ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС СЕЙСМОСТОЙКОГО МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к железобетонным каркасам сейсмостойких многоэтажных зданий, и может быть использована для возведения многоэтажных зданий с железобетонным каркасом, воспринимающих горизонтальные сейсмические и ветровые нагрузки.
Из уровня техники известны различные варианты железобетонных каркасов зданий.
Из документа CN 101481929 A известен железобетонный каркас, который выполнен с поперечными элементами жесткости.
Недостатком данного каркаса при воздействии горизонтальных нагрузок является преобладающее влияние изгибающих моментов, определяющих прочность и жесткость каркаса.
Из документа CN 103233509 A известен железобетонный каркас, состоящий из колонн и балок, которые выполнены в виде железобетонного сердечника с косыми элементами жесткости.
Недостатком данного каркаса также является низкая жесткость и прочность.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является документ KR 101311207 B1, из которого известен железобетонный каркас многоэтажных зданий, который имеет колонны и балки, которые выполнены в виде бетонного сердечника и коробчатого стального кожуха.
Недостатком наиболее близкого аналога является низкая жесткость и прочность конструкции.
Таким образом, техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель является повышение жесткости и прочности каркаса, а соответственно и увеличение сейсмостойкости самого здания в целом.
Заявленный технический результат полностью достигается совокупностью признаков независимого пункта заявленной формулы полезной модели.
Предлагаемая конструкция каркаса изменяет ее режим работы: изгибающие моменты практически исключаются из силовых факторов определяющих прочность и жесткость каркаса. Элементы каркаса - ригели и колонны работают в основном на поперечные, продольные и сдвигающие усилия, то есть, преимущественно на сжатие-растяжение.
Железобетонный каркас сейсмостойкого многоэтажного здания представляет собой монолитную железобетонную конструкцию из колонн и ригелей, расположенных под прямым углом друг к другу. Каждая колонна состоит из внутреннего железобетонного ядра, оснащенного по граням закладными деталями из листового проката, и внешней стальной коробчатой оболочки, которая установлена с зазором и параллельно закладным деталям. В указанном зазоре установлены стальные связи сдвига, имеющие уголковое равнополочное сечение. Каждый ригель состоит из среднего железобетонного элемента с закладными деталями по верхнему и нижнему поясам из листового проката, и из нижнего и верхнего поясных стальных элементов, которые установлены с зазором и параллельно закладным деталям. В указанном зазоре установлены стальные связи сдвига, имеющие уголковое равнополочное сечение.
Стальные связи сдвига каждого ригеля установлены параллельно друг другу.
Стальные связи сдвига каждой колонны установлены перпендикулярно оси колонны.
Стальные связи сдвига каждой колонны установлены горизонтально.
Коробчатые оболочки и закладные детали каждой колонны, а также закладные детали и поясные стальные элементы каждого ригеля оснащены системой отверстий с одинаковым шагом, которые используются для установки стальных связей сдвига.
Каждая колонна имеет в поперечном сечении прямоугольник, в частности квадрат.
Далее более подробно заявленная полезная модель поясняется чертежами, на которых:
На фиг. 1 изображен схематичный план каркаса (вид сверху);
На фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1;
На фиг. 3 - фрагмент «Г» на фиг. 2;
На фиг. 4 - фрагмент «Д» на фиг. 2;
На фиг. 5 - узел «А» на фиг. 2;
На фиг. 6 - узел «Б» на фиг. 2;
На фиг. 7 - узел «В» на фиг. 2;
На фиг. 8 - сечение 1-1 по ригелю на фиг. 2;
На фиг. 9 - сечение 2-2 по колонне на фиг. 2; 4.
На фиг. 10 - Узел «Е» (ригель) на фиг. 3-7;
На фиг. 11 - Узел «Ж» (колонна) на фиг. 3-7;
На фиг. 12 - стальная связь сдвига отдельно;
На фиг. 13 - элементы конструкции из листового проката с отверстиями.
Заявленный железобетонный каркас сейсмостойкого многоэтажного здания включает в себя соединенные между собой трехэлементные несущие конструкции: колонны и ригели.
Каждая железобетонная колонна состоит из внутреннего железобетонного ядра (1), оснащенного по граням закладными деталями (2) из листового проката, и внешней стальной коробчатой оболочки (3), которая установлена с зазором и параллельно закладным деталям (2). В указанном зазоре установлены стальные связи (4) сдвига, имеющие уголковое равнополочное сечение. Причем, стальные связи (4) сдвига колонны установлены перпендикулярно оси колонны.
Каждый железобетонный ригель состоит из среднего железобетонного элемента (5) с закладными деталями (6) по верхнему и нижнему поясам из листового проката, из нижнего и верхнего поясных стальных элементов (7), которые установлены с зазором и параллельно закладным деталям (6). В указанном зазоре установлены стальные связи (8) сдвига, имеющие уголковое равнополочное сечение.
Стальные связи (8) сдвига ригеля установлены параллельно друг другу.
Коробчатые оболочки (3) и закладные детали (2) каждой колонны, а также закладные детали (6) и поясные стальные элементы (7) каждого ригеля оснащены системой отверстий (9) с одинаковым шагом, которые используются для установки стальных связей сдвига (4 и 8).
Сплачивание стальных связей (4) сдвига с закладными деталями (2) и с коробчатой оболочкой (3) каждой колонны выполняется при помощи сварки с проплавлением металла.
Сплачивание стальных связей (8) сдвига с закладными деталями (6) и с поясными стальными элементами (7) каждого ригеля выполняется при помощи сварки с проплавлением металла.
Внутренние железобетонные ядра колонн и средние железобетонные элементы ригелей представляют собой единую монолитную основную деталь каркаса.
Вся конструкция каркаса устанавливается на фундамент любым известным образом и в любой последовательности.
Такое выполнение обеспечивает большую жесткость, позволяя конструкции выдержать большие нагрузки.
Такое конструктивное решение элементов железобетонного каркаса (колонны и ригели) многоэтажного здания основано на эффекте замены изгибающего момента на поперечные и сдвигающие усилия. Изгибающие моменты, незначительные по величине, локализуются в основном в пределах шага стальных связей сдвига, а не накапливаются по длине конструктивных элементов железобетонного каркаса.
Регулирование параметров предельных состояний железобетонной каркасов зданий выполняется оптимизацией величины зазора между закладными деталями и коробчатой оболочкой каждой колонны, и оптимизацией величины зазора между закладными деталями и поясными стальными элементами каждого ригеля, а также шагом стальных связей сдвига в колоннах и ригелях.
Несущая способность колонн и ригелей железобетонного каркаса определяется максимальными краевыми напряжениями и максимальными касательными напряжениями в стальных связях сдвига.
Оптимальная жесткость стальных связей сдвига будет такой, при которой несущая способность колонн и ригелей окажется одинаковой по этим двум критериям.
Таким образом, выполнение железобетонного каркаса приведенной выше конструкции обеспечивает увеличение жесткости здания.