с ростом этажности неизбежное усложнение конструкции рамных узлов для восприятия возрастающих горизонтальных нагрузок диктует переход к связевому каркасу со сквозными раскосными стальными вертикальными диафрагмами жесткости или со сплошными железобетонными стенами – диафрагмами жесткости. К наиболее поздним примерам применения торцевых сквозных диафрагм жесткости в каркасных зданиях относятся Олимпийская гостиница в Барселоне (арх. Ф. Герц, 1992 г.), здания офиса в Токио (арх. Н. Фостер, 1991 г.), офис фирмы Sony в Берлине (арх. Х. Ян, 2000 г.).
2. Стеновая (диафрагмовая) система на протяжении столетий была основной для зданий любого назначения, в высотном строительстве применяется редко и преимущественно для жилых зданий и гостиниц. Самое высокое из построенных зданий стеновой системы — 47-этажный жилой дом «Конкордия Хаус» в Кёльне имеет поперечно-стеновую конструктивную систему (шаг стен 4,5 м) и выполнено с монолитными железобетонными несущими внутренними стенами и перекрытиями. Малый объем использования стеновой системы и ориентация на применение ее только в жилище можно объяснить тривиальным восприятием системы в поперечно-стеновом варианте с сопутствующими ему ограничениями свободы планировки.
3.Оболочковая конструктивная система отличается максимальной жесткостью среди рассмотренных в связи с тем, что несущие конструкции расположены по внешнему контуру. Поэтому она наиболее часто применяется в проектировании самых высоких зданий – 200 м и выше.
В основной оболочковой системе сопутствуют две комбинированных – оболочково-ствольная («труба в трубе») и оболочково-диафрагмовая («ядро в трубе»).
Как в основной-оболочковой, так и в комбинированной – оболочково-ствольной, в центре плана располагают ствол с размещенными в его пространстве лифтовыми шахтами и холлами.
Различие между вариантами заключается в предусмотренном проектом распределении горизонтальной нагрузки: только на оболочку (при этом ствол работает только на вертикальные нагрузки от перекрытий) либо на оболочку и ствол. В последнем варианте несколько утяжеляются конструкции перекрытий в связи с их включением в работу на горизонтальные воздействия. Тем не менее большинство высотных зданий оболочкового типа построено на оболочково-ствольной системе, хотя отдельные выдающиеся объекты (например, 110-этажные башни-близнецы WTC в Нью-Йорке и 100-этажное здание Хинкок-билдинг в Чикаго) имели (имеют) основную оболочковую конструктивную систему.
Индивидуальной специфической задачей проектирования оболочковых зданий стало решение конструкции несущей наружной оболочки, совмещающей несущие и ограждающие функции.
В течение последних десятилетий прошли внедрение целый ряд конструкций:
- пространственная безраскосная многоэтажная и многопролетная решетка с частым шагом колонн и поэтажными ригелями-перемычками;
- пространственная решетчатая макроферма крупного модуля, раскосы которой охватывают 10 – 15 этажей, с редким шагом колонн;
- пространственная безраскосная решетка, жесткость которой повышает глухое заполнение диагонально расположенных проемов;
- решетки из диагональных стержней;
- решетки из диагональных и горизонтальных стержней;
- решетки из ортогональных и диагональных стержней.
При дальнейшем возрастании высоты здания жесткость рассмотренных конструкций оболочек может быть недостаточной. С этой целью в нереализованных до настоящего времени проектах предложено устройство оболочек из перекрестно-стержневых структур с такой же конструкцией горизонтальных аутригеров-ростверков.
Конструкцию оболочки выполняют как из стальных элементов, так и из железобетона. Железобетонные оболочки выполняют монолитными или сборными, но чаще всего из конструктивного легкого бетона, совмещая несущие и теплоизолирующие функции стены. В последние годы оболочки в Европе выполняют преимущественно монолитными из тяжелого бетона (перфорированная стена) с последующим утеплением и внешней облицовкой.
Для элементов стальных оболочек чаще всего применяют прокатные или сварные элементы закрытого прямоугольного сечения также с последующим утеплением и облицовкой.
4.Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания, воспринимающей нагрузки и воздействия, содержит вертикальный пространственный стержень – ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания. Поскольку ствол чаще всего располагают в геометрическом центре плана, возник и распространенный термин «ядро жесткости».
Ствольная система органично вошла в практику высотного строительства, так как удачно сочеталась с планировочной схемой здания.
Здесь совместилось расположение стен центрального узла вертикальных коммуникаций (лифтовых шахт и холлов) и ствола жесткости. Наилучшие условия для пространственной работы конструкций ствольных зданий обеспечивает строго центральное расположение ствола в плане и геометрическое подобие форм планов здания и ствола при площади «ядра жесткости» около 20% площади плана здания.
Наибольшее распространение в строительстве зданий различного назначения (офисы, гостиницы, жилище) высотой до 60 этажей получила комбинированная каркасно-ствольная система, преимущественно с расположением каркаса только по наружному контуру здания. Совместность горизонтальных перемещений каркаса и ствола обеспечивают горизонтальные аутригеры-ростверки, расположенные через 18–20 этажей.
Несущие конструкции ствольных зданий преимущественно железобетонные. Сечение стен монолитного ствола в зависимости от этажности меняется от 40–100 см, в нижних этажах до 20–30 см в верхних.
В редких случаях ствол представляет собой стоечно-балочную стальную обетонированную решетчатую клетку.
Вебинар ‘Конструктивные схемы стальных каркасов многоэтажных зданий’
