СИСТЕМА СБОРНО-МОНОЛИТНОГО ДОМОСТРОЕНИЯ
READY-BUILT AND SOLID-CAST BUILDING CONSTRUCTION SYSTEM

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве жилых и общественных зданий повышенной этажности.
Из уровня техники известен каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами, расположенными с совмещением их нижней и верхней граней с нижней и верхней плоскостями плит перекрытий, которые имеют на продольных гранях шпонки, ригели одного направления с ненапрягаемой и со сквозной прямолинейной напрягаемой арматурой, расположенной в верхней зоне, монолитные сплошного сечения ригели перпендикулярного направления с пропущенной в проемах колонн сквозной напрягаемой арматурой, которая замоноличена бетоном и закреплена по периметру здания, и бортовые элементы. Колонны снабжены поперечными гребнями, расположенными по осям монолитных ригелей на нижней грани сквозных проемов и имеющими высоту, равную 0,7 толщины плит перекрытий, которые выполнены многопустотными и соединены между собой посредством жестких вставок, размещенных поперек в монолитных ригелях и закрепленных концами в швах между продольными гранями плит перекрытий и/или в пустотах последних, а сквозная напрягаемая арматура монолитных ригелей расположена согласно эпюре моментов с перегибом ее в местах установки жестких вставок, причем ригели, расположенные перпендикулярно монолитным, образованы из сборных пустотелых элементов, которые имеют длину меньше длины многопустотных плит и расположены с образованием в монолитных ригелях у колонн уширений, в которых размещена ненапрягаемая арматура в виде плоских каркасов, а сквозная прямолинейная арматура установлена в уширениях у колонн и в швах между сборными пустотелыми элементами и плитами перекрытий (RU 2020210, 30.09.1994).
Известна строительная конструкция, содержащая стеновые панели, соединительные колонны, установленные между и среди выбранных стеновых панелей и соединяющие указанные панели, стеновые заглушки, проходящие вдоль верхних поверхностей указанных стеновых панелей и соединительных колонн, и узлы опалубки перекрытия, установленные на указанные стеновые заглушки и проходящие от указанных стеновых заглушек (WO 96/06242, 29.02.1996).
Известен сборно-монолитный каркас многоэтажного здания, включающий сборные железобетонные колонны с отверстиями в уровне перекрытий и криволинейным каналом в нижней части этажной секции колонн, сборные ригели с выпусками арматуры на верхней грани и по торцам, а на верхней грани опорной части прямоугольные штрабы для укладки монтажной опорной арматуры и круглопустотные плиты перекрытия, торцевые поверхности которых выполнены наклонными к плоскости плиты по всей ее высоте с углом наклона 14-16°. Железобетонные колонны, выполняемые на несколько этажей, имеют разные формы поперечного сечения: квадратную, прямоугольную и угловую с сохранением базового размера ядра сечения и фиксированным количеством арматурных стержней в пределах базового ядра. Стык колонн по высоте выполнен в виде штепсельного соединения, при этом торцы колонн имеют выпуски арматуры и пазы, куда входят выпуски арматуры, соединение элементов каркаса между собой производится после укладки опорной арматуры и объединения их петлевыми хомутами, расположенными по ширине сборного ригеля, и обеспечивается за счет замоноличивания сборного ригеля по верхней грани с одновременным затеканием бетона в отверстия колон (RU 2281362, 20.08.2006).
Наиболее близкой к предложенному изобретению является конструктивная система многоэтажного здания, включающая сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный сборными многоэтажными колоннами прямоугольного сечения, сборными прямоугольными надколонными плитами со сквозными прямоугольными отверстиями по их середине для пропуска колонн и стыкового объединения с ними, сборными квадратными плитами-вкладышами, опертыми краями на консолях надколонных плит и объединенными между собой по межплитным швам в единый плоский диск перекрытия, а также перегородки и самонесущие наружные стены. Колонны по высоте в уровнях дисков перекрытий выполнены с разрывами бетона и обнажением их рабочей арматуры как минимум на толщину перекрытия, внутренние грани сквозных отверстий надколонных плит выполнены наклонными к колоннам, в каждом разрыве бетона колонны в ее составе из монолитного бетона выполнен пирамидальный клин, направленный узкой частью кверху и плотно примыкающий боковыми гранями к наклонным граням сквозных отверстий надколонных плит, надколонные плиты снабжены верхней рабочей арматурой, сосредоточенной в виде групп (пучков) непосредственно вдоль граней сквозных отверстий, причем каждая пара групп стержней расположена по обе стороны отверстия и ориентирована во взаимно перпендикулярных направлениях так, что по контуру каждого сквозного отверстия они образовали замкнутое окаймление в виде скрытой в плите железобетонной обечайки, группы стержней, окаймляющие таким образом сквозное отверстие надколенных плит, выпущены за их края и объединены с выпусками арматурных стержней плит-вкладышей так, что в створах колонн на всю ширину и длину здания они образовали непрерывную сквозную рабочую арматуру скрытых в плоскости плит ригелей, размещенную в соответствии с распределением по их пролетам усилий, колонны крайнего ряда жестко сопряжены непосредственно с плитами-вкладышами посредством монолитного железобетонного ригеля, пропущенного через разрывы бетона в крайних колоннах на всю длину здания и объединенного с наружной стороны консольно с плитами для устройства балконов и эркеров, при этом наружные стены выполнены поэтажно опертыми, и колонны наружного ряда размещены в толще наружных стен (RU 2197578, 27.01.2003).
Недостатком данных конструкций является то, что происходит большой расход металла и объем сварных работ на объединение стыков колонн с надколонными плитами, монтаж его трудоемок и опасен для занятых на монтаже, а также пониженная жесткость каркаса на стадии монтажа, что приводит к образованию начальных трещин в узлах сопряжения ригелей с колоннами и, как следствие, к снижению жесткости каркаса здания в целом.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании такой системы сборно-монолитного домостроения, которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в минимизации прогибов перекрытия, повышении прочностных и деформационных характеристик, сравнимых с монолитным каркасом, а также обеспечении универсальности конструктивной системы, высокой надежности за счет совершенствования узлов сопряжения элементов каркаса, повышенной жесткости каркаса на стадии монтажа, высокой технологичности сборки каркаса, снижении трудоемкости при изготовлении плит перекрытий и эстетической привлекательности жилых помещений.
Указанный технический результат в системе сборно-монолитного домостроения, содержащей панели наружные фасадные, сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный стеновыми внутренними панелями, сборными колоннами и плитами перекрытия, объединенными между собой межплитными швами, достигается тем, что плиты перекрытия образованы опорными и пролетными плитами, при этом опорные плиты имеют в середине поперечный паз со сквозными вертикальными отверстиями под арматуру и выполнены с возможностью расположения на стеновых внутренних панелях со свесами в пролет, а пролетные плиты выполнены с возможностью размещения в середине пролета и опирания на свесы опорных плит.
Плиты перекрытия имеют в поперечном направлении отверстия под арматуру.
Стеновая внутренняя панель на верхнем и нижнем своих торцах имеет полость для заполнения бетоном и пазы для контроля заполнения бетоном полости.
Колонны имеют сквозные отверстия под арматуру.
Плиты перекрытия выполнены с возможностью размещения с шагом, который равен шагу стеновых панелей.
Плиты перекрытия и внутренние стеновые панели имеют арматурные выпуски, выполненные с возможностью размещения в полости между плитами и образования железобетонного пояса, соединяющего внутренние стеновые панели и плиты перекрытия между собой, формируя таким образом единый сборно-монолитный каркас.
Плиты перекрытия выполнены полнотелыми или кесонного типа.
Межплитные швы представляют собой шпонки, выполнены с возможностью образования шарниров.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено сечение каркаса здания со схемой установки плит перекрытия и внутренних стеновых панелей; на фиг.2 - эпюра изгибающих моментов в вертикальных несущих стенах и колоннах при действии горизонтальных нагрузок; на фиг.3 - аксонометрический вид на каркас здания из плит перекрытия и внутренних стеновых панелей; фиг.4 - аксонометрический вид на внутреннюю стеновую панель; на фиг.5 - аксонометрический вид сборной многоэтажной колонны; фиг.6 - аксонометрический вид пролетной плиты перекрытия; фиг.7 - аксонометрический вид опорной плиты перекрытия; фиг.8 - узел соединения внутренних стеновых панелей между собой; фиг.9 - вертикальное сечение соединения между внутренними стеновыми панелями и плитами перекрытия; фиг.10 - вертикальное сечение соединения между колоннами и плитами перекрытия; фиг.11 - сборно-монолитный железобетонный каркас из внутренних стеновых панелий и плит перекрытия.
Система сборно-монолитного домостроения содержит панели наружные фасадные 1, сборно-монолитный железобетонный каркас, образованный стеновыми внутренними панелями, 1 сборными колоннами 3 (многоэтажными) и плитами перекрытия, объединенными между собой межплитными швами 4.
Плиты перекрытия образованы опорными 5 и пролетными 6 плитами, при этом опорные плиты 5 имеют в середине поперечный паз 7 со сквозными вертикальными отверстиями 8 под арматуру 9 и выполнены с возможностью расположения на стеновых внутренних панелях 1 со свесами в пролет, а пролетные плиты 6 выполнены с возможностью размещения в середине пролета и опирания на свесы опорных плит 5. Плиты перекрытия 6 имеют в поперечном направлении отверстия 10 под арматуру 9.
Стеновая внутренняя панель 1 на верхнем и нижнем своих торцах имеет полость 11 для заполнения бетоном и пазы 12 для контроля заполнения бетоном полости 11.
Колонны 3 имеют сквозные отверстия 13 под арматуру 9.
Плиты перекрытия 6 выполнены с возможностью размещения с шагом, который равен шагу стеновых панелей.
Плиты перекрытия 6 и внутренние стеновые панели 1 имеют арматурные выпуски 14, выполненные с возможностью размещения в полости между плитами 5, 6 и образования железобетонного пояса, соединяющего внутренние стеновые панели 1 и плиты перекрытия 6 между собой, формируя таким образом единый сборно-монолитный каркас.
Плиты перекрытия 6 выполнены полнотелыми или кесонного типа.
Заявленное изобретение предлагает систему сборно-монолитного домостроения, включающую сборно-монолитный железобетонный каркас здания, состоящий из отдельных элементов - сборных многоэтажных колонн 3, внутренних стеновых панелей 2 и плит перекрытия. Панели и плиты имеют арматурные выпуски 14 и соединяются между собой путем замоноличивания полостей между ними. При этом получающаяся конструкция по своей несущей способности близка к каркасу из монолитного бетона.
На фиг.1 приведена примерная схема железобетонного каркаса здания. Рассматривается участок конструкции в осях Б-В. В результате статического расчета перекрытия любым известным способом можно получить эпюру изгибающих моментов, действующих на перекрытие. Эпюра моментов в общем виде представлена на фиг.1. Такая эпюра для неразрезной балочной расчетной схемы имеет достаточно типичный вид и пересекает линию нулевых значений в точках д, е, ж и з. В средней части пролета изгибающий момент имеет положительное значение и в плите перекрытия требуется установка нижней рабочей арматуры. В опорной зоне изгибающий момент имеет отрицательное значение, что требует установки верхней рабочей арматуры.
В общем случае в точках с нулевыми значениями моментов (точки д, е, ж и з) в расчетную схему можно ввести шарниры, которые при расчетах также дают нулевые значения изгибающих моментов. Проведенные проверочные расчеты показали идентичность результатов расчетов неразрезных конструкций и конструкций, в которые введены шарниры в местах нулевого значения изгибающих моментов. Полученная расчетная схема с шарнирами может быть реализована в строительной конструкции путем расположения шарнирных стыков конструктивных элементов перекрытия в местах нулевого значения изгибающих моментов. Примерная такая схема изображена на фиг.1 в нижней части. На несущие колонны 3 или стеновые панели 2 опирается перекрытие, состоящее из плит перекрытия. В общем случае данное изобретение предполагает использование плит перекрытия двух типов: опорные 5 и пролетные 6. Между собой эти панели соединяются путем заполнения полости между ними монолитным бетоном. За счет пазов на торцах панелей монолитный бетон образует межплитные швы 4, представляющие собой шпонки 15, которые выступают в роли шарниров расчетной схемы и обеспечивают совместную работу плит перекрытия.
На фиг.4 изображен общий вид внутренней стеновой панели 2. На верхнем и нижнем своих торцах она имеет полости 11. Вдоль панели сверху донизу имеются вертикальные сквозные отверстия 16. Из боковых торцов панели 2 выполнены П-образные арматурные выпуски 14. Панель 2 имеет армирование 17 с каждой своей стороны. Диаметр и шаг армирования 17 определяется конструктивным расчетом здания и расчетом панели 2 на прочность при транспортных и монтажных нагрузках.
На фиг.7 в общем виде представлена опорная плита 5. В местах установки внутренних стеновых панелей 2 на верхней и нижней поверхностях опорной плиты 5 выполняются поперечные пазы 7. Вертикальные сквозные отверстия 8 в пазу 7 плиты 5 по расположению, шагу и диаметру соответствуют отверстиям 16 во внутренних стеновых панелях 2. В поперечном направлении плиты 5 имеются отверстия 10. Плиты 5 такого типа армируются в верхней и нижней зонах арматурными сетками. Рабочим армированием является, как правило, верхнее армирование в направлении свесов панели. Поперечное верхнее армирование и нижнее армирование подбираются, как правило, из конструктивных соображений. Опорные плиты 5 перекрытия могут быть полнотелыми или кесонного типа.
Пролетная плита 6, изображенная на фиг.6, также имеет в поперечном направлении отверстия 10. Для этой плиты расчетным армированием является нижнее армирование, как правило, в продольном направлении плиты 6. Опальная арматура плиты 6 назначается по конструктивным требованиям. Пролетные плиты 6 перекрытия могут быть полнотелыми или кесонного типа.
Фиг.3 иллюстрирует предлагаемую систему сборно-монолитного домостроения в сборе. Каркас здания возводится в следующем порядке. Предварительно изготовленные внутренние стеновые панели 2 или колонны 3 устанавливаются в проектное положение и удерживаются с помощью кондукторов. Панели 2, образующие одну непрерывную стену, располагаются на некотором расстоянии друг от друга. Рекомендуемое настоящим изобретением расстояние составляет 150 мм. В этом пространстве располагаются арматурные выпуски 14 из внутренних стеновых панелей 2 и устанавливаются дополнительная арматура 9 - вертикальные арматурные стержни. В вертикальные сквозные отверстия 16 устанавливают арматуру 9 - арматурные стержни. Полости 11 заполняют мелкодисперсным бетоном. Заполнение полостей 11, формирующих шпонки 15, контролируется наблюдением за пазами 12, через которые в случае должного заполнения полостей стены протечет бетон. Пространства между панелями 2 заполняются монолитным бетоном, который образует шпонки 15. За счет арматурных выпусков 14 из внутренних стеновых панелей 2 и дополнительных арматур 9 - вертикальных арматурных стержней 18, замоноличенных в шпонку 15, ряд внутренних стеновых панелей 2 образует единую конструкцию, способную эффективно воспринимать вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на несущие стены здания. При сейсмических воздействиях в вертикальных несущих стенах могут возникать значительные изгибающие моменты (фиг.2), для восприятия которых в полости 11 стеновых панелей 2 устанавливают арматурные стержни, диаметр которых определяется расчетом здания. Длина стержней должна быть достаточной, чтобы они поместились в полость 11 па всю высоту стеновой панели 2 и имели выпуски выше верхней поверхности плиты перекрытия - опорной плиты 5 на величину, рекомендуемую для обеспечения перехлеста арматурных стержней данного диаметра.
Для поддержания плит перекрытия в проектном положении на время замоноличивания стыков на перекрытие нижележащего этажа устанавливается любая известная система стоек и балок для поддержки опалубки перекрытий. Особенностью данного изобретения является то, что нет необходимости формировать сплошную поверхность опалубки под плиты перекрытия, как это делается при выполнении монолитного перекрытия. Опалубку необходимо установить отдельными полосами в местах стыков отдельных плит. Это существенно снижает затраты на опалубку перекрытия и время ее монтажа.
Сверху на внутренние стеновые панели 2 или колонны 3 устанавливают опорные плиты 5 перекрытия таким образом, чтобы отверстия 8 в плитах 5 совпали с отверстиями 16 колонн 3 или внутренних стеновых панелей 2, при этом арматурные стержни 18, установленные в отверстия 16 колонн 3 или стеновых панелей, попадают 2 в отверстия 8. Допускается устанавливать арматурные стержни 18 после монтажа опорных плит 5. Одновременно с монтажом опорных плит 5 производится установка пролетных плит 6. Рекомендуемый настоящим изобретением зазор -150 мм. В зазоры между плитами перекрытия укладывается арматура 9, которая назначается, как правило, из конструктивных требований. В горизонтальные отверстия 10 плит перекрытия 6 укладывается арматура 9 - канатная арматура 19. Зазоры между панелями заполняются монолитным бетоном, образующим шпонки 15. После набора прочности бетоном монолитных шпонок 15 создается натяжение в канатной арматуре 19, что в значительной степени повышает трещиностойкость и снижает прогибы плит перекрытий, а также позволяет использовать рассматриваемую систему конструкций при строительстве в сейсмичных районах. После установки анкеров натянутой канатной арматуры 19 отверстия 10 плит перекрытия заполняют мелкодисперсным бетоном. В отверстия 8 также заливают мелкодисперсный бетонный состав, который замоноличивает стержни 18 совместно с выпусками из стен нижележащих этажей и образует шпонку 15 в месте соединения внутренних стеновых панелей 2 и плит перекрытия - опорных плит 5 (фиг.9).
Вслед за выполнением элементов несущего каркаса здания и набора ими достаточной прочности выполняется монтаж фасадных стеновых панелей 1 (бетонных), которые с помощью опор 20 устанавливаются на перекрытие, выполненное по предлагаемой технологии. В рамках данного изобретения система установки и крепления фасадных панелей 1 не является предметом описания и может быть выполнена по любой известной схеме, обеспечивающей надлежащие характеристики фасадной конструкции. После установки и крепления фасадных панелей выполняется устройство внутренней конструкции наружной стены 21, которая в общем случае может представлять собой металлический или деревянный каркас 22, пространство между стойками которого заполняется минераловатным утеплителем. На внутренней поверхности устраивается парозащитная пленка таким образом, чтобы обеспечить непрерывную оболочку вокруг отапливаемого объема здания. Затем навешивается и крепится к каркасу листовой или плитный материал, формирующий внутреннюю поверхность наружной стены 21, подлежащей чистовой отделке помещений здания.
Подобным же образом возводятся и последующие этажи здания.
Описание способа возведения железобетонных конструкций здания из изготовленных в заводских условиях стеновых панелей внутренних, наружных фасадных, колонн и плит перекрытия. Внутренние стены здания формируются возведением стеновых панелей, соединяющихся между собой монолитными железобетонными поясами. Плиты перекрытия делятся, как правило, на два типа - опорные и пролетные. Опорные плиты располагаются на стенах со свесами в пролет. Длина свеса определяется расчетным путем по эпюре моментов. Край плиты перекрытия располагается в точке, где эпюра моментов для неразрезной балочной расчетной схемы равна нулю. Для равнопролетной схемы длина свеса составляет около 1/4 пролета. Пролетные плиты располагаются в середине пролета и опираются на свесы опорных плит или наружные стены. Для равнопролетной схемы их длина составит около 1/2 пролета. Плиты перекрытия располагаются с шагом, который, как правило, равен шагу панелей несущих стен. Плиты перекрытия и внутренние стеновые панели имеют арматурные выпуски, которые находятся в полости между плитами или панелями и после заполнения их монолитным бетоном образуют железобетонные пояса, соединяющие внутренние стеновые панели и плиты перекрытия между собой, формируя единый сборно-монолитный каркас. Рекомендуемая ширина внутренних стеновых панелей и плит перекрытия находится в пределах от 600 до 2000 мм. Плиты перекрытия могут быть полнотелыми или кесонного типа. Впоследствии на перекрытия каркаса навешиваются наружные фасадные стеновые панели, которые утепляются изнутри минераловатными плитами.
Методика проектирования и возведения сборно-монолитного железобетонного постнапряженного каркаса здания из колонн, панелей внутренних стен и плит перекрытия, в которой места расположения стыков плит перекрытия выбираются таким образом, чтобы минимизировать прогибы перекрытия.
Предварительно изготовленные колонны и внутренние стеновые панели поставляются с отверстиями, которые соответствуют положению выпусков из нижележащих колонн, стеновых панелей или фундамента. В полости колонны или основой панели вставляются арматурные стержни с нахлестом на стержни, выпущенные из нижележащей колонны, стеновой панели или фундамента. Затем полости заполняются раствором. Другой особенностью заявленного изобретения является то, что в плитах перекрытия имеются вертикальные отверстия, через которые пропускается вертикальная арматура колонн и стен. При соединении таким способом плиты перекрытия совместно с колоннами и внутренними стенами образуют прочную конструкцию, выполненную практически полностью из отдельных элементов. Внутренние стеновые панели, колонны и панели перекрытий могут быть выполнены как в заводских условиях, так и непосредственно на стройплощадке, где возводится здание. Главной отличительной чертой данного изобретения является то, что панели перекрытий не опираются своими краями на несущие стены, как во всех современных конструкциях, а имеется, как правило, два основных типа панелей перекрытий: опорные и пролетные. Опорные панели устанавливаются на несущие стены и колонны таким образом, что имеют свесы в сторону соседних пролетов, а пролетные панели устанавливаются в пространство между опорными панелями или опираются на несущие стены и колонны. Швы между отдельными панелями заполняются монолитным бетоном, который, заполняя полости в торцах панелей перекрытий, образует шпонки, обеспечивающие совместную работу плит перекрытия.
Таким образом, данное изобретение позволяет возводить индивидуальные здания и сооружения. Несущий каркас здания состоит из модульных элементов (колонны, стеновые панели и плиты перекрытия). При этом получается конструкция, которая обладает прочностными и деформационными характеристиками, сравнимыми с монолитным каркасом.