Стальний рамний каркас багатоповерхової будівлі

Винахід належить до галузі будівництва, а саме - до стальних будівельних конструкцій, і може бути використаний для зведення багатоповерхових будівель та споруд різного призначення із застосуванням сталевих каркасів. Широко відомі опорні просторові системи багатоповерхових будинків у вигляді сталевого каркасу одного з двох протилежних типів [1, 2]. До першого типу відноситься сталевий каркас із традиційним послідовним спиранням кожного наступного поверху на попередній, а до другого, навпаки, - послідовне підвішування кожного попереднього поверху до наступного. Основним недоліком цих систем є те, що їх впровадження призводить як до невиправдано великих витрат сталі, так і до різкого збільшення собівартості будівництва. Так, у більш розповсюджених системах першого типу [1] сталеві опорні колони проміжних поверхів працюють на стиснення в важких умовах можливої втрати стійкості, що вимагає великого запасу жорсткості та винаходу додаткових конструктивних рішень. Для систем другого типу [2], що включають, окрім зовнішніх опорних колон, ригелів і вузлів рами, ще й вертикальні підвіски, закріпленні кінцями в перекриттях суміжних поверхів, характерні надзвичайно великі розтягуючі напруги та зусилля (наприклад, зусилля в підвісці верхнього поверху п'ятиповерхового будинку становить близько 100 тон.). В обох випадках вказані негативні явища в кінцевому результаті незмінне призводять як до підвищеної витрати сталі, так і до значного збільшення собівартості будівництва багатоповерхової будівлі або споруди. Найбільш близьким до пропонованого є стальний рамний каркас [3] багатоповерхового будинку, що включає, окрім зовнішніх опорних колон, ригелів і вузлів рами, вертикальних підвісок поверхів, перекриттів поверхів, легких опорних стояків першого зверху поверху, ще й діагональні тяжі, що закріплені верхніми кінцями в вузлах нижнього поясу рами, а нижніми кінцями — в перекритті друго го зверху поверху з можливістю горизонтального зміцнення. Одним з найголовніших недоліків цієї системи є те, що локальне закріплення верхніх кінців діагональних тяжів в вузлах нижнього поясу рами незмінне призводить до надзвичайної концентрації напруг в місці спирання ригелю рами на зовнішні опорні колони, що є підставою до виникнення великого згинаючого моменту, та загальної дестабілізації конструкції. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення сталевого рамного каркасу багатоповерхового будинку, в якому за рахунок особливостей виконання елементів сталевих опорних систем поверхів забезпечується можливість виконання діагональних тяжів стального рамного каркасу багатоповерхового будинку у вигляді цілісної ванти з відтворенням єдиної напівзамкнутої системи, яка спирається на верхній контур нижнього поясу ригелю рами, що призводить як до усунення точок локальної концентрації напруг в місці спирання ригелю рами на зовнішні опорні колони, так і до їх перерозподілу уздовж всього умовного перерізу ригелю рами, за рахунок чого значно зменшуються витрати сталі, а також собівартість будівництва багатоповерхового будинку. Означена задача вирішується тим, що в сталевому рамному каркасі багатоповерхової будівлі, який включає зовнішні опорні колони, вузли і ригелі рами, сталеві опорні системи поверхів у ви гляді легких опорних стояків першого зверху поверху та вертикальних підвісок поверхів, закріплених кінцями на перекриттях, а також опорну систему другого зверху поверху у вигляді діагональних тяжів, закріплених нижніми кінцями в перекритті другого зверху поверху, згідно з винаходом, діагональні тяжі виконані у вигляді цілісної ванти з відтворенням єдиної напівзамкнутої системи, обпертої і закріпленої на верхньому контурі нижнього поясу ригелю рами, причому, фіксуюче закріплення цілісної ванти виконано або локально в центральному вузлі, або додатково чи тільки в крайніх вузлах нижнього поясу ригелю рами, або у всі х вузлах нижнього поясу ригелю рами, розташованих відповідно до кроку рамних стояків уздовж його верхнього контур у, або носить лінійний характер і виконано в середній частині нижнього поясу ригелю рами між двома середніми стояками, симетричними відносно вертикальної центральної осі, або — лінійно уздовж всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. показаний сталевий рамний каркас багатоповерхової будівлі, в якому діагональні тяжі (в рамках одного перерізу) виконані у вигляді цілісної ванти, що відтворює єдину напівзамкнуту систему і спирається на верхній контур нижнього поясу ригелю рами, а фіксуюче закріплення такої ванти призводиться в центральному вузлі нижнього поясу ригелю рами і носить локальний характер, причому, окрім вище вказаного, можливі інші варіанти виконання фіксуючого закріплення цілісної ванти в залежності від розрахункової схеми навантаження та характеру розподілу зусиль в елементах конструкцій стального рамного каркасу тощо. До найбільш ймовірних варіантів відносяться узагальнені випадки, коли фіксуюче закріплення виконано або тільки локально уздовж всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами, або — тільки лінійно уздовж частини чи всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами, причому, локальний та лінійний варіанти фіксуючого закріплення варіюються комбінаторним перебором як окремих вузлів, так і розташованих між ними ділянок нижнього поясу ригелю рами відповідно до кроку рамних стояків. Сталевий рамний каркас багатоповерхового будинку має зовнішні опорні колони 1, ригель 2 рами, діагональні тяжі 4, виконані у вигляді цілісної ванти 3-4 з відтворенням єдиної напівзамкнутої системи (6-6-4-3-3-4-6-6), яка спирається на верхній контур нижнього поясу ригелю рами з різними варіантами фіксуючого закріплення від локального точеного в середній частині нижнього поясу ригелю рами до лінійного уздовж всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами, легкі опорні стояки 5 першого зверху поверху та вертикальні підвіски 6 поверхів, закріпленні кінцями на перекриттях 7. Виконання опорної системи другого зверху поверху у вигляді діагональних тяжів, виконаних у вигляді цілісної ванти, що спирається уздовж всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами і закріплюється нижніми кінцями в перекритті другого зверху поверху з можливістю горизонтального зміцнення, дає підставу не тільки для застосування різних варіантів фіксуючого закріплення цілісної ванти від локального точеного в середній частині нижнього поясу ригелю рами до лінійного уздовж всього верхнього контур у нижнього поясу ригелю рами в залежності від розрахункової схеми навантаження, характеру розподілу зусиль в елементах конструкцій стального рамного каркасу тощо, але й для включення в загальну роботу конструкції всього верхнього контур у нижнього поясу ригелю рами з забезпеченням рівномірного розподілу напружень в вузлах конструкції рамного каркасу та рівномірної передачи загального навантаження через вказану напівзамкнуту систему від всі х поверхів будівлі як на конструкцію ригелю рами, так і на зовнішні опорні колони. Як видно з креслення, пропонований сталевий рамний каркас багатоповерхового будинку, що має зовнішні опорні колони 1, ригель 2 рами, діагональні тяжі 4, виконані у вигляді цілісної ванти 3-4, що відтворює єдин у напівзамкнуту систему (6-6-4-3-3-4-6-6), яка спирається на верхній контур нижнього поясу ригелю рами з можливістю застосування різних варіантів фіксуючого закріплення від локального точеного в середній частині нижнього поясу ригелю рами до лінійного уздовж всього верхнього контуру нижнього поясу ригелю рами, легкі опорні стояки 5 першого зверху поверху та вертикальні підвіски 6 поверхів, закріпленні кінцями на перекриттях 7, працює таким чином, що одночасно включаються в роботу всі елементи відтвореної напівзамкнутої системи з одночасним рівномірним перерозподілом точок концентрації напруг уздовж всього умовного перерізу нижнього поясу ригелю рами, що призводить до стабілізуючого ефекту як, зокрема, ригелю рами, так і, в загалі, всієї каркасної конструкції. При цьому, завдяки планувальній гнучкості відтвореної напівзамкнутої системи, значно розширюються можливості впровадження різноманітних сучасних варіантів архітектурних та архітектурноконструктивних рішень внутрішнього простору багатоповерхових будинків та споруд із застосуванням стального рамного каркасу. Таким чином, використання запропонованого винаходу дозволяє вирішити задачу загальної стабілізації конструкції з включенням в одночасну роботу всі х елементів відтвореної напівзамкнутої системи з одночасним рівномірним перерозподілом точок концентрації напруг уздовж всього умовного перерізу нижнього поясу ригелю рами, забезпечити рівномірність розподілу напружень в вузлах конструкції та рівномірну передачу загального навантаження через напівзамкнуту систему від всіх поверхів будівлі як на конструкцію ригелю рами, так і на зовнішні опорні колони, а також сприяє розширенню кількості можливих сучасних варіантів архітектурних та архітектурно-конструктивних рішень внутрішнього простору багатоповерхових будинків та споруд, що відтворюються на основі застосування стального рамного каркасу. Джерела інформації: 1. Жербін М.М. Применение стальных конструкций при надстройке существующи х зданий до любого количества этажей. - Київ: Вид-во Київського держуніверситету, 1996р. 2. Жербін М., Владимирський В. Металлические конструкции. - Київ: Ви ща школа, 1984. - С.142, 143, 152. 3. Деклараційний патент на винахід України №32745 А, МПК6 Е04В1/18, 2001, заявл.24.04.2000, опубл. 15.05.2001, Бюл. №4, 2001р.