Передача вертикальных нагрузок

Современные конструкции, особенно из стали, дают возможность осуществить любую проектную идею. Границы этих возможностей определяются экономическими соображениями. Нагрузки от несущего перекрытия передаются на грунт вертикальными элементами — колоннами. Расстояния между опорами соответствуют пролетам горизонтальной несущей системы. Конструкция перекрытия может быть оперта на колонну или консольно выступать за нее.

Если опоры расположенных друг над другом плоскостей перекрытий лежат точно по одной вертикали, то появляются вертикальные линии колонн. Отклоненные от вертикали колонны возможны, однако в этом случае они нуждаются в горизонтальной опоре.

Сжатая колонна передает нагрузку непосредственно на грунт. Если опоры не стоят друг под другом, то для передачи нагрузки на колонны служит дополнительная горизонтальная несущая система. Растянутые колонны присоединяются к горизонтальной несущей системе. Горизонтальные балки могут воспринимать нагрузку одного этажа, группы этажей или всех этажей здания. Отсюда получаются следующие основные формы:

1 и 2. Колонны идут сквозь все этажи друг над другом. Нагрузка на грунт передается кратчайшим путем. Этажи имеют одинаковые (1) или разные (2) планы. Сооружения состоят из прямоугольных или цилиндрических блоков.

3. Наружная стена может отступать от общей плоскости фасада в некоторых этажах (3.1), а в других этажах может вообще отсутствовать (3.2); несущая же конструкция имеет такую же форму передачи усилий, как на рис. 1. Если наружные колонны в первом этаже расположены за наружной стеной, то их усилия должны быть переданы через горизонтальную несущую систему (3.3).

4. Частое расположение наружных колонн в верхних этажах и редкое в первом этаже требует устройства мощных распределяющих балок (4.1). Если распределяющие балки лежат наверху, то второстепенные колонны испытывают растягивающие усилия (4.2).

5. Нагрузки передаются только через внутреннюю вертикальную несущую систему (ядро жесткости из стальных колонн или железобетонных стен). Первый этаж в этом случае свободен от колонн. Нагрузка от этажей передается на ядра жесткости следующим образом:

• 5.1 поэтажно по выступающим из каждого перекрытия консольным балкам;
• 5.2 через подвески к консольной балке над верхним этажом на ядро жесткости (висячие дома);
• 5.3 через жесткие консольные балки в середине высоты здания. Нижележащие этажи подвешены к этим балкам, вышележащие этажи устанавливаются на них;
• 5.4 через жесткие консольные балки над первым этажом здания.

6. Несущее ядро жесткости здания является основным несущим элементом сооружения. Здание имеет несколько консольных балок с подвешенными к ним или установленными на них группами этажей. Допустимы консольные фермы с высотой в несколько этажей.

• 6.1 Консольные балки выступают симметрично с обеих сторон ядра жесткости;
• 6.2 Консольные группы этажей расположены асимметрично к ядру жесткости. При этом ядро воспринимает очень большой изгибающий момент.

7. Первый этаж свободен от внутренних колонн, нагрузки передаются по наружным колоннам в грунт. Имеются следующие решения:

• 7.1 все балки перекрытия имеют большой пролет;
• 7.2 внутренние колонны подвешены к расположенным наверху жестким балкам (рамные дома);
• 7.3. внутренние колонны стоят на балке высотой в этаж, расположенной над первым этажом.

8. Нагрузки от здания передаются на далеко поставленные друг от друга опоры (дома с мостовыми конструкциями).

• 8.1 Два междуэтажных перекрытия соединены балками, имеющими высоту этажа. Этажи между ними свободны от колонн;
• 8.2 Здание в виде большепролетной мостовой несущей конструкции; несущая ферма на всю высоту здания.

9. Наклонные колонны передают горизонтальные усилия на каркас. Горизонтальные усилия тем больше, чем сильнее отклоняются колонны от вертикали.

• 9.1 В зданиях с симметричными планами горизонтальные усилия от нагрузки взаимно погашаются.
• 9.2 В несимметричных сооружениях требуется мощная несущая конструкция для восприятия горизонтальных усилий.
• 9.3 Парные наклонные колонны эффективно увеличивают жесткость здания против ветровых усилий.
• 9.4 V-образные колонны также хорошо сопротивляются горизонтальным усилиям.
• 9.5 В воронкообразных зданиях с наклонными колоннами создаются значительные горизонтальные силы, которые при симметричном сооружении могут быть частично восприняты мощными затяжками.