3. Конструктивные схемы зданий и сооружений
3. Конструктивные схемы зданий и сооружений 
Каркасная система с пространственным рамным каркасом - наиболее часто используемая в строительстве общественных и промышленных зданий. Основные элементы каркаса - колонны, ригели, плиты покрытий и связи. Каркасы, в зависимости от материалов, из которых изготовлены стойки и ригели, подразделяют на железобетонные, металлические и комбинированные.
Железобетонный каркас - это основной тип каркаса, монтируемый из унифицированных элементов массового заводского или полигонного изготовления. Сопряжения стоек, как и других элементов сборного железобетонного каркаса, осуществляются с помощью сварки выпусков арматуры с последующим замоноличиванием их бетоном.
Металлические каркасы (стальные и из алюминиевых сплавов) выполняют из различных прокатных профилей (листов, уголков, швеллеров, двутавров, труб и т.д.).
Наибольшее распространение получили следующие комбинированные каркасы, в которых вертикальные несущие конструкции компонуют из различных элементов - стержневых и плоскостных.
Схема с неполным каркасом основана на сочетании несущих стен и каркаса, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки. Систему применяют в двух вариантах: с несущими наружными стенами и внутренним каркасом либо с каркасом и внутренними стенами.
В каркасно-диафрагмовой схеме на стеновые элементы (вертикальные элементы жесткости - диафрагмы) передается вся или большая часть горизонтальных нагрузок и воздействий, а на стержневые (несущий каркас) - преимущественно вертикальные нагрузки.
Каркасно-блочная схема основана на сочетании каркаса и объемных блоков, причем объемные блоки могут использоваться в системе в качестве (не)несущих конструкций. Ненесущие объемные блоки используют для поэтажного заполнения несущей решетки каркаса, а несущие устанавливаются друг на друга.
В бескаркасной конструктивной схеме с несущими стенами устойчивость зданий, в том числе и при сейсмических воздействиях, обеспечивается жесткими сопряжениями наружных и внутренних стен, а также их связью с перекрытиями. В этой конструктивной схеме стены являются вертикальными, а перекрытия - горизонтальными диафрагмами жесткости, образуя единую пространственную систему.
Стены зданий бескаркасной конструктивной схемы возводят из крупных, преимущественно бетонных, блоков (крупноблочные здания) и крупных бетонных или железобетонных панелей с эффективными утеплителями (крупнопанельные здания). К бескаркасной конструктивной схеме относятся здания из монолитного железобетона.
Здания с различными конструктивными схемами рекомендуется моделировать одной из следующих пространственных или плоских расчетных схем: стержневой, пластинчатой, объемной или комбинированной.
Выбор расчетной схемы определяется типом несущих элементов и схемой восприятия нагрузок СК здания с учетом критериев предельных состояний, определенных в соответствующих нормативных документах, для железобетонных, каменных, металлических и деревянных конструкций.
При разработке расчетных моделей существующих зданий рекомендуется выполнять учет выявленных при динамических испытаниях дефектов для отдельных элементов, узлов или фрагментов СК. Указанную процедуру рекомендуется выполнять в соответствии с рекомендациями нормативных документов путем введения коэффициента снижения несущей способности.
При разработке расчетной модели здания с учетом результатов обследования рекомендуется выполнить установление фактической конструктивной системы здания, существующей на момент проведения обследования. В расчетной модели здания рекомендуется отразить фактическое исполнение узлов опирания и сопряжения элементов конструкций, наличие и состояние связей, обеспечивающих пространственную жесткость здания и его элементов. Кроме этого, рекомендуется учесть фактическое сочетание постоянных и временных нагрузок, определенное при обследовании. В частности, в железобетонных конструкциях возможно появление пластических шарниров в узловых соединениях неразрезных ригелей с колоннами, что приводит к изменению условий работы указанных элементов в пространственной схеме здания.
При выполнении расчетной оценки сейсмостойкости для одного и того же здания рекомендуется последовательно использовать расчетные модели с нарастающей степенью сложности и детальности. Последовательное уточнение расчетной модели позволяет выявить влияние различных особенностей на поведение здания при сейсмических воздействиях с учетом возникновения в нем повреждений. Обязательным условием выполнения расчетной оценки является учет изменения состояний модели во время воздействия землетрясения при достижении предельных состояний в отдельных элементах или во всем здании в целом.
Для каменных зданий рекомендуется принимать во внимание следующие возможные изменения состояния модели:
1) Разделение здания на крупные блоки, которое характеризуется возникновением сквозных трещин, пронизывающих, как правило, все здание в вертикальном или горизонтальном направлениях (отделение смежных стен друг от друга, отделение и перемещение здания по фундаменту, смещение дисков перекрытий и разделение здания на блоки в рамках этажей и т.д.). В этом случае рекомендуется на первом этапе выполнять динамический расчет здания с использованием пространственной конечно-элементной модели без учета разрушений. Затем определяются элементы конструкций, где внутренние усилия (напряжения или деформации) превышают предельные значения. В расчетную модель вводятся элементы, работающие только до определенного уровня нагрузки, после чего производится их выключение из работы и выполняется повторный динамический расчет. При образовании новых зон возможных разрушений производится дальнейшее уточнение модели.
2) Изменение схемы восприятия нагрузок несущими конструкциями здания из-за разрушения (значительной потери несущей способности отдельными конструктивными элементами) или изменения условий сопряжения элементов друг с другом (образование горизонтальных трещин в верхней и (или) нижней частях простенков, образование диагональных трещин в глухих стенах в пределах этажа и т.д.).
При реализации такого механизма разрушения здания в его расчетной модели рекомендуется либо производить изменение условий соединения элементов (образование односторонней связи, скольжение с трением и т.д.), либо локально изменять модуль деформации кладки, либо из расчетной модели исключить элементы, соответствующие разрушенной части конструкции. После исключения из расчетной модели части элементов рекомендуется выполнить расчет измененного состояния здания при статических нагрузках и уточнить критерии предельных состояний.
3) Изменение монолитности кладки, которое, как правило, вызывает снижение собственных частот колебаний зданий, то есть жесткости. Появление указанных изменений связано с многочисленными внутренними процессами, происходящими в кладке при динамическом нагружении, и обусловлено образованием микротрещин и нарушением ее сплошности. В этом случае рекомендуется модуль деформации кладки умножать на коэффициент деградации, зависящий от реализованного напряженно-деформированного состояния в СК здания.
