Основы проектирования стальных каркасов высотных зданий и сооружений

Высотными считаются здания высотой 20 этажей и более. Каркас таких зданий может быть стальным с жесткими сварными узлами в продольном и поперечном направлении; связевой системы с металлическими колоннами, горизонтальными и раскосными связями и железобетонным ядром жестокости; комбинированным — стальные и железобетонные колонны с монолитными или сборными стенками жесткости.

Конструктивные системы каркасов зданий зданий и материалы для устройства несущих конструкций надземных частей высотных зданий выбираются на основании:
- требований технического задания на проектирование;
- укрупненных технико-экономических показателей вариантов строительства;
- объемно-планировочных решений зданий;
- анализа работы конструктивных систем на восприятие расчетных нагрузок, а также особых воздействий при возникновении чрезвычайных ситуаций;
- требований по противопожарной защите;
- требований комплексной безопасности, включая антитеррористическую защищенность и устойчивость зданий к прогрессирующему обрушению.
В качестве несущей основы задний первоначально конструктора зданий отдавали предпочтение стальным каркасам благодаря высокой его прочности. В последнее же время всё больнее применение находят железобетонные каркасы.
Стальной каркас рамной конструкции формируется из сварных колонн высотой в несколько этажей и жестко связанных с ними стальных ригелей двутаврового сечения с нижней уширенной полкой, на которую укладываются плиты перекрытия. При связевой схеме кроме стальных колонн и связей используются железобетонные диафрагмы жестокости. При комбинированном каркасе используются колонны в виде металлических сердечников из стандартных профилей, заключенных в железобетонную обойму, и сборные железобетонные ригели. Колонны верхних этажей могут быть сборными железобетонными. Для зашиты от огня и в целях повышения срока службы стальные колонны обетонировываются или оштукатуриваются по сетке. Торцы стальных колонн (или сердечников) обрабатываются фрезерованием. После выверки и закрепления болтами они обвариваются по контуру.
Стыки железобетонных колонн выполняются преимущественно в виде выпусков рабочей арматуры, свариваемых встык ванной сваркой на высоте 0,8... 1,2 м от уровня перекрытия. Для обеспечения устойчивости каркаса в период возведения стыки следует немедленно обетонировывать.
Междуэтажные перекрытия могут быть сборными железобетонными из многопустотных или беспустотных ТТ-образных плит, а также сборно-монолитными.
Ядро жесткости обычно выполняется в монолитном варианте.
Для обеспечения устойчивости каркаса и включения в работу в период монтажа всего диска междуэтажного перекрытия узлы сопряжения перекрытия с колоннами, ригелями и ядром жесткости, а также швы между плитами замоноличивают сразу после окончания крановой сборки этажа.
При проектировании каркасов следует учитывать, что предельные горизонтальные перемещения верха высотных зданий с учетом крена фундаментов при расчете по недеформированной схеме в зависимости от h (где h – расстояние от верха фундамента до верха несущих конструкций покрытия) не должны превышать:
до 150 м (включительно) - 1/500;
при h = 200 м - 1/600,
при высотах от 150 до 200 м значения предельных горизонтальных перемещений следует определять по интерполяции.
Жесткость каркасов зданий в условиях нормальной эксплуатации следует назначать из условий обеспечения нормальной работы инженерного и технологического оборудования зданий, а также комфортных условий пребывания людей по критерию ускорений колебаний.
Для обеспечения комфортного пребывания людей в высотных зданиях ускорение колебаний перекрытий пяти верхних этажей при действии ветровой нагрузки не должно превышать 0,08 м/с².
При проектировании каркаса зданий, их частей и отдельных элементов следует предусматривать материалы, обеспечивающие при проектных воздействиях упруго-пластическую работу бетона и упругую работу стали, а при особых воздействиях – развитие пластических деформаций в пределах, обеспечивающих локализацию возможных разрушений и общую устойчивость зданий