КАРКАС ЗДАНИЯ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Полезная модель относится к строительству каркасных зданий из сборного железобетона с применением предварительного напряжения в условиях строительной площадки и предназначено для возведения гражданских, жилых и иных сооружений, в том числе, в сейсмических районах.
Известен каркас многоэтажного здания, включающий сборные или монолитные колонны, через которые пропущены неразрезные железобетонные монолитные несущие ригели, в плоскости которых размещены сборные многопустотные плиты перекрытий заводского изготовления, сопряженные с ригелями. Армирование ригелей выполнено в виде армокаркасов заводской сборки со сквозной продольной рабочей арматурой, которые заанкереы за колонны в каждом пролете. [Патент 41752 РФ, МПК Е04В 1/18. Каркас многоэтажного здания / Бахарев В.А., Живага Ю.А. и Антонович В.Ф. - №2003121046/20; заявл. 11.07.2003; опубл. 10.11.2004] [1].
Известное решение позволяет упростить монтаж и возведение каркаса многоэтажного здания, но не обеспечивает надежность при эксплуатации, особенно в условиях повышенной горизонтальной, а также сейсмической нагрузки.
Известен каркас железобетонного здания, в котором фиксацию колонн осуществляют в нагруженном состоянии натяжением по диагоналям в перекрестном направлении канатов с последующим бетонированием и отпуском канатов, причем фиксацию колонн выполняют в шахматном порядке с образованием предварительно-напряженных ячеек, начиная с углов здания [Патент 2283401 РФ, МПК Е04В 1/18 (2006.01). Способ строительства каркасных зданий / Трофимов В.И., Кукуть В.А., Гультяев В.И. - №2005107984/03, заявл. 21.03.2005; опубл. 10.09.2006 г., Бюл. №25.] [3].
Натяжение канатов по диагоналям в перекрестном направлении обеспечивает предварительное вертикальное нагружение колонны, что повышает ее устойчивость при монтаже. Надежность работы известной конструкции при эксплуатации зданий в сложных реальных условиях маловероятна.
Известен каркас железобетонного здания, в котором пропуск арматуры сквозь колонны между плитами и натяжение ее осуществляют во взаимно перпендикулярных направлениях. Осуществляют выдержку до набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности с последующей передачей усилия натяжения на бетон по периметру здания и последующим омоноличиванием швов между плитами. После набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности усилие натяжения арматуры на бетон передают попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях поэтапно, с последующим полным отпуском натяжения [Патент 2206674 РФ МПК Е04В 1/18, Е04В 1/22. Способ возведения безригельного каркаса здания / Маркаров Н.А.; Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона». - №2001127524/03, заявл. 11.10.2001; опубл. 20.06.2003.] [4].
Недостатками известного решения являются значительные материальные затраты, связанные с использованием в качестве плит перекрытия ребристых плит. Затраты возникают из-за сложности монтажа и обжатия ребристых плит, требующих специального оборудования.
Известна конструкция каркаса железобетонного здания с преднапряжением перекрытий при помощи натяжения канатов в двух ортогональных направлениях [Патент 2199632 РФ, МПК Е04В 1/18, Е04В 1/22. Способ натяжения канатной арматуры при изготовлении сборно-монолитных перекрытий зданий с безригельным каркасом / Мартынов А.А. - №2001115759/03, заявл. 13.06.2001; опубл. 27.02.2003.] [5].
К недостаткам известной конструкции следует отнести использование ребристых плит, что ведет к удорожанию строительства без увеличения его надежности.
Техническим результатом полезной модели является повышение безопасности и надежности строительства каркасных зданий, в том числе, в условиях сейсмичности, снижение материальных затрат при строительстве.
Технический результат достигается тем, что каркас здания из железобетона, включающий сборные колонны с отверстиями в двух ортогональных направлениях для напрягаемых арматурных канатов и плиты перекрытия, представляет собой единую пространственную конструкцию, образуемую натяжением на бетон в построечных условиях арматурных канатов, которые проложены в зазорах между элементами перекрытий и пропущены через отверстия колонн, расположенные в пределах примыкания горизонтальных элементов каркаса в двух уровнях. Единая пространственная конструкция состоит из конструктивных ячеек, представляющих собой диски перекрытия, расположенные между осями колонн с соединяющими их сборно-монолитными ригелями с напряженными арматурными канатами, расположенными в двух уровнях. В конструктивную ячейку могут входить диафрагмы жесткости. Плиты перекрытия выполнены в виде унифицированных малогабаритных многопустотных плит заводского изготовления.
Анкеровка предварительно напряженных арматурных элементов осуществляется на наружных колоннах при помощи цанговых захватов.
Сборно-монолитные ригели включают бортовые элементы.
Увеличение несущей способности горизонтального стыка диафрагмы и перекрытия осуществляют при помощи шпонок.
Конструктивная схема представленного каркаса здания системы «Байкал» - рамно-связевая. Пространственная система несущих рам каркаса образуется колоннами, диафрагмами жесткости, сборными плитами перекрытий, сборно-монолитными ригелями, бортовыми элементами или балконными плитами, расположенными по фасадным осям зданий.
Горизонтальные нагрузки (сейсмические колебания и ветер) воспринимаются и передаются через диафрагмы жесткости, которые находятся между колоннами в местах предусмотренных проектом здания. Количество, расположение и размеры диафрагм жесткости зависят от величины горизонтальных сил и определяют расчетом.
Арматурные канаты прокладываются в двух ортогональных направлениях по всем осям здания.
Ячейки несущего каркаса образуются диском перекрытия, состоящим из сборных многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования. При этом панели соседних ячеек стыкуются через предварительно-напряженный ригель.
Сечение ригеля представляет собой сборно-монолитный элемент. Сборные части (бортовые элементы и плиты перекрытия или балконные плиты) обжаты гранями колонн, а в монолитной части располагаются напряженные канаты.
Зазоры в местах примыкания элементов перекрытия к колоннам (места передачи обжатия) и зазоры между элементами перекрытия одной ячейки до натяжения канатов, заделывают мелкозернистым бетоном класса по прочности на сжатие не ниже В30 группы Б. Монолитную часть ригелей выполняют из тяжелого мелкозернистого бетона класса по прочности на сжатие не менее В25 группы А.
Анкеровку канатов после их натяжения осуществляют цанговыми захватами, обеспечивающими надежное удержание канатов в проектном положении и исключающие их проскальзывание.
Для пропуска напрягаемых арматурных канатов в колоннах предусмотрены отверстия в двух ортогональных направлениях. Отверстия в колоннах располагаются в пределах узлов примыкания горизонтальных элементов каркаса в двух уровнях.
Вертикальная нагрузка от междуэтажных перекрытий на колонны передается трением в местах соединения междуэтажных перекрытий и колонн.
Возможность применения многопустотных плит перекрытий вместо ребристых позволяет проводить монтаж в более короткие сроки, значительно экономить на перевозке плит и отделке здания, улучшить звуко-тепло-изоляционные характеристики перекрытий, улучшить качество отделки здания.
Полезная модель поясняется представленными чертежами.
Фиг.1 - приведена принципиальная схема каркаса здания.
Фиг.2 - план здания с колоннами и диафрагмами.
Фиг.3 - фрагмент разреза здания с установленными диафрагмами.
Фиг.4 - узел, примыкающий к колонне, с наличием бортовых элементов при шаге колонн 4,2×4,2 м.
Фиг.5 - узел, примыкающий к крайней наружной колонне с цанговым креплением армирующих канатов при шаге колонн 4,2×4,2 м.
Фиг.6 - узел, примыкающий к средней колонне, с наличием бортовых элементов при шаге колонн 6×6 м или 6×7,2 м.
Фиг.7 - узел, примыкающий к крайней наружной колонне с цанговым креплением армирующих канатов, при шаге колонн 6×6 м или 6×7,2 м.
Сборно-монолитный предварительно-напряженный железобетонный каркас здания или сооружения имеет колонны 1, пустотные плиты перекрытия 2, арматурные канаты 3, бортовые элементы 4, диафрагмы жесткости 5, зоны замоноличивания 6, цанговые захваты 7.
Колонны 1, плиты перекрытия 2, бортовые элементы 4 в виде балок и напрягаемые арматурные канаты 3 образуют предварительно-напряженные ячейки 8, объединение которых в единую систему позволяет получить надежный и безопасный в эксплуатации каркас сооружения. Для увеличения несущей способности горизонтального стыка диафрагмы жесткости 5 и перекрытия введены монолитные шпонки. Анкеровку арматурных канатов 3 после их натяжения осуществляют при помощи цанговых захватов 7.
Фиксацию колонн 1 выполняют с образованием предварительно-напряженных ячеек 8. Образование предварительно-напряженных ячеек 8 позволяет равномерно распределить концентрации напряжений каркаса здания, тем самым усилить в целом конструкцию здания, обеспечить его повышенную несущую способность с минимальными затратами арматуры и бетона.
Разработанная ячейковая конструкция каркаса здания - система «Байкал» - применима при новом строительстве, при реконструкции и капитальном ремонте зданий и сооружений различного назначения.
Сборно-монолитный элемент, выполняющий роль ригеля в системе «Байкал», обжат гранями колонн. Зазоры в местах примыкания элементов перекрытий (плиты перекрытия 2 и бортовые элементы 4 в виде балок) к колоннам 1 и зазоры между элементами перекрытия одной ячейки до натяжения арматурных канатов 3 заделывают тяжелым мелкозернистым бетоном с прочностью на сжатие не ниже В30 группы Б. Монолитная часть ригеля выполняется после натяжения арматурных канатов 3. Замоноличивание части ригеля с установленной арматурой производят тяжелым мелкозернистым бетоном, имеющим прочность на сжатие не менее В25 группы А.
При эксплуатации зданий каркас системы «Байкал» работает как единая пространственная конструкция. Вертикальная нагрузка на перекрытия равномерно распределяется по всей площади и через объединяющие их замоноличенные предварительно напряженные участки усилия передается колоннам. В предлагаемом каркасе происходит полное перераспределение усилий между его элементами, что обеспечивает высокую надежность конструктивного решения.
Возведение каркаса производят в следующей последовательности.
На выполненном фундаменте устанавливают и инструментально выверяют колонны 1. По свежевыложенному слою цементно-песчаного раствора устанавливают и одновременно при помощи инвентарных приспособлений фиксируют в проектном положении панели диафрагм жесткости 5. Затем устанавливают инвентарные металлические столики для опирания элементов перекрытия в уровне первого перекрытия. На опорные столики укладывают элементы перекрытия монтируемого этажа в проектное положение. Далее производят замоноличивание зазоров или контактных стыков между элементами перекрытия одной ячейки и между колоннами и элементами перекрытия мелкозернистым бетоном класса В30 группы Б. После набора бетоном контактных стыков передаточной прочности выполняют натягивание арматурных канатов 2 по всем осям монтируемого перекрытия с последующим замоноличиванием каналов, в которых проходят арматурные канаты между элементами перекрытия, бетоном класса В25 группы А. Каналы в колоннах инъецируют цементной эмульсией с В/Ц=0,38-0,45.
Конструктивные элементы системы «Байкал» применимы в рамно-связевых схемах несущих каркасов зданий при восприятии горизонтальных, в том числе сейсмических нагрузок.
Конструкции каркаса системы «Байкал» предназначены для применения в строительстве зданий со следующими объемно-планировочными параметрами:
- высота этажа - 3,0 м;
- пролеты рам в поперечном направлении 4,2; 6,0 и 7,2 м;
- пролеты рам в продольном направлении 4,2 и 6,0 м;
- этажность здания до 16 этажей при сейсмике до 8 баллов;
- этажность здания до 9 этажей при сейсмике 9 баллов.
Внедрение в строительство зданий, выполненных в конструкциях системы «Байкал», имеет ряд значительных преимуществ.
Значительно сокращаются затраты на строительство из-за уменьшения расходов на основные материалы (бетон и арматуру).
Система «Байкал» позволяет снизить вес несущих конструкций, а следовательно, уменьшить действие нагрузки на фундамент и действие сейсмической нагрузки на здание в целом.
За счет использования многопустотных плит перекрытия (в сравнении с ребристыми плитами), происходит снижение транспортных расходов и стоимости отделочных работ, улучшение звуко- и теплоизоляционных показателей перекрытий.
Использование типовых элементов, в том числе, многопустотных плит перекрытий безопалубочного формования, изготовленных в заводских условиях, позволяет обеспечить высокую технологичность при монтаже конструкции каркаса, ведение круглогодичного строительства без нарушения его качества, сокращение сроков строительства.
Хорошая архитектурная пластичность позволяет использовать любые наружные фасадные системы: от кирпичных до навесных фасадов.
На инновационную разработку системы «Байкал» «Железобетонные конструкции сборно-монолитного каркаса с многопустотными плитами перекрытий с натяжением арматуры в построечных условиях» Федеральный Центр сертификации дал техническую оценку, на основании которой Министерство регионального развития Российской Федерации выдало техническое свидетельство.
Источники информации
1. Патент 41752 РФ, МПК Е04В 1/18. Каркас многоэтажного здания / Бахарев В.А., Живага Ю.А. и Антонович В.Ф. - №2003121046/20; заявл. 11.07.2003; опубл. 10.11.2004
2. Патент 2283401 РФ, МПК Е04В 1/18 (2006.01). Способ строительства каркасных зданий / Трофимов В.И., Кукуть В.А., Гультяев В.И. - №2005107984/03, заявл. 21.03.2005; опубл. 10.09.2006 г., Бюл. №25.
3. Патент 2206674 РФ МПК Е04В 1/18, Е04В 1/22. Способ возведения безригельного каркаса здания / Маркаров Н.А.; Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона». - №2001127524/03, заявл. 11.10.2001; опубл. 20.06.2003.
4. Патент 2199632 РФ, МПК Е04В 1/18, Е04В 1/22. Способ натяжения канатной арматуры при изготовлении сборно-монолитных перекрытий зданий с безригельным каркасом / Мартынов А.А. - №2001115759/03, заявл. 13.06.2001; опубл. 27.02.2003.