Konstrukcije višekatnih sustava od čelika u zgradarstvu

Za zgrade više od 50 katova koriste se kruti okviri s vanjskom rešetkom, okvirne cijevi te za najviše zgrade (>100 katova) ukrućene rešetkaste cijevi.

Principi projektiranja višekatnog sustava

Blokovi tornjeva su konstrukcije višekatnih objekata okvirnog sustava čiji je doajen, Empire State Building, oko 20 godina bila najviša zgrada na svijetu s ukupno utrošenim čelikom u težini od 50.000 tona.

Do tada izgrađeni čelični tornjevi, bez kontinuiteta stropnih greda i postizanjem okvirnog djelovanja odnosom krutosti greda te stupova za prijenos horizontalnih sila, bili su ekonomični po svojoj težini i ukupnim horizontalnim pomacima, ali do visine od 20 katova.

Tada su izgrađeni polukruti okviri s X- ili K-ukrućenjima u konstrukciji, koji uglavnom preuzimaju horizontalne sile, te smanjuju horizontalne pomake. Drugi skup okvira kojima je moguće raditi konstrukciju, jesu opcije s krutim spojevima greda i stupova, i manjim razmacima stupova u vanjskim plohama, te se tako formiraju \’okvirne cijevi\’ s povećanom ukupnom krutosti i dodatnim dijagonalnim ukrućenjima.

Ovakvi okviri sa spregnutom unutarnjom sandučastom (šupljom) krutom jezgrom imaju ukupnu povećanu krutost i podjednako podijeljeno opterećenje od vlastite težine.

Ograničenje visina višekatnih objekata slijedi iz loše nosivosti temeljnoga tla, kao naprimjer u centru Londona s izuzetkom Shell Building-South Bank i National Westminster Bank (čelični toranj visine 183 m), te slijedi serija objekata srednje visine koji imaju prethodnika u konstrukciji čeličnog kostura Ritz hotela, građenog po pravilniku (London Building Act) iz 1894. Kod objekata srednje visine konstrukcija je definirana kao kruti višekatni okviri, koji nemaju dominantni utjecaj vjetra, te su ograničeni i horizontalni pomaci.

Dva su primjera sistematiziranih čeličnih okvira za poslovne objekte u Londonu: Cutlers Court (City of London) i Lloyds Chambers (Borough of Tower Hamlets).

Principi projektiranja čeličnih okvira moraju obuhvaćati fleksibilnost tlocrtne dispozicije, suhu konstrukciju, racionaliziranu otpornost na požar, fleksibilnost vođenja instalacija, zavarivanje na mjestu izvedbe prilikom montaže te kompozitno djelovanje konstrukcije stropova i glavnih nosača.

Kod krutih višekatnih okvira u zgradama važna je krutost na savijanje i torzija, radi ukupnih bočnih pomaka. Ravninski višekatni okvirni sustavi od poprečnih okvira nad rasponima bez unutarnjih stupova imaju uzdužne spregove za prostornu stabilizaciju objekta.

Okviri su punostjeni ili rešetkasti, horizontalno pridržani ili nepridržani, različitog mehaničkog ponašanja kod prijenosa vertikalnog opterećenja horizontalnih sila. Kod prostornih okvirnih sustava s prijenosom vertikalnog i horizontalnog opterećenja u dvije ortogonalne ravnine, horizontalna konstrukcija sastoji se od sekundarnog sustava greda koji se aproksimira s ortotropnim pločama

]]>