СБОРНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КАРКАСНАЯ КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ, РАМНАЯ КОНСТРУКЦИЯ КАРКАСА, ЭЛЕМЕНТ ПЕРЕКРЫТИЯ

Сборная железобетонная каркасная конструкция многоэтажного здания, рамная конструкция каркаса, элемент перекрытия.
Заявляемая полезная модель относится к области промышленного и гражданского строительства и может быть использована в конструкциях сборных железобетонных каркасов преимущественно многоэтажных зданий различного назначения, в том числе для жилых, промышленных зданий и зданий общего назначения.
Широкое использование сборных железобетонных каркасов в строительной промышленности обусловлено такими качествами, как ускоренные темпы строительства, сокращение доли трудоемкости строительства непосредственно на стройплощадке, и, соответственно, существенное снижение влияния климатического фактора (зимний период).
При этом эффективность строительства с использованием сборного железобетонного каркаса во многом зависит от номенклатуры несущих элементов - составляющих сборного железобетонного каркаса, и универсальности каркасов, в том числе, в возможности возведения зданий различного функционального назначения с обеспечением гибкой технологической планировки помещений.
Известные схемы сборных железобетонных каркасов одно- многоэтажных зданий и сооружений (патенты №2226593, №2118430, А.С. №2087633, А.С. SU 1386711, Свидетельство №15352) включают следующие несущие элементы: элементы перекрытий, колонны (вертикальные линейные несущие элементы), ригели (горизонтальные линейные несущие элементы). Как правило, общее количество несущих элементов в известных сборных каркасах составляет от пятнадцати до двадцати штук.
Широко используемые в настоящее время элементы перекрытий, в том числе, описанные в патенте №2118430, представляют собой многопустотные плиты перекрытий шириной 1200.0 мм.
Плиты соединяют между собой посредством монолитного бетона.
При этом, вследствие достаточно небольшой ширины плит, на
потолочном перекрытии образуется большое количество швов, которые затрудняют и повышают стоимость отделочных работ.
Кроме того монтаж всех указанных несущих элементов осуществляют на строительной площадке, что обусловливает сравнительно большую долю трудоемкости строительства непосредственно на строительной площадке, и, соответственно, повышенное влияние климатического фактора, а также длительное использование дорогостоящей строительной техники, что в совокупности, снижает эффективность сборного железобетонного строительства и увеличивает его стоимость.
Выполнение на строительной площадке монтажных узлов, в частности, таких сложных узлов, как узел соединения колонн между собой или колонн и ригелей, на которых имеет место концентрация значительных по величине контактных напряжений на малых площадях контакта, не обеспечивает должной несущей способности и надежности требуемых для стыков несущих элементов сборных каркасов зданий повышенной этажности, а также большепролетных перекрытий зданий.
При этом известные схемы не обеспечивают свободной планировки внутреннего пространства зданий и сооружений и, соответственно, имеют ограниченное функциональное назначение.
Известна сборная железобетонная каркасная конструкция многоэтажного здания, в каркасе которого используются несущие элементы в виде цельных рамных конструкций, содержащих две колонны и поперечный к ним ригель, часть которого консолью выступает по крайней мере за одну колонну (К.В.Сахновский. Железобетонные конструкции, государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М., 1961, стр.522).
В известном решении рамы выполнены одноэтажными с примыканием ригеля к колоннам по их верхним торцам.
Укрупнение несущих элементов в единую рамную конструкцию, объединяющую колонны и ригель позволяет в несколько раз снизить
трудоемкость устройства каркаса на строительной площадке и убрать со стройки дорогостоящие механизмы быстрее в полтора раза.
Выполнение стыка колонна-ригель в заводских условиях, в виде монолитного узла, обеспечивает качественное изготовление этого узла.
Однако описанное решение в настоящее время не нашло применения в конструкциях каркасов многоэтажных зданий.
В частности, это обусловлено сложностью выполнения стыковочного узла между колоннами рам смежных этажей. В описанной конструкции место стыка колонн попадает на перекрытия этажей, то есть в зону максимальных изгибающих моментов, что осложняет строительство многоэтажных зданий и снижает эффективность такого строительства.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать сборную железобетонную каркасную конструкцию и ее несущих элементов - рамных конструкций и элементов перекрытий, которые позволили бы повысить эффективность строительства многоэтажных зданий и снизить его стоимость при обеспечении возможности возведения многоэтажных зданий различного функционального назначения с применением гибкой планировки внутреннего пространства.
Поставленная задача решается тем, что, в сборной железобетонной каркасной конструкции многоэтажного здания, содержащей каркас с рамными конструкциями, по крайней мере часть которых включает выполненные за одно целое, по крайней мере колонную и ригельную части, при этом ригельная часть выступает за колонную часть, согласно предлагаемому техническому решению, рамная конструкция имеет Н-образную форму, при этом стыки вертикальных частей рамной конструкции расположены в середине высот междуэтажного пространства.
В преимущественном варианте, целесообразно, чтобы в собранном каркасе концы колонных частей (колонн) располагались
по середине между перекрытиями этажей, а ригельная часть (ригель) примыкал к колоннам на половине их высоты.
Преимущество Н-образных рамных конструкций заключается в том, что стыки их вертикальных частей располагаются в середине высот междуэтажного пространства, то есть в зоне практически «нулевых» изгибающих моментов.
При этом более удобно производство работ при выполнении монтажных узлов соединения вышерасположенной рамы с нижестоящей.
С целью обеспечения свободной планировки зданий и сооружений целесообразно, чтобы каркас содержал ригельные элементы, каждый из которых выполнен с возможностью стыковки с ригельными частями рамных конструкций.
Благодаря предлагаемой конструкции обеспечивается свободная планировка здания с легко варьируемыми поперечными размерами.
В частности, путем частичного отсекания выступающих за колонны ригельных частей может быть уменьшен поперечный размер здания, а путем присоединения к выступающим ригельным частям ригельных элементов - увеличен поперечный размера здания.
Целесообразно, чтобы, по крайней мере, у части рамных конструкций колонная часть имела два противоположных друг другу концевых участка, в один из которых вмонтирован штырь, выступающий за торец указанного концевого участка, а в противоположный участок вмонтирована выступающая за его торец гильза с ответным штырю каналом, при этом штыри и гильзы у всех указанных рамных конструкций выполнены с возможностью вхождения штыря одной рамной конструкции в канал гильзы другой рамной конструкции. Такое выполнение концевых участков рамных конструкций упрощает выполнение межэтажных монтажных узлов. Как правило, в верхнюю часть рамы монтируется штырь, а в нижнюю - гильза.
При монтаже, штырь, входя в гильзу, работает как направляющая, тем самым упрощает стыковку рамных конструкций.
При этом создается временный узел, который позволяет фиксировать верхние рамные конструкции на нижних и обладает достаточной прочностью, чтобы нести три этажа до выполнения сварочных работ, что обеспечивает более быстрое высвобождение крановых механизмов.
Поставленная задача решается также тем, что, в рамной конструкции каркаса, содержащей выполненные за одно целое, по крайней мере, две колонные и ригельную части, при этом ригельная часть выступает за колонную часть, согласно предлагаемому техническому решению, рамная конструкция имеет Н-образную форму
При этом рамная конструкция выполнена с возможностью размещения в поперечном направлении сборного железобетонного каркаса и содержит колонные части (колонны) каркаса, и поперечную к ним ригельную часть (ригель) каркаса.
В предлагаемой конструкции ригель вмоноличен в колонну, образуя с ней единую конструкцию, изготавливаемую в заводских условиях в опалубочной форме одного типа, что обеспечивает выполнение качественного узла колонна-ригель и упрощает технологию его изготовления.
При этом сокращается номенклатура несущих элементов и трудоемкость работ на строительной площадке.
При этом сокращается номенклатура несущих элементов и трудоемкость работ на строительной площадке.
Поставленная задача решается также тем, что элемент перекрытия сборного железобетонного каркаса, согласно
предлагаемому техническому решению, содержит плиту с, по крайней мере, тремя продольными ребрами жесткости, установленными с интервалом друг относительно друга.
Выполнение элемента перекрытия увеличенной ширины позволяет исключить большое количество швов на потолочном перекрытии, что удешевляет и упрощает отделочные работы.
Кроме того, выполнение плиты многореберной позволяет увеличить исходную ширину элемента перекрытия до 2400.00 мм при обеспечении возможности уменьшать его размеры, путем отсекания части плиты, как в поперечном, так и в продольном направлении. Кроме того, в межреберном пространстве могут быть проложены необходимые коммуникации.
При количестве ребер жесткости меньше трех поперечные размеры элемента перекрытия не могут быть уменьшены.
Максимальная ширина элемента перекрытия 2400.00 мм определена из условия наиболее предпочтительных размеров рамных конструкций и условия кратности традиционно используемой ширине - 1200.00 мм.
Ограничение по максимальному размеру элемента перекрытия в 2400.00 м связано с возможностями грузовой транспортировки.
Перевозка грузовым транспортом элементов строительного каркаса большей ширины связана с дополнительными затратами, что делает в настоящее время неэкономичным увеличение ширины элементов перекрытий боле 2400.00 мм.
Предпочтительно выполнять элемент перекрытия максимально допустимой ширины - 2400.00 мм с последующим усечением (при необходимости) на строительной площадке в соответствии с заданным проектом здания.
При этом увеличение ширины элемента перекрытия и возможность изменения его размеров обеспечивает многовариантность планировки зданий и сооружения.
Целесообразно, чтобы, по крайней мере, у части плит перекрытий, по крайней мере, часть ребер жесткости содержала вмонтированные в нижние торцевые поверхности ребер жесткости
вставки из материала, обеспечивающего возможность легкого введения в него крепежных элементов, например из пластмассы.
Наличие таких вставок на нижних торцевых поверхностях ребер жесткости обеспечивает возможность простого крепления к ним подшивного потолка, что значительно упрощает и удешевляет отделочные работы.
Целесообразно выполнять плиты армированными с выпуском рабочей арматуры, по крайней мере, по поперечным торцам верхнего пояса плит перекрытия.
Наличие выпусков арматуры по поперечным торцам верхнего пояса плит перекрытия позволяет соединить плиты между собой сваркой с замоноличиванием стыков, что обеспечивает их работу по неразрезной схеме. В результате такого соединения создается абсолютный диск перекрытия.
Настоящее техническое решение далее подробно описано на примерах его реализаций со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг.1 - рамная конструкция П-образной формы и схема соединений таких рамных конструкций;
Фиг.2 - вариант рамной конструкция П-образной формы с выступающей ригельной частью и схема соединения таких рамных конструкций;
Фиг.3 - вариант соединения рамной конструкция П-образной формы с выступающей ригельной частью;
Фиг.4 - вариант рамной конструкция Н-образной формы с выступающей ригельной частью и схема соединения;
Фиг.5 - монтажный узел соединения колонных частей;
Фиг.6 - элемент перекрытий, вид сверху;
Фиг.7 - разрез 7-7 на фиг.6, увеличенный масштаб;
Фиг.8 - фрагмент А на фиг.6;
Фиг.9 - сборный железобетонный каркас жилого здания;
Фиг.10 - разрез 10-10 на фиг.9 (Фиг.10а - с рамными конструкциями, показанными на фиг.3), Фиг.10б - разрез 10-10 на фиг.9 с рамными конструкциями, показанными на фиг.4);
На Фиг.1 - Фиг.4 показаны варианты несущего элемента сборного железобетонного каркаса - рамной конструкции, содержащей, по меньшей мере, две взаимно перпендикулярных несущих линейных части, выполненные за одно целое между собой. Преимущественно, рамные конструкции, показанные на Фиг.1 - Фиг.4, выполнены с возможностью размещения в поперечном направлении сборного железобетонного каркаса.
Показанная на Фиг.1 рамная конструкция 1 имеет П-образную форму и содержит первую и вторую несущие линейные части, выполненные в виде колонных частей 2 каркаса, и третью несущую линейную часть, поперечную к первой и второй частям и выполненную в виде ригельной части 3 каркаса.
Как показано на Фиг.1, рамные конструкции П-образной формы в сборном каркасе стыкуют между собой по колонным частям известными способами, например, посредством болтового соединения с последующим замоноличиванием стыков.
Преимущественно П-образная форма рамных конструкций может быть использована в сборных каркасах, предназначенных для небольших, малоэтажных строений, например при строительстве коттеджей.
Для обеспечения свободной планировки зданий, предпочтительно использовать рамные конструкции, в которых ригельная часть имеет длину большую, чем расстояние между параллельными колонными частями и по крайней мере один конец ригельной части выступает за одну из колонных частей.
Одним вариантом такого выполнения является показанная на Фиг.2. рамная конструкция 4, которая содержит две колонные части 2 и ригельную часть 3, размещенную поверх колонных частей 2 и имеющую участок 5, выступающий за одну из них.
Такие рамные конструкции могут быть соединены между собой своими выступающими участками 5 ригельных частей 3 (Фиг.2), например болтовым соединением с последующим замоноличиванием стыка.
При этом возможно изменение поперечного размера рамной конструкции 4 путем усечения выступающих участков 5 ригельных частей 3.
Возможно соединение рамных конструкций 4 между собой через ригельные элементы 6 (Фиг.3), каждый из которых выполнен с возможностью соединения с ригельными частями 3 рамных конструкций 4.
Другой вариант рамной конструкции 7 с выступающей ригельной частью показан на Фиг.4. Рамная конструкция 7 содержит две колонные части 2 и ригельную часть 3, размещенную между колонными частями 2 на половине их высоты и имеющую участок 5, выступающий за одну из них.
В данном случае рамные конструкции 7 могут быть также состыкованы известными способами непосредственно ригельными частями 3 (Фиг.4) либо через ригельные элементы (не показано).
При этом возможно изменение поперечного размера рамной конструкции 7 путем усечения выступающего участка 5 ригельной части 3.
Преимущество Н-образных рамных конструкций заключается в том, что стыки их вертикальных частей расположены в междуэтажном пространстве, то есть в зоне практически «нулевых» изгибающих моментов, а также в удобстве производства работ при выполнении монтажных узлов соединения вышерасположенной рамной конструкции с нижестоящей.
Рамные конструкции предпочтительно выполнять толщиной 400 (500) мм.
Ширина колонных частей 2 рамных конструкцию 4 и 7 может меняться в зависимости от этажности здания и, соответственно, от величины вертикальной нагрузки, а также от применяемых классов бетона и степени насыщения элементов арматурой.
Ригельная часть 3, в основном, имеет постоянную высоту во всех типах рамных конструкций, определяемую по максимальному пролету (82500 мм) и составляет 500 мм.
Ригельные элементы 6 имеют те же поперечные размеры, что ригельные части 3 монолитных рамных конструкций, а длина их выбирается из планировочных потребностей зданий, но не может быть больше 6000 мм.
Максимальные габариты рамных конструкций ограничены возможностями транспортировки, так как их изготовление осуществляют в заводских условиях.
Возможны и иные, кроме описанных выше, варианты выполнения рамных конструкций сборного железобетонного каркаса.
Для упрощения стыковки колонных частей 2 вышестоящей рамной конструкции с нижестоящей в нижней концевой участок колонной части 2 вмонтирован, выступающий за его торец 8, штырь 9 (Фиг.5), а в противоположный конец (верхний) вмонтирована, выступающая за его торец 8, гильза 10 с ответным штырю 9 каналом 11. При этом штыри 9 и гильзы 10 рамных конструкций выполнены с возможностью вхождения штыря 9 одной рамной конструкции в канал 11 гильзы 10 другой рамной конструкции.
При установке вышестоящей рамной конструкции на нижестоящую, штырь 9, входя в гильзу 10, работает как направляющая, что упрощает стыковку рамных конструкций. Предварительно штырь 9 закрепляют в гильзе 10 посредством клея, образуя временный узел, который позволяет фиксировать рамные конструкции в заданном положении до выполнения сварочных работ. При этом авторами установлено, что такой временный монтажный узел обладает достаточной прочностью, чтобы нести три этажа, что обеспечивает более быстрое высвобождение крановых механизмов.
На фиг.6 показан элемент перекрытия 12 сборного железобетонного каркаса, содержащий плиту 13, выполненную многореберной с продольными ребрами 14 жесткости, расположенными с небольшим интервалом друг относительно друга.
В предпочтительном варианте элемент перекрытия выполняют максимально допустимого размера - 2400.00. Возможно различное
расстояние между ребрами жесткости, которое задается трансформируемыми деталями формооснастки.
Выполнение элемента перекрытия в виде многореберной плиты шириной 2400.00 мм позволяет, в зависимости от заданного проекта здания, на строительной площадке изменять размеры элемента перекрытия, путем отсекания части плиты в продольном и/или поперечном направлениях, что обеспечивает многовариантность планировки возводимого здания.
Ширина элемента перекрытия в 2400.00 мм определена из условия наиболее предпочтительных размеров монолитных рамных конструкций и условия кратности традиционно используемой ширине - 1200.00 мм, а также возможностями транспортировки.
В нижние торцевые поверхности ребер 14 жесткости вмонтированы вставки 15 (Фиг.7) из материала, обеспечивающего возможность легкого введения крепежных элементов, например, из пластика.
При отделочных работах к ребрам 14 жесткости крепят подшивной потолок 16, путем введения крепежных элементов 17 во вставки 15 из пластика, что значительно проще, чем крепление к бетону.
В межреберном пространстве могут быть проложены необходимые коммуникации.
Плита 13 выполнена армированной с выпуском рабочей арматуры 18 (Фиг.8) по крайней мере, по поперечным торцам 19 верхнего пояса плиты перекрытия.
При монтаже каркаса элементы перекрытий 12 соединяют между собой сваркой через выпуски рабочей арматуры, что обеспечивает их работу по неразрезной схеме.
На Фиг.9 показан сборный железобетонный каркас 20 в плане, на Фиг.10а и Фиг.10б разрез 10-10 соответственно с разными вариантами выполнения рамных конструкций.
Каркас 20 содержит элементы перекрытий 12, рамные конструкции 4 (Фиг.10а) или 7 (Фиг.10б) выполненные,
соответственно, П-образной формы с выступающими ригельными частями 3 или Н-образной формы с выступающими ригельными частями 3. Возможно выполнение сборного железобетонного каркаса из рамных конструкций иной формы.
На Фиг.10б колонные части 2 рамных конструкций 7 состыкованы между собой на межэтажном участке, а на Фиг.10а колонные части 2 монолитных рамных конструкций 4 состыкованы между собой на уровне перекрытия. Для соединения колонных частей рамных конструкций предпочтительно использовать описанный выше временный монтажный узел со штырем и гильзой на колонных частях.
Общая сборка каркаса осуществляется известными методами.
Благодаря объединению колонных и ригельных частей в единую рамную конструкцию, номенклатура несущих элементов сборного каркаса сокращается с принятого в известных схемах числа от 15-20 до 3-4 в предлагаемой.
При этом в заводские условия (в цех) переносится значительная часть сборки каркаса, что позволяет в несколько раз снизить трудоемкость устройства каркаса на строительной площадке и убрать со стройки дорогостоящие механизмы быстрее в полтора раза.