом высотного здания. Она представляет собой комбинацию таких узлов, как лифты, лестницы, воздуховоды и т.д. В то время как система периметра представляет собой комбинацию мегаколонн. Основная система и мегаколонны, расположенные по периметру, соединяются с помощью аутригеров. На рис. 2 показан аутригер ферменного типа, соединенный с колонной по периметру. Кроме аутригеров, конструкция сопровождается поясами ферм по периметру для обеспечения дополнительного бокового сопротивления.
Как основная, так и периметральная системы вместе с аутригером контролируют поведение всего здания. Это происходит благодаря положительному взаимодействию между ядром и периметральной системой через аутригеры.
Принцип работы аутригерных структурных систем
Высотные здания подвержены большим боковым деформациям либо из-за ветровых, либо из-за сейсмических нагрузок. Основная конструкция высотного здания подвергается консольной деформации, как показано на рисунке 3, в то время как каркасные конструкции, окружающие основную конструкцию, подвергаются деформации портального типа. Это вызывает сильное смещение и опрокидывание конструкции.
Включение аутригеров эффективно контролирует чрезмерный сдвиг из-за боковых нагрузок. Это, следовательно, позволяет предотвратить структурные и неструктурные повреждения в конструкции. Как показано ниже, аутригеры уменьшают основной момент сверху вниз под действием боковой нагрузки.
Структурное поведение здания с аутригерами под ветровой нагрузкой
Структурное действие систем аутригеров в высотных зданиях основано на паре растяжение-сжатие, возникающей в наружных колоннах, как показано на рисунке 5. Под действием боковых нагрузок конструкция без системы боковых опор подвергается опрокидыванию.
Пара растяжение-сжатие в колоннах
Конструктивное действие аутригера
На рисунках 5 и 6 показано высотное сооружение с конструктивной системой аутригеров. Здесь аутригеры действуют как жесткий рычаг, который соединяется с колонной по периметру. Она зацепляет внешние колонны и центральное ядро для безопасной передачи нагрузки. Когда конструкция с системой аутригеров подвергается боковой нагрузке, боковая сила основной конструкции передается на колонны периметра через аутригеры, а затем на землю. Таким образом, уменьшается общий опрокидывающий момент.
Эффективность работы аутригерной структурной системы зависит от:
Типы систем аутригеров
Исходя из расположения и устройства аутригеров в высоких зданиях, система аутригеров может быть классифицирована на следующие типы:
1. Традиционная система аутригеров
В традиционной системе аутригеров аутригеры непосредственно соединены с основной конструкцией, а колонны расположены на периферии конструкции.
Шанхайский всемирный финансовый центр, Китай – вид сверху, показывающий систему ядра и периметра, соединенную с помощью аутригеров
Шанхайский всемирный финансовый центр высотой 492 м, 101-этажный, спроектированный Leslie E Roberston Associates в 2008 году, является одним из известных сооружений, в котором использована традиционная система аутригеров на восьми различных уровнях здания.
Аутригерные фермы в Шанхайской башне
2. Конструктивная система со смещенными аутригерами
В этой системе аутригеры расположены в местах, отличных от плоскостей основных стен. Такое расположение сохраняет все преимущества аутригеров и, по наблюдениям, уменьшает боковой прогиб высоких зданий по сравнению с обычной системой аутригеров.
Сравнение между обычной и смещенной системой аутригеров
Для эффективной системы смещенного аутригера рычаг аутригера и перекрытие должны быть достаточно жесткими, чтобы передавать сдвиг горизонтальной плоскости в перекрытиях между аутригером и ядром. Когда здание со смещенной системой выносных опор подвергается боковым нагрузкам, силы перекрытия вызывают пару в выносной опоре. Чтобы противостоять этому, сдерживающая пара создается колоннами по периметру. Эта сдерживающая пара от колонн периметра возвращается через перекрытия к основной конструкции.
Система смещенных аутригеров была использована при строительстве башни Дубай, Доха, высотой 438 м с 90 этажами. Она представляет собой комбинацию обычной и смещенной аутригерной структурной системы.
3. Виртуальная система аутригеров
В системе виртуального аутригера опрокидывающий момент передается от основной конструкции к колоннам без прямого соединения между основной и периферийными колоннами. Это достигается с помощью диафрагм перекрытия, которые передают опрокидывающий момент от ядра к периферийным колоннам с помощью горизонтальной пары.
Другим типом виртуальной системы выносных опор являются поясные фермы. Поясные фермы строятся путем связывания периферийных колонн, как показано на рис. 1 и рис. 10.
Виртуальная система аутригера в виде поясных ферм
Особенности аутригерной структурной системы
Аутригеры связывают ядро и периметральную структурную систему, создавая уникальную конструкцию, обеспечивающую решение проблем высотного строительства. Некоторые из особенностей аутригерных структурных систем следующие:
Преимущества аутригерной конструктивной системы
К преимуществам аутригерных структурных систем относятся:
Часто задаваемые вопросы
Что такое аутригерная структурная система?
Конструктивная система аутригера – это внутренняя система сопротивления боковым нагрузкам, расположенная внутри здания. Она состоит из основной конструкции, соединенной с колоннами по периметру здания с помощью структурных элементов, называемых аутригерами. Аутригеры могут быть в виде горизонтальных балок, стен или ферм.
Что такое аутригеры и поясные фермы?
Аутригеры и поясные фермы – это две системы сопротивления боковой нагрузке, используемые в высотных зданиях. Оба они служат для повышения жесткости и прочности здания. Аутригеры соединяют основную конструкцию здания с колоннами по периметру, а поясные фермы связывают колонны по периметру вокруг основной конструкции.
Какие существуют типы аутригерных структурных систем?
Основными типами аутригерных структурных систем являются:
1. Традиционная система аутригеров
2. Смещенная система аутригеров
3. Виртуальная система аутригеров
Каковы преимущества использования аутригеров в строительстве высотных зданий?
Конструктивная система аутригеров обеспечивает следующие преимущества для строительной конструкции:
1. Уменьшение опрокидывающего момента
2. Уменьшение бокового смещения
3. Безопасное снижение и передача сил основной конструкции на фундамент
Всемирный торговый центр: Причины разрушения здания после атаки 9/11
Венеция: Детали фундамента самого большого плавучего города в мире
Гора Рашмор: Высечение духа Америки
Читайте далее:- Высотные сооружения.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Проектирование кровельных ферм.
- Типы структурных систем высотных зданий.
- Пожарная безопасность и особенности безопасности высотных зданий и сооружений.
- Анализ фермы с примерами.
- Четыре поколения строительства высотных зданий.