Несущие системы в строительстве¶
Несущая система — совокупность конструктивных элементов здания или сооружения, которые воспринимают и передают на основание все действующие нагрузки: собственный вес конструкции, полезные (функциональные) нагрузки, снеговые, ветровые, температурные и сейсмические воздействия. Несущая система обеспечивает прочность, жёсткость, устойчивость и пространственную неизменяемость объекта, отличаясь этим от ограждающих конструкций, которые лишь защищают внутреннее пространство от внешней среды.
¶Общие сведения
Любое здание разделяют на несущие и ограждающие конструкции. Несущие элементы (фундаменты, колонны, стены, балки, фермы, перекрытия, диафрагмы жёсткости) образуют пространственный каркас, а ограждающие (стены, перегородки, кровля, окна) — оболочку. В ряде случаев функции совмещаются: например, несущая стена одновременно является и ограждающей.
К несущей системе предъявляют требования по:
- прочности — способности сопротивляться разрушению под нагрузкой;
- жёсткости — ограничению деформаций;
- устойчивости — сохранению положения и формы при внешних воздействиях;
- долговечности и огнестойкости — в зависимости от класса сооружения.
Расчёт ведут по предельным состояниям: по несущей способности (первая группа) и по деформациям (вторая группа).
¶Классификация
¶По материалу
| Материал | Характерные элементы | Область применения |
|---|---|---|
| Железобетон | колонны, панели, ригели | массовое жилое и промышленное строительство |
| Металл | балки, фермы, колонны | высотные, большепролётные, каркасные здания |
| Дерево | балки, стойки, фермы | малоэтажное и каркасное строительство |
| Каменная кладка | стены, столбы | исторические и малоэтажные здания |
¶По типу конструкции
- Стеновая (бескаркасная) — нагрузку воспринимают несущие стены. Характерна для панельных и кирпичных домов.
- Каркасная — нагрузку воспринимает пространственный каркас из колонн и ригелей; стены выполняют ограждающую роль.
- Ствольно-каркасная — вертикальное ядро жёсткости (ствол) плюс каркас; применяется в высотных зданиях.
- Оболочковая и висячая — для большепролётных покрытий стадионов, выставочных залов.
¶По характеру работы
Различают статически определимые и статически неопределимые системы, а также рамные, связевые и рамно-связевые схемы. В связевых схемах горизонтальные нагрузки передаются на диафрагмы жёсткости, в рамных — на узлы сопряжения колонн и ригелей.
¶История развития
Простейшие несущие системы — стоечно-балочные конструкции — известны с древности: они применялись в Египте, Греции, Риме. В русском деревянном зодчестве использовались срубы и самцовые конструкции, в каменном — своды и арки. Промышленная революция XIX века дала металлический каркас: первые многоэтажные каркасные здания появились в Чикаго в 1880-х годах. В XX веке распространился сборный железобетон, а с середины столетия — расчёт по предельным состояниям и методы теории упругости и пластичности. В СССР массовое панельное домостроение опиралось на типовые серии несущих систем, что позволило быстро решать жилищную проблему.
¶Расчёт и проектирование
Проектирование несущей системы включает сбор нагрузок, составление расчётной схемы, статический и динамический расчёт, конструирование узлов. Используются методы строительной механики: метод конечных элементов, метод перемещений, метод сил. Учитывают сочетания нагрузок, коэффициенты надёжности и условия эксплуатации. Для высотных и уникальных зданий обязательны проверки на прогрессирующее обрушение, ветровой резонанс и сейсмику.
¶Примеры в практике
- Панельные жилые дома серий 1-464, II-49 — стеновая несущая система из железобетонных панелей.
- Останкинская телебашня — ствольная система с предварительно напряжённым бетоном.
- Многоэтажные каркасные здания из монолитного железобетона с ядром жёсткости.
- Большепролётные покрытия спортивных арен на металлических фермах и вантах.
¶Значение и тенденции
Несущая система определяет этажность, свободную планировку, стоимость и срок службы здания. Современные тенденции — повышение энергоэффективности, применение высокопрочных сталей и бетонов, сборно-монолитные решения, цифровое моделирование (BIM) и расчёт в единой информационной среде. Развитие методов расчёта и новых материалов позволяет возводить всё более высотные и большепролётные сооружения при снижении материалоёмкости.
Источники: учебники по строительным конструкциям и строительной механике, СП по нагрузкам и воздействиям, СП по железобетонным и металлическим конструкциям, техническая литература по типологии зданий.