Каркасная универсальная полносборная архитектурно-строительная система
FRAMEWORK UNIVERSAL PREFABRICATED ARCHITECTURAL AND CONSTRUCTION SYSTEM

Область применения
Изобретение относится к области строительства, к конструкциям каркасов жилых и общественных многоэтажных зданий повышенной сейсмостойкости при эксплуатации в районах с расчетной сейсмичностью до 8-ми баллов по шкале MSK.
Уровень техники
Известен типовой сборный рамный каркас серии ИИ-20 для промышленных зданий (Банков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции», М., СИ, 1985), включающий колонны с трапециевидными консолями для опоры -образных ригелей, на полках которых уложены ребристые плиты.
Недостатками этого решения является наличие выступающих вниз консолей колонн, полок ригелей и ребер плит, что неудобно для гражданских зданий, а также имеются большие трудозатраты и расход стали в ригелях, плитах и в рамном стыке ригелей с колоннами.
Известен типовой связевый каркас серии 1.020-1/83 (Серия 1.020-1/83 «Конструкции каркаса межвидового применения для многоэтажных общественных зданий, производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий», разработаны ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристических комплексов, ЦНИИ промзданий, НИИЖБ Госстроя), включающий колонны с потайными консолями, на которые опираются подрезками Т-образные ригели. Ригели и пустотные плиты выполнены предварительно напряженными, а стык ригелей с колоннами - шарнирным.
Недостатками технического решения являются наличие ригелей, расположенных в каркасе только в одном направлении, низкая жесткость и огнестойкость связевых плит перекрытий, ограниченность планировочных возможностей каркаса из-за выступающих вниз полок ригелей.
Известен сборный железобетонный каркас многоэтажного здания (патент RU 135668 МПК Е04В 1/20 опубл. 20.12.2013), включающий несущие колонны, ригели, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек. Плиты перекрытия выполнены многопустотными толщиной 160 мм и опираются на ригели с поперечным армированием в опорной зоне в виде П-образных сеток, образующих замкнутый контур. Вертикальные несущие пластины ригеля установлены под прямым углом, а по всей длине наклонных граней ригеля выполнены углубления круглой формы с фасками для образования шпонок.
Недостатками известного решения являются ограничение области применения каркаса в сейсмонеопасных районах с расчетной сейсмичностью свыше 6 баллов по шкале MSK, а также меньшие показатели по энергоэффективности, связанные с конструктивными решениями ограждающих конструкций, включающих теплопроводные включения.
Известен рамный в двух направлениях каркас серии ИИС-04 для зданий высотой до четырех этажей, выбранный за прототип (Государственный комитет по гражданскому строительству и архитектуре при Госстрое СССР. Типовые конструкции и детали зданий и сооружений. Индустриальные изделия для строительства гражданских и многоэтажных промышленных зданий в сейсмических районах СССР. ИИС-04. Сборные элементы зданий каркасной конструкции. Разработаны ТбилЗНИИЭП. Утверждены и введены в действие приказом государственного комитета по гражданскому строительству и архитектуре при Госстрое СССР за №248 от 31 декабря 1968 г.), который включает наряду с ригелями, устанавливаемыми в одном направлении, связевые балки, устанавливаемые в другом направлении. При этом ригели и балки образуют замкнутые ячейки диска перекрытия, заполненные сборными настилами из пустотных плит.
Недостатками прототипа являются отказ от стен-диафрагм, что снижает пространственную жесткость каркаса и допустимую этажность здания, и отсутствие в связевых балках шпоночных сопряжений, что исключает их совместную работу с настилом и уменьшает прочность и жесткость плит и ригелей.
Сущность изобретения
Техническая задача заключается в создании несущего сейсмостойкого каркаса здания, повышении энергоэффективности и качества строительства при одновременном снижении сроков строительства за счет использования сборных железобетонных конструкций максимальной заводской готовности.
Технический результат заключается в повышении надежности несущего каркаса здания при эксплуатации его в сейсмоопасных районах.
Технический результат достигается тем, что в каркасной универсальной полносборной архитектурно-строительной системе, включающей фундамент в виде свайного основания с промежуточной подушкой из щебня с бетонной подготовкой и монолитным железобетонным ростверком поверх нее, несущие колонны, продольные ненесущие ригели прямоугольного сечения, поперечные несущие ригели таврового сечения с полками для опирания плит перекрытия, для соединения с выпусками арматурных стержней из колонн в продольных ненесущих ригелях верхняя и нижняя продольная арматура выступает по торцам за грани ригелей, а в поперечных несущих ригелях верхняя продольная арматура выступает по торцам за грани ригелей, согласно предложенному решению монолитный железобетонный ростверк выполнен с выступающими монолитными столбами, установленными и зафиксированными на них сейсмоизолирующими опорами, на которых установлены и закреплены опорные башмаки, причем в верхней части монолитной железобетонной стойки опорного башмака и в торцах несущей колонны выполнены закладные детали в виде выступающей полой трубы с торцевой заглушкой, а между закладными деталями в стыке колонн с колонной и в стыке колонны с железобетонной стойкой опорного башмака установлена центрирующая рихтовочная прокладка из стального листа, перекрытие над подвалом выполнено в виде платформы, образованной перекрестной системой сборных железобетонных ригелей и плоских плит перекрытия, при этом ригели подвала опираются на плитные части опорных башмаков, а размеры сечения ригелей подвала больше, чем размеры сечения ригелей надземных этажей, в поперечных несущих ригелях надземных этажей в нижней части их торцов выступают стальные уголки, которыми несущие ригели опираются на консоли в виде стальных уголков, выступающих из несущих колонн, а в узлах стыков ригелей подвала между собой, ригелей надземных этажей с колоннами, узлах стыков колонн с колоннами и колонн с монолитными железобетонными стойками опорных башмаков выпуски соответствующих арматур соединяются посредством обжимных муфт, длина диафрагм жесткости надземных этажей равна расстоянию между несущими колоннами.
Сейсмоизолирующие опоры могут быть выполнены резинометаллическими.
Плиты перекрытия могут быть выполнены в виде беспустотных железобетонных панелей.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен монтажный план ригелей перекрытия и колонн надземных этажей фрагмента здания (типовой блок-секции);
на фиг. 2 представлен монтажный план ригелей перекрытия и колонн в уровне подвала фрагмента здания (типовой блок-секции);
на фиг. 3 представлен продольный разрез А-А по каркасу фрагмента здания (типовой блок-секции), обозначенный на фиг. 1 и 2;
на фиг. 4 представлен поперечный разрез Б-Б по каркасу фрагмента здания (типовой блок-секции), обозначенный на фиг. 1 и 2;
на фиг. 5 представлен опорный башмак;
на фиг. 6 представлен узел В сопряжения колонн по высоте, обозначенный на фиг. 4;
на фиг. 7 представлен узел Г сопряжения несущих перекрытие ригелей поперечных рам подвала и ригелей продольных рам подвала, обозначенных на фиг. 3;
на фиг. 8 представлен узел сопряжения несущих перекрытие ригелей поперечных рам надземных этажей с несущей колонной и ригелей продольных рам надземных этажей с колонной;
на фиг. 9 представлен разрез Д-Д по стыку несущих перекрытие ригелей поперечных рам надземных этажей;
на фиг. 10 представлен разрез Е-Е по стыку ригелей продольных рам надземных этажей;
на фиг. 11 представлен стык сопряжения с колонной в одном узле несущего перекрытие ригеля поперечных рам надземных этажей, ригеля продольных рам надземных этажей, несущей перекрытие диафрагмы жесткости поперечных рам и диафрагмы жесткости продольных рам;
на фиг. 12 представлен разрез Ж-Ж по стыку ригеля продольных рам надземных этажей с колонной с направлением взгляда на несущую перекрытие диафрагму жесткости поперечных рам и на несущий перекрытие ригель поперечных рам надземных этажей;
на фиг. 13 представлен разрез З-З по стыку несущего перекрытие ригеля поперечных рам надземных этажей с колонной с направлением взгляда на диафрагму жесткости продольных рам и на ригель продольных рам надземных этажей.
Осуществление изобретения
Несущий каркас каркасной универсальной полносборной архитектурно-строительной системы (КУПАСС) состоит из (фиг. 1-4):
- несущих колонн 1 прямоугольного сечения 400×400 мм высотой не более чем на три этажа, установленных с шагом 6,7 м в продольном направлении и с шагом 6,2; 2,4; 5,4 м в поперечном направлении;
- несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей таврового сечения высотой 400 мм и шириной 400 мм;
- ригелей 3 продольных рам надземных этажей прямоугольного сечения высотой 240 мм и шириной 400 мм;
- несущих перекрытие ригелей 4 поперечных рам подвала таврового сечения увеличенного размера по отношению к несущим ригелям поперечных рам 2 надземных этажей, высотой 600 мм и шириной 700 мм;
- ригелей 5 продольных рам подвала прямоугольного сечения увеличенного размера по отношению к ригелям 3 продольных рам надземных этажей, высотой 600 мм и шириной 700 мм;
- несущих перекрытие диафрагм жесткости 6 поперечных рам толщиной 160 мм, высотой на один этаж и длиной, равной расстоянию между несущими колонами 1;
- диафрагм жесткости 7 продольных рам толщиной 160 мм, высотой на один этаж и длиной, равной расстоянию между несущими колонами 1;
- плит перекрытия 8, которые выполнены беспустотными толщиной 160 мм, плиты перекрытия 8, расположенные возле крайних рядов несущих колонн 1, могут выступать за наружные грани колонн, образуя балконные плиты.
Монолитный железобетонный ростверк 9 имеет выступающие монолитные столбы 10 сечением 1000×1000 мм, предназначенные для опирания сейсмоизолирующих опор 11, например, резинометаллических со свинцовым сердечником. Передача нагрузок от здания (несущего каркаса) на сейсмоизолирующие опоры 11 производится посредством опорных башмаков 12 (фиг. 3 и 4). Крепление сейсмоизолирующих опор 11 к выступающим монолитным столбам 10 и к опорным башмакам 12 производится посредством болтов в соответствии с требованиями крепления сейсмоизолирующих опор 11.
Опорный башмак 12 (фиг. 5) состоит из железобетонной плитной части 13 (фиг. 5) сечением 1000×1000 мм и высотой 600 мм и из монолитной железобетонной стойки 14 прямоугольного сечения 400×400 мм. Монолитная железобетонная стойка 14 в верхней части имеет закладную деталь 15 в виде выступающей полой трубы с торцевой заглушкой. Также монолитная железобетонная стойка 14 в верхней части имеет выпуски арматуры 16. Закладная деталь 15 и выпуски арматуры 16 предназначены для выполнения узла стыка с несущими колоннами 1, которые опираются на верх монолитной железобетонной стойки 14 опорного башмака 12.
Несущие колонны 1 по высоте (фиг. 6) состыкованы путем соединения выпусков продольной арматуры 17 колонны 1 с помощью опрессовки их стальными обжимными муфтами 18. Опирание верхней стыкуемой несущей колонны 1 на нижнюю стыкуемую несущую колонну 1 предусмотрено через закладные детали 15. Между закладными деталями 15 установлена центрирующая рихтовочная прокладка 19 из стального листа. Закладные детали 15 верхней стыкуемой несущей колонны 1 и нижней стыкуемой несущей колонны 1 при монтаже фиксируются приваркой коротышей продольной арматуры 20. Стык несущих колонн 1 армируется сварными арматурными сетками и омоноличивается мелкозернистым бетоном.
Узел стыка несущих колон 1 с монолитной железобетонной стойкой 14 выполняется аналогичным образом.
Стык в одном узле несущих перекрытие ригелей 4 поперечных рам подвала смежных пролетов между собой и ригелей 5 продольных рам подвала смежных пролетов между собой (фиг. 7) осуществляется путем опирания несущих перекрытие ригелей 4 поперечных рам подвала и ригелей 5 продольных рам подвала на плитную часть 13 опорного башмака 12. Выпуски продольной арматуры 21 в верхней части несущих перекрытие ригелей 4 поперечных рам подвала смежных пролетов, а также ригелей 5 продольных рам подвала смежных пролетов стыкуются при помощи обжатия стальными обжимными муфтами 18 со стыковыми арматурными стержнями 22, вставленными между выпусками продольной арматуры 21 в верхней части несущих перекрытие ригелей 4 поперечных рам подвала и ригелей 5 продольных рам подвала смежных пролетов. Узел дополнительно армируется сварными арматурными каркасами 23 и омоноличивается мелкозернистым бетоном.
Стык в одном узле несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей с несущей колонной 1 (фиг. 8-10) осуществляется путем опирания выпусков в виде двух стальных уголков 24 из торцов несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей на консоли в виде двух стальных уголков 25, выступающих из несущих колонн 1 в области стыка. Выпуски верхней рабочей арматуры 26 в торцах несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей стыкуются с выпусками арматурных стержней 27 из несущей колонны 1 при помощи обжатия и стальными обжимными муфтами 18.
Стык в одном узле ригелей 3 продольных рам надземных этажей с несущей колонной 1 (фиг. 8, фиг. 9) осуществляется путем обжатия стальными обжимными муфтами 18 выпусков верхней и нижней рабочей арматуры 28 в торцах ригелей 3 продольных рам надземных этажей с выпусками арматурных стержней 27 из несущей колонны 1. Между торцами несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей и гранями несущих колонн 1 в области стыка, а также между торцами ригелей 3 продольных рам надземных этажей и гранями несущих колонн 1 в области стыка устанавливаются сварные арматурные каркасы 23.
Узел стыка несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей с несущей колонной 1 и ригелей 3 продольных рам надземных этажей с несущей колонной 1 омоноличивается мелкозернистым бетоном.
Стык в одном узле несущей перекрытие диафрагмы жесткости 6 поперечных рам с несущей колонной 1 (фиг. 11-13) осуществляется путем приварки выпусков арматурных стержней 27 из несущей колонны 1 к горизонтальной закладной детали 29 в несущей перекрытие диафрагме жесткости 6 поперечных рам. Вертикальные закладные детали 30 в несущих перекрытие диафрагмах жесткости поперечных рам 6 верхнего и нижнего этажей соединяются между собой путем приварки к ним арматурных соединительных стержней 31. Между несущей колонной 1 и несущей перекрытие диафрагмой жесткости 6 поперечных рам в месте их стыка устанавливаются арматурные каркасы 23. Стык в одном узле диафрагмы жесткости 7 продольных рам с несущей колонной 1 осуществляется аналогичным образом - путем приварки выпусков арматурных стержней 27 из несущей колонны 1 к горизонтальной закладной детали 2 9 в диафрагме жесткости 7 продольных рам и соединением вертикальных закладных деталей 30 путем приварки к ним арматурных соединительных стержней 31. Стык омоноличивается мелкозернистым  бетоном.
При возведении каркаса подготавливают свайное основание. Устраивается промежуточная подушка из щебня, поверх которой заливается бетонная подготовка. По бетонной подготовке устраивается монолитный ростверк 9 с выступающими монолитными столбами 10, которые устраиваются в месте расположения несущих колонн 1. На выступающие монолитные столбы 10 устанавливаются сейсмоизолирующие опоры 11 и фиксируются к выступающим монолитным столбам 10 при помощи высокопрочных болтов. На сейсмоизолирующие опоры 11 устанавливаются плитные части 13 опорных башмаков 12 и фиксируются к ним при помощи высокопрочных болтов. На плитные части 13 устанавливаются несущие перекрытие ригели 4 поперечных рам подвала и ригели 5 продольных рам подвала. Выпуски продольной арматуры 21 в верхней части ригелей подвала 4 и 5 смежных пролетов соединяют посредством стыковых арматурных стержней 22 обжатием стальными обжимными муфтами 18.
На монолитный железобетонный ростверк 9 устанавливаются трехслойные стеновые панели подвала. Затем на ригели 4 и 5 подвала монтируются беспустотные плиты перекрытия 8 подвала, поверх которых укладывается слой монолитного железобетона толщиной 50 мм для обеспечения совместной работы всего перекрытия. Устанавливается опалубка и устраивается монолитная железобетонная стойка 14 опорного башмака 12.
Далее производится монтаж первого яруса несущих колонн 1 высотой на три этажа. Несущие колонны 1 закладными деталями 15, расположенными в их нижней части опираются через центрирующую рихтовочную прокладку 19 из стального листа на аналогичную закладную деталь 15, расположенную в верхней части монолитной железобетонной стойки 14 опорного башмака 12. Выпуски арматуры 16 монолитной железобетонной стойки 14 соединяются с выпусками продольной арматуры 17 в нижней части несущей колонны. 1 путем их обжатия стальными обжимными муфтами 18. Закладные детали 15 при монтаже соединяются коротышами из арматуры 20. Стык дополнительно армируется сварными арматурными сетками и омоноличивается мелкозернистым  бетоном.
Далее производится монтаж несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей и ригелей 3 продольных рам надземных этажей. Несущие перекрытие ригели 2 поперечных рам надземных этажей устанавливаются выпусками в виде двух стальных уголков 24, расположенных в их торце на консоли в виде двух стальных уголков 25, расположенных в несущих колоннах 1. Выпуски верхней рабочей арматуры 26 в торцах несущих перекрытие ригелей 2 поперечных рам надземных этажей соединяются с выпусками арматурных стержней 27 из несущих колонн 1 посредством обжатия стальными обжимными муфтами 18. Устанавливаются сварные арматурные каркасы 23 и производится заполнение узла мелкозернистым бетоном омоноличивания. Ригели 3 продольных рам надземных этажей при монтаже могут устанавливаться на временные поддерживающие конструкции. Соединение ригелей 3 продольных рам надземных этажей с несущей колонной 1 производится путем стыковки выпусков верхней и нижней рабочей арматуры 28 в их торцах с выпусками арматурных стержней 27 в несущей колонне 1 и обжатия их обжимными муфтами 18. Устанавливаются сварные арматурные каркасы 23 и производится заполнение узла мелкозернистым бетоном омоноличивания.
Устанавливаются несущие перекрытие диафрагмы жесткости 6 поперечных рам первого этажа и диафрагмы жесткости 7 продольных рам первого этажа. Узлы стыка их с несущими колоннами 1 в области узлов стыка несущих колонн с ригелями 2 и 3 устраиваются следующим образом. Выпуски арматурных стержней 27 из несущих колонн 1 привариваются к горизонтальным закладным деталям 29, расположенным в диафрагмах 6 и 7 в области стыка. Устанавливается сварной арматурный каркас 23. На этом процесс устройства узла приостанавливается до монтажа диафрагм 6 и 7 вышележащего этажа, которые устанавливаются после монтажа беспустотных плит перекрытия 8 и трехслойных стеновых панелей надземных этажей. Только после этого вертикальные закладные детали 30 в диафрагмах 6 и 7 смежных этажей соединяются путем приварки к ним арматурных соединительных стержней 31, после чего стык заполняется мелкозернистым  бетоном омоноличивания.
Производится монтаж беспустотных плит перекрытия 8 первого этажа и трехслойных стеновых панелей надземных этажей для первого этажа. Далее процесс монтажа ригелей перекрытия, диафрагм жесткости, плит перекрытия и стеновых панелей для вышележащих этажей повторяется аналогичным образом.
Все несущие конструкции здания имеют максимальную заводскую готовность, не требуют дополнительной доработки на строительной площадке и могут монтироваться "с колес". Количество монолитных работ при устройстве узлов сопряжения сборных железобетонных конструкций минимально, что позволяет вести монтаж здания при любых температурных условиях. Использование обжимных муфт в узлах сопряжения сборных железобетонных конструкций позволяет получать жесткие узлы до их омоноличивания и тем самым вести монтаж каркаса без технологических перерывов на набор прочности бетона омоноличивания узлов.
Предложенное техническое решение позволяет повысить эксплуатационные показатели и надежность конструкций несущего каркаса здания при уменьшении сроков возведения здания и возможности его эксплуатации в районах с расчетной сейсмичностью до 8-ми баллов по шкале MSK. Кроме того, количество монолитных работ при устройстве узлов сопряжения сборных железобетонных конструкций минимально, что позволяет вести монтаж здания при любых температурных условиях.