Структурные системы для строительства многоэтажных зданий

Существуют различные типы структурных систем, которые используются при строительстве многоэтажных зданий. Эти системы для многоэтажных зданий могут обеспечить устойчивость к силам землетрясения.
Детали этих структурных систем обсуждаются в следующих разделах.

Рамы с сопротивлением моменту
Системы сдвиговых стен
Каркасно-стеновые или двойные системы
Плоские перекрытия в сочетании со сдвижными стенами и рамами
Трубчатые системы
Системы с мега-ядрами

1. Рамы с сопротивлением моменту

Как видно из рисунка 1, рама сопротивления моменту состоит из плоских рам, расположенных в двух направлениях перпендикулярно друг другу.
Такая система обладает высокой избыточностью, достаточной жесткостью на кручение, регулярностью и структурной способностью выдерживать горизонтальные силы в любом направлении, в котором они могут действовать.

Рамы с сопротивлением моменту

Другой особенностью этой системы является то, что секции колонн и балок должны быть увеличены, так как изгибающие моменты, поперечные силы и осевые силы будут больше на нижних этажах.
Кроме того, утверждается, что данная система подходит для 20 этажей, а стыки между колоннами и балками должны быть проработаны должным образом, поскольку они станут слабым местом конструкции во время землетрясения.
Наконец, если не будет обеспечена требуемая детализация соединений, то возникнет мягкий этаж, что нежелательно. Поэтому не следует использовать систему сопротивления моменту, если невозможно выполнить надлежащую детализацию, особенно в местах соединения.

2. Системы стен со сдвигом

В связи с тем, что при использовании стен и колонн в зданиях с сопротивлением моменту стена принимает на себя большую часть сдвига, поэтому она называется системой стен сдвига.
Стенка сдвига – это еще один тип структурных систем, используемых при строительстве многоэтажных зданий. При одинаковом поперечном сечении он обеспечивает более высокую жесткость по сравнению с колоннами. В результате боковой прогиб конструкции значительно меньше по сравнению с тем, который возникает при использовании колонн.
Кроме того, доказано, что способность сдвиговых стен выдерживать изгибающие моменты лучше, чем у колонн. Система сдвиговых стен подходит для зданий в 20 этажей и показала вполне удовлетворительное поведение во время землетрясений. Однако следует знать, что она имеет меньшую избыточность по сравнению с каркасными зданиями.

Здания с системами стен сдвига

3. Каркасно-стеновые или двойные системы

Системы двойных стен представляют собой комбинацию сдвиговых стен с каркасными системами. Она не только предлагает преимущества обеих систем вместе, но и устраняет их недостатки.
Как правило, каркасы устанавливаются по периметру здания, а сдвижные стены – в центре конструкции вокруг лестниц или лифтов.
Кроме того, необходимо разместить сдвигающую стену по периметру конструкции, когда стена, размещенная в середине конструкции, не совпадает с центром масс конструкции.
Более того, когда рамы в центре конструкции соединены с колоннами по периметру, не только увеличивается гравитационная несущая способность перекрытий, но и увеличивается жесткость системы, и, следовательно, значительно уменьшается смещение конструкции при землетрясениях.
Высота конструкций, в которых используется эта система, может достигать 50 этажей.
Наконец, такая система имеет две линии защиты от землетрясений: первая – образование пластических шарниров в основании стены, а вторая – рамы сопротивления моменту, которые играют свою роль после образования пластических шарниров.

Система двойных стен в многоэтажной конструкции

4. Плоские перекрытия в сочетании со сдвиговыми стенами и рамами

Она состоит из двухсторонних плоских плит, опирающихся на колонны, сдвиговых стен по периметру или в ядре здания, и рамы сопротивления моменту по периметру конструкции. Такая система подходит для 10-этажных конструкций.
Следует знать, что соединение плоских плит с колоннами имеет низкую пластичность, поэтому плоские плиты и колонны подходят только для гравитационных нагрузок. Таким образом, каркас из плоских плит и колонн должен использоваться в качестве вторичного структурного элемента.
Наконец, эта структурная система каркаса проста и экономически эффективна и обеспечивает свободную высоту этажа.

Плоская плита в сочетании со сдвиговыми стенами и рамами

5. Трубчатые системы

Это развитая версия рам сопротивления моменту, которые описываются как трехмерные жесткие рамы, способные выдерживать боковые нагрузки, возникающие при землетрясениях. Или это прочная консоль, расположенная перпендикулярно земле.
Конструктивная жесткость системы труб может быть улучшена за счет уменьшения расстояния между периметральными колоннами, увеличения глубины распорных балок и объединения более чем одной трубы.

6. Системы мега-ядер

Система Mega core состоит из железобетонных или композитных сдвиговых стен с большим поперечным сечением, чем обычные сдвиговые стены, протянутые непрерывно по всей высоте конструкции.
Конструктивная система Mega core способна выдерживать как боковые нагрузки от землетрясений и ветра, так и вертикальные нагрузки и подходит для сооружения в 50 этажей.

Строение Shenton way в Сингапуре, использована структурная система mega core.

Читайте далее: