Новое конструктивное решение высотного здания

В мировой практике строительства идет поиск новых эффективных конструктивных решений сооружения высотных зданий. В январе 2012 года в Китае был сооружен 30 этажный пятизвездочный отель за 15 суток со всей отделкой и начинкой. Конструктивное решение несущего стального каркаса здания обеспечило возможность заводского изготовления междуэтажных перекрытий в виде двухслойной решетчатой структурной плиты с отделкой пола и потолка, а также заполнением свободного пространства между стержнями решетки плиты электрическими кабелями, воздуховодами и другими проводками. Колонны здания выполнены из труб квадратного поперечного сечения. Для обеспечения продольной устойчивости здания между колоннами и плитами междуэтажных перекрытий в каждом проеме установлены четыре наклонные связи в виде подкосов двутаврового поперечного сечения. Монтажные соединения колонн фланцевые. Все монтажные соединения элементов каркаса здания болтовые. В результате поиска, автором статьи разработано новое конструктивное решение, у которого каркас здания в отличие от китайского варианта состоит из трубчатых колонн круглого поперечного сечения, монтажные соединения которых происходят посредством “Модуля быстрозамыкаемого монтажного соединения конструкций”. Наклонные подкосы между колоннами и плитами междуэтажных перекрытий выполнены из антисейсмических демпфирующих связей, способных поглощать кинетическую энергию. Междуэтажные перекрытия , как и в китайском варианте, выполняются в виде решетчатой структурой плиты.

В мировой практике строительства идет поиск новых эффективных конструктивных решений сооружения высотных зданий.

В январе 2012 года в Китае был сооружен 30 этажный пятизвездочный отель за 15 суток (360 часов) со всей отделкой и начинкой (Рис.1). Конструктивное решение несущего стального каркаса здания обеспечило возможность заводского изготовления междуэтажных перекрытий в виде двухслойной решетчатой структурной плиты с отделкой пола и потолка, а также заполнением свободного пространства между стержнями решетки плиты электрическими кабелями, воздуховодами и другими проводками. Колонны здания выполнены из труб квадратного поперечного сечения. Для обеспечения продольной устойчивости здания между колоннами и плитами междуэтажных перекрытий в каждом проеме установлены четыре наклонные связи в виде подкосов двутаврового поперечного сечения по два сверху и снизу. Монтажные соединения колонн фланцевые (16 болтов). Все монтажные соединения элементов каркаса здания болтовые.

В результате поиска, автором статьи разработано новое конструктивное решение, у которого каркас здания в отличие от китайского варианта состоит из трубчатых колонн круглого поперечного сечения, монтажные соединения которых происходят посредством “Модуля быстрозамыкаемого монтажного соединения конструкций” (МБМСК). Наклонные подкосы между колоннами и плитами междуэтажных перекрытий выполнены из антисейсмических демпфирующих связей, способных поглощать кинетическую энергию. Междуэтажные перекрытия, как и в китайском варианте, выполняются в виде решетчатой структурной плиты (рис. 2 и 3).

МБМСК (рис. 3) состоит из соединительного стержня, приваренного к торцу нижней трубы, замыкающей части, приваренной к торцу верхней трубы и клиновидных подвижных упоров, взаимодействующих одновременно с нижней и верхней трубой модуля. Вверху замыкающей части модуля предусмотрены отверстия для прохода монтажного винта крепления клиновидных подвижных упоров. При установке упоров в верхнем положении и фиксации их в пазах монтажными винтами, обеспечивается беспрепятственный проход пояса утолщения соединительного стержня мимо подвижных упоров [1].

Монтажное соединение частей модуля происходит путем опускания верхней замыкающей части на острие соединительного стержня нижней части, при этом возможно некоторое несовпадение осей. Скольжением кромки центрального отверстия замыкающей части по верхней конической поверхности соединительного

Доклады независимых авторов 2017 выпуск 39 стержня обеспечивается соосность частей модуля. После этого монтажники убирают легкие монтажные винты. Освободившиеся подвижные упоры под действием силы тяжести, опускаются, скользя по наклонным пазам, и расклиниваются между пазами замыкающей части и конусными поверхностями соединительного стержня.

Узел соединения элементов каркаса здания состоит из трубчатого узлового элемента, к верхнему и нижнему торцам которого приварены элементы модуля. Вдоль трубы узлового элемента установлены фланцы из листовой стали, к которым болтами крепятся окаймляющие фермы смежных структурных плит междуэтажного перекрытия. Такое конструктивное решение позволяет плиты междуэтажного перекрытия предварительно соединенные с узловыми элементами, устанавливать на колонны (рис. 3).

Для обеспечения поперечной устойчивости и защиты здания от сейсмических воздействий разработаны антисейсмические демпфирующие связи (рис. 3). Эти связи в виде подкосов устанавливаются между колоннами и плитами междуэтажных перекрытий в каждом проеме по два сверху и снизу. Демпфирующая связь состоит из двух трубчатых ветвей прямоугольного поперечного сечения расположенных параллельно с определенным зазором, шарнирно соединенных поперечными листовыми пластинами через круглые листовые шайбы с центральным резьбовым отверстием для болта. Между планкой и шайбой находятся фрикционные прокладки. Такое конструктивное решение способствует плавному переходу силового потока от ветви к шарниру без концентрации напряжения. От знакопеременных усилий, воздействующих на связь, происходит взаимное продольное смещение ее ветвей. При этом пластины поворачиваются в одну и противоположную сторону. При сухом трении соприкасающихся поверхностей ветвей связи с пластинами происходит демпфирование, то есть превращение кинетической энергии в тепловую энергию. Натяжение между трущимися частями регулируются высокопрочными болтами. Продольная устойчивость связи при сжатии обеспечивается совместной жесткостью двух ветвей связи [2].

Выводы

• 1.    МБМСК – обеспечивает восприятие действующих нагрузок в соединяемых элементах конструкций.

• 2.    МБМСК – обеспечивает самонаводящееся монтажное соединение конструкций точной наводки.

• 3.    МБМСК – состоит из минимального количества деталей при полном отсутствии сварки.

• 4.    Временное закрепление клиновидных подвижных упоров в МБМСК необходимо при перевозке конструкций, а также для свободного прохождения соединительного стержня в замыкаемую часть модуля.

• 5.    Применение антисейсмических демпфирующих связей способствует обеспечению устойчивости здания, за счет рассредоточения и поглощения энергии, а также снижению амплитуды колебания и усилий в элементах здания, что в свою очередь снижает металлоемкость.

• 6.    Новая технология изготовления и монтажа позволяет выполнить скоростной монтаж в сжатые сроки с минимальными трудозатратами, что снижает стоимость возведения высотных зданий.