КАРКАС ЗДАНИЯ

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению зданий с комбинированными опорными и несущими элементами из железобетона и металла, а также к реконструкции и капитальному ремонту существующих зданий.
Известны конструктивные решения каркасов зданий, состоящих из опорных элементов и сталежелезобетонных перекрытий /1/. Стальные балки располагаются в теле железобетона, например, в ребрах ребристых плит в качестве дополнительных армирующих элементов.
Наиболее близким к предлагаемому является каркас здания, включающий объединенные железобетонными ригелями опорные элементы- колонны, несущие стены, и плиты перекрытия соединенные между собой монолитными швами. /2/
Недостатками известных решений являются невозможность достичь снижения толщины перекрытия, возводить облегченные перекрытия на больших пролетах зданий повышенной и высокой этажности.
Техническая задача заключается в снижении материалоемкости каркаса здания с большими пролетами при сохранении несущей способности за счет уменьшения толщины перекрытий и возможности устройства облегченных перекрытий.
Поставленная задача решается таким образом, что в каркасе здания, включающем объединенные монолитными железобетонными ригелями опорные элементы и перекрытие, согласно полезной модели, монолитные железобетонные ригели размещены на опорных элементах в одном направлении и соединены между собой расположенными с шагом
поперечными металлическими балками, замоноличенными в теле бетона монолитных железобетонных ригелей с образованием единой жесткой сталежелезобетонной системы, а перекрытие выполнено по металлическим балкам между железобетонными ригелями. Железобетонные монолитные ригели выполнены в виде неразрезных плитных полос, монолитно связанных с опорными элементами.. Монолитные железобетонные ригели могут быть выполнены скрытыми в опорных элементах. Причем, металлические балки замоноличены в теле бетона монолитных железобетонных ригелей концами или с образованием консолей При этом, металлическая балка может иметь сечение двутавра или швеллера. Кроме того, металлические балки соединены с арматурой монолитных железобетонных ригелей и/или между собой металлическими элементами. Опорные элементы выполнены в виде колонн, и/или несущих стен, и/или ядер жесткости. Перекрытие выполнено из облегченных плит перекрытий, уложенных на металлические балки между монолитными железобетонными ригелями. Или перекрытие выполнено из облегченных плит, подвешенных к металлическим балкам между монолитными железобетонными ригелями. Или перекрытие может быть выполнено из монолитного железобетона.
Предлагаемая конструкция каркаса здания отличается от известной тем, что монолитные железобетонные ригели размещены на опорных элементах в одном направлении и соединены между собой размещенными с шагом поперечными металлическими балками, замоноличенными в теле бетона монолитных железобетонных ригелей с образованием единой жесткой сталежелезобетонной системы, а перекрытие выполнено по металлическим балкам между железобетонными ригелями.
Объединение несущих элементов каркаса в единую жесткую сталежелезобетонную систему позволяет повысить несущую способность каркаса и устроить перекрытие из облегченных сборных элементов или монолитное. В такой системе значительно снижается нагрузка от собственного веса перекрытий - основного недостатка железобетонных перекрытий, как следствие, снижается его материалоемкость, общая масса здания и нагрузки на фундаментную плиту. Это особенно существенно для перекрытий больших пролетов и зданий повышенной и высокой этажности.
Кроме того, замоноличивание металлических балок в тело бетона монолитных железобетонных ригелей с образованием консолей особенно эффективно при больших пролетах перекрытий и значительных вылетах консолей. Также снижается трудоемкость работ за счет того, что отпадает необходимость в установке сплошной опалубки под всем перекрытием. Кроме этого, металлические балки, обычно в виде металлических швеллеров и двутавров, легко монтируются крановыми механизмами. Повышается также несущая способность перекрытий, особенно по второй группе предельных состояний (по допустимым прогибам и ширине раскрытия трещин), по сравнению с традиционными способами возведения монолитных безбалочных перекрытий больших пролетов или перекрытий, имеющих длинные консоли.
На фиг.1 представлен каркас здания в плане; фиг.2 - то же, что и на фиг.1 (вариант 2 - замоноличивание поперечных балок в монолитных железобетонных ригелях с образованием консолей); фиг.3 - то же, что и на фиг.1 (вариант 3 - пример расположения опорных элементов по криволинейным осям); фиг.4 - сечение 1-1 фиг.1, фиг.5 - сечение 1-1 фиг.2; фиг.6 - сечение 2-2 фиг.1, 2.
Каркас здания состоит из расположенных с шагом металлических балок 1, которые объединяются в единую систему монолитными железобетонными ригелями 2, выполненными в виде неразрезных плитных полос, связанными с опорными элементами: колоннами 3, несущими стенами 4 и стенами ядер жесткости 5, для передачи на них усилий от перекрытий 6.
Металлические балки 1 расположены в монолитных железобетонных ригелях 2, между верхней и нижней сетками армирования. Железобетонный ригель выполнен в виде неразрезных широких монолитных полос. Армирование железобетонных ригелей 2 может осуществляться стержневой полосовой и другой арматурой. Нижняя и верхняя сетки арматуры железобетонных ригелей соединяются в местах расположения металлических балок 1 замкнутыми хомутами, или соединительными шпильками, или болтами. При больших нагрузках металлические балки 1 в железобетонных ригелях 2 могут соединяться межу собой дополнительно при помощи поперечных металлических элементов 7 путем сварки или на болтовых соединениях. По полю расположенных с шагом металлических балок 1 устраивают различные виды облегченных перекрытий 6, например, в виде монолитных или сборно-монолитных железобетонных плит малой толщины, которые при помощи закладных деталей соединяются с металлическими балками 1. Плиты обычно устанавливают на металлические балки, или подвешивают снизу металлических балок 1. (фиг.4, фиг.5 и фиг.6).
Колонны и стены могут быть расположены по криволинейным осям (см. фиг.3), в этом случае железобетонные ригеля 2 будут носить криволинейный характер, а металлические балки 1 будут располагаться вдоль радиусов их кривизны. При этом, учитывая, что расстояние между радиальными балками 1 может уменьшаться, они могут частично
обрываться с передачей усилий на рядом расположенные балки, соединяться промежуточными металлическими и/или монолитными железобетонными элементами 7 и замоноличиваться с опорой на несущие стены 4 и стену ядра жесткости 5 с образованием консолей. Несущие стены и стены ядер жесткости могут содержать скрытые ригели.
Пример.
На фиг.2 представлен каркас здания для регулярной прямоугольной сетки колонн с монолитными железобетонными ригелями 2, расположенными в одном направлении вдоль горизонтальных осей колонн 3. Металлические балки 1, проходящие возле колонн 3 имеют профиль швеллера №16, а остальные - двутавра №16. При больших сечениях колонн металлические балки 1 у колонн 3 также могут приниматься в виде двутавров и пропускаться через тело колонны. Перекрытие 6 выполняют в виде монолитного железобетона, укладываемого на металлические балки 1 между железобетонными ригелями 2, и соединяемого с ними с помощью арматурных выпусков и закладных деталей. Длина пролета 6 м. Толщина перекрытия 0,27 м. Вылет консоли 2,5-3 м.
Источники информации:
1. К.В.Сахновский «Железобетонные конструкции», М., Л., Госиздат, 1951 г., стр.314-316.
2. Патент РФ №2118430, кл. Е 04 В 1/18, БИ №24 27.08.98 (прототип).