В здании можно устроить один или несколько горизонтальных поясов жесткости. Чем больше используется поясов, тем выше степень совместной работы ствола и наружных колонн. Они могут быть размещены в тех местах внутри здания, где диагональные связи не мешают функциональному назначению здания (например, в уровнях технических этажей). Размещение горизонтальных поясов жесткости вверху и посередине высоты здания представляется достаточно экономичным до высоты примерно 60 этажей.
Эпюра напряжений на рис. IV. 18 иллюстрирует эффективность шарнирного сопряжения поясов жесткости с наружными колоннами по сравнению с их жестким соединением. Если бы пояса жесткости были неразрывно связаны с колоннами, все здание работало бы как единая система, используя только несколько процентов несущей способности ствола на изгиб, так как его стены расположены сравнительно близко к нейтральной оси здания. Об этом свидетельствует эпюра распределения напряжений в жесткой системе (рис. IV. 18, а).
С другой стороны, упругие консольные элементы, защемленные в стволе жесткости и шарнирно связанные с наружными колоннами, в большей мере способствуют повышению несущей способности ствола жесткости на изгиб и работе наружных колонн как элементов жесткой системы (см. рис. IV. 18, б). Однако поскольку шарнирные сопряжения не вызывают изгибающих моментов в колоннах, их несущая способность при осевых нагрузках увеличивается. Характер деформирования здания с решетчатым стволом и поясами жесткости при горизонтальной нагрузке показан на рис. IV. 19. Когда рама шарнирно соединяется со стволом жесткости, он работает как консоль, а верх ствола может поворачиваться. Рама плохо сопротивляется такому повороту. Если рама связана со стволом с по-
мощью поясов жесткости (рис. IV. 19, б), то поворот верха системы ограничен, так как колонны по периметру связывают пояса жесткости с низом здания и в колоннах не возникает изгибающих моментов. Частичное защемление верха системы отражается на форме эпюры моментов. Система не работает больше как чистая консоль, поскольку имеет защемления вверху и внизу. В результате получается S-образная кривая деформаций с нулевым изгибающим моментом в точке перегиба. Изгибающий момент в основании здания меньше, чем в случае, показанном на рис. IV. 19, а.
Прочность и жесткость системы еще более увеличивается при введении дополнительных поясов в промежуточных уровнях по высоте здания (рис. IV. 19, в). В уровне каждого пояса жесткости поворот системы затруднен. Жесткость в этих уровнях определяет скачки на эпюре изгибающих моментов. В уровне основания изгибающий момент еще больше снижается в связи с появлением осевых усилий от горизонтальных нагрузок. При этом горизонтальное перемещение здания также уменьшается.
КОРОБЧАТЫЕ СИСТЕМЫ
Современному направлению развития методов проектирования строительных конструкций соответствует концепция коробчатой схемы, предложенной Ф. Кханом. В настоящее время четыре из пяти самых высоких зданий в мире запроектированы по коробчатой схеме (трубы). К ним относятся Джон Хэнкок Билдинг, Сире Билдинг1, здание компании «Стандард Ойл» в Чикаго и здание Уорлд Трейд Сентр в Нью-Йорке (см. рис. IV.20, д, з, е и ж соответственно). Коробчатые системы настолько эффективны, что в большинстве случаев суммарный расход материалов на 1 м3 полезной площади сопоставим с расходами для традиционных рамных конструкций с высотой зданий, вдвое меньшей.
Расчет зданий по коробчатой схеме предполагает, что наружные конструкции воспринимают горизонтальные нагрузки как консольный замкнутый полый стержень коробчатого сечения. Поскольку наружные стены воспринимают всю или большую часть ветровых нагрузок, стоимость внутренних элементов связей и стен-диафрагм ограничена. Стены наружной коробки состоят из близко расположенных по периметру здания колонн, связанных между собой обвязочными балками. При этом фасад здания выглядит как перфорированная стена. Жесткость конструкции наружных стен может быть еще более повышена с помощью диагональных связей, обеспечивающих работу конструкций по типу ферм. Жесткость коробки настолько высока, что она работает при горизонтальных нагрузках как консольная балка.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.