СВЯЗЕВЫЙ КАРКАС ЗДАНИЯ
BRACED FRAMING OF BUILDING

Изобретение относится к строительству зданий различного назначения с применением связевых каркасов.
Известны здания (одно- и многопролетные, одно- и многоэтажные), в которых восприятие горизонтальных нагрузок обеспечивается постановкой в связевые ячейки, образованные смежными колоннами и распорками (ригелями) связей из одиночных или парных стержней - крестовых, раскосных и т.д. (Козак Ю. «Высотные здания», М., СИ, 1986 г., стр.211-230). При очевидной простоте и эффективности такого решения серьезным недостатком является то, что их затруднительно (а во многих случаях и невозможно) использовать при наличии в ячейке оконного или дверного проема.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является каркас со связями в виде решетчатых портальных рам «П»-образного очертания с параллельными поясами и треугольными стойками, сходящимися в основании и крепящимися в углах связевой ячейки к колоннам с зазором от них и распорок (ригелей) для свободной деформации последних («Металлические конструкции. Справочник проектировщика» под ред. Н.П.Мельникова, М., СИ, 1980 г., стр.122-124).
К недостаткам такой конструкции относятся:
1) малая горизонтальная жесткость, особенно в случае небольших параметров портальной связи (пролет, высота этажа), что характерно для административных, жилых зданий и т.д.;
2) портальная связь является самостоятельной конструкцией, для которой трудно обеспечить совместную работу с колоннами и распорками (ригелями) связевого блока;
3) конструкция трудоемка в исполнении, неудобна при перевозке и монтаже;
4) повышенный расход металла, т.к. на портальную раму передается часть вертикальной нагрузки с колонн связевого блока.
Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, увеличение ее горизонтальной жесткости и улучшение работы под нагрузкой всего каркаса при одновременном улучшении показателей по расходу материалов, стоимости изготовления и монтажа.
Указанная цель достигается тем, что в связевом каркасе здания, имеющем колонны, балки (ригели) одного, распорки другого направления и раскосы связей, распорки по этажам выполняются решетчатыми с параллельными поясами и крепятся к колоннам по поясам шарнирно, между распорками устанавливаются решетчатые стойки с параллельными поясами с зазором от колонн и крепятся к ним в нескольких узлах по высоте этажа и к распоркам по поясам шарнирно, а наклонные раскосы между распорками и стойками крепятся к распоркам в любом узле, кроме соседнего с колонной.
Приведенная совокупность существенных признаков, характеризующая предлагаемую конструкцию, в литературе не описана. Новизна решения заключается в том, что теперь связи являются комплексной конструкцией, состоящей из отдельных элементов - решетчатых распорок и стоек с параллельными поясами и раскосов. Решетчатая распорка, хотя и крепится к колоннам шарнирно по поясам, за счет расстояния между поясами создает эффект жесткого сопряжения колонны и распорки, чем напоминает обычную рамную систему (для относительно невысоких зданий такое соединение уже обеспечит необходимую горизонтальную жесткость здания). Включение в конструкцию вертикальных решетчатых стоек с параллельными поясами, крепящихся к распоркам по поясам шарнирно, также за счет расстояния между поясами дает эффект жесткого узла между распорками и стойками, что дополнительно увеличивает горизонтальную жесткость системы. Кроме того, соединение стойки с колонной в нескольких узлах по высоте обеспечивает совместную работу основной колонны и связевой стойки, резко увеличивая горизонтальную жесткость конструкции. Другим важным достоинством предлагаемого решения является то, что связевые стойки могут быть смонтированы в самую последнюю очередь (после монтажа элементов перекрытий, стен, устройства полов и т.д.), и тогда на них не будет передаваться часть постоянной нагрузки от веса здания, что позволит уменьшить расход материалов и сделать работу всех элементов более простой и четкой. Связевых стоек может быть и по две в каждой ячейке, если только оконный или дверной проем не примыкает к колонне. При необходимости в систему вводятся обычные раскосы между распорками и стойками, что также увеличивает горизонтальную жесткость. Крепление раскосов в любой узел, кроме соседнего с колонной, позволяет «обойти» проем и не усложнять узел сопряжения колонны и распорки. И, вообще, такие связи можно устраивать практически во всех ячейках здания и по всем направлениям.
При кажущейся простоте такое решение является далеко неочевидным, о чем свидетельствует и тот факт, что за последние более чем двадцать лет создано много разнообразных конструктивных решений, которые, однако, решают частные проблемы в отдельности, а не в комплексе. Предлагаемая конструкция дает возможность применять ее для различных типов зданий, этажности, нагрузок и т.д. В этой связи можно утверждать, что предлагаемое решение соответствует критериям охраноспособности, предъявляемым к объектам изобретения.
На фиг.1, 2 приведен схематический вариант предлагаемого решения на примере стальных конструкций.
Связевый каркас здания (одно- и многопролетного, одно- и многоэтажного) включает колонны 1, балки 2 (ригели) одного, распорки 3 другого направления, стойки 4 и раскосы связей 5. Распорки 3 выполняются решетчатыми с параллельными поясами и крепятся к колоннам 1 по поясам с помощью шарниров 6. Усилия в поясах распорки 3, умноженные на ее рабочую высоту, создают момент, как в обычной рамной системе, хотя здесь этот эффект достигается более простым способом. Решетчатые стойки 4 с параллельными поясами устанавливаются между распорками 3 с зазором от колонн 1 и крепятся к распоркам 3 по поясам и к колоннам 1 в нескольких узлах по высоте с помощью шарниров 6. Обычные раскосы 5 устанавливаются между распорками 3 и стойками 4 и крепятся в любой узел распорки 3, кроме соседнего с колонной 1. Узел крепления раскосов 5 к распоркам 3 находится под уровнем пола 7 и не препятствует размещению проема.
Шарнирное соединение поясов стойки 4 с распоркой 3 также создает эффект рамного узла, повышая горизонтальную жесткость здания. Этот же эффект достигается и при соединении в нескольких узлах по высоте стоек 4 с колоннами 1, так как это теперь составная колонна и даже при небольшой ширине стоек 4 момент инерции составной колонны увеличивается многократно. Установка раскосов 5 (подкосов) еще более увеличивает горизонтальную жесткость системы. Отметим, что некоторые элементы предлагаемой конструкции в отдельных случаях могут и отсутствовать. Так, например, для относительно невысоких зданий жесткости соединений распорок 3 и колонн 1 может хватить для восприятия горизонтальных нагрузок и тогда стойки 4 и раскосы 5 можно не устанавливать и т.д.
Каркас многоэтажного здания монтируют в обычной последовательности. На готовый фундамент устанавливают колонны, по которым укладывают балки (ригели) одного и решетчатые распорки другого направления. После этого монтируют решетчатые стойки и раскосы целиком на этаж (ярус), после чего приступают к установке (устройству) стен, перекрытий и т.д. вплоть до монтажа всего здания. Последовательность монтажа некоторых элементов может быть и другой. Чтобы не передавать на решетчатые стойки и раскосы часть постоянной нагрузки от веса элементов здания, их монтируют в последнюю очередь (после устройства стен, перекрытий, полов и т.д.). В этом случае горизонтальная жесткость на период монтажа обеспечивается жесткостью узловых соединений распорок и колонн.
Основным достоинством предлагаемых конструкций является возможность устройства связей в зданиях любого назначения (одно- и многопролетных, одно- и многоэтажных), а также в любой ячейке здания, образованной смежными колоннами и ригелями (распорками), имеющей оконные, дверные проемы и т.д. или без них. При этом горизонтальная жесткость здания может варьироваться в широких пределах и для многих типов зданий можно отказаться от устройства связевых диафрагм, ядер жесткости и т.д.
Следствием всего этого является упрощение конструкции, более четкая и определенная работа элементов, снижение материалоемкости системы в целом на 25-35% и ускорение монтажа на 30-40%.