СБОРНО-МОНОЛИТНЫЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ КАРКАС ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности к железобетонным сборно-монолитным каркасным многоэтажным жилым и общественным зданиям.
Известен предварительно напряженный каркас здания индустриально-монтажной системы (ИМС). Конструктивную ячейку каркаса образуют одна или две панели перекрытия и четыре колонны без консолей и закладных деталей. Совместная работа конструкций обеспечивается за счет предварительного напряжения канатов в двух ортогональных плоскостях. Канаты прокладываются прямолинейно или с эксцентриситетом в зависимости от нагрузки и величины пролета. При строительстве по системе (ИМС) используют минимальное количество элементов: колонны, плиты перекрытий, бортовые балки.
После натяжения канатов каналы заполняются цементной эмульсией а пространство между плитами в местах расположения канатов замоноличивают мелкозернистым бетоном для защиты канатов от коррозии /1/.
Известный каркас системы ИМС является экономичной системой за счет эффективного использования предварительного напряжения и оптимальной формы поперечного сечения элементов, а также сейсмостойкой
Недостаток системы состоит в том, что конструкция ребристой плиты перекрытия не технологична при массовом изготовлении, требует специальных опалубочных форм больших производственных площадей и соответственно значительных затрат на ее освоение при использовании ребристых панелей перекрытий.
Наиболее близким техническим решением является каркас многоэтажного здания, включающий колонны с отверстиями в уровне перекрытий, сборно-монолитные ригели, расположенные в двух ортогональных направлениях и выполненные с предварительно напряженной арматурой пропущенной сквозь отверстия колонн и плиты перекрытий которые опираются на ригеля.
Недостатки указанного решения заключаются в ухудшении объемно планировочных решений из-за наличия ригелей. Сопряжение перекрытия с колоннами осуществляется только в одной плоскости одновременно с обжатием сборной части ригеля канатами. При этом сжимаемость сборной части ригеля на порядок меньше, чем жесткость продольных швов между плитами перекрытия, которые опираются на сборную часть ригеля, что существенно снижает несущую способность основного узла сопряжения горизонтального диска перекрытия к колонне.
Техническая задача заключается в снижении материалоемкости за счет уменьшения доли монолитных элементов, обеспечение свободных планировочных решений за счет исключения выступающих частей ригеля во внутреннем пространстве, повышение несущей способности за счет оптимального решения узла сопряжения многопустотного перекрытия с колонной в ортогональных направлениях.
Поставленная задача решается таким образом, что в сборно-монолитном предварительно напряженном каркасе здания, включающем колонны со сквозными отверстиями, сборные многопустотные плиты перекрытия, ригели, предварительно напряженную канатную арматуру, расположенную по периметру
ячеек в ортогональных направлениях, пропущенную в отверстиях колонн в уровне перекрытия и зафиксированную по периметру здания с обжатием узлов сопряжения плит с колоннами, согласно полезной модели, ригели выполнены монолитными в створе колонн с расположенной в теле ригеля предварительно напряженной канатной арматурой, многопустотные плиты перекрытия имеют по торцам выпуски рабочей арматуры, замоноличенные в теле бетона ригеля, при этом предварительно напряженная канатная арматура заведена и зафиксирована на выпусках рабочей арматуры многопустотных плит перекрытия в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, а многопустотные плиты перекрытия примыкающие к колоннам выполнены на 1/6-1/7 ширины плиты сплошного сечения, имеют вырезы для сопряжения с колоннами в ортогональных направлениях и соединены монолитным ригелем с бортовыми балками. Кроме того, многопустотные плиты перекрытия и бортовые балки выполнены в местах сопряжения со шпонками, омоноличеными мелкозернистым безусадочным бетоном с добавкой "ЭМБЭЛИТ". Предварительно напряженная канатная арматура в местах фиксации на выпусках рабочей арматуры многопустотной плиты перекрытия и сквозных отверстиях колонн снабжена фторопластовыми прокладками.
Предлагаемый сборно-монолитный предварительно напряженный каркас здания отличается от известного тем, что ригели выполнены монолитными в створе колонн с расположенной в теле ригеля предварительно напряженной канатной арматурой, многопустотные плиты перекрытия имеют по торцам выпуски рабочей арматуры, замоноличенные в теле бетона ригеля, при этом предварительно напряженная канатная арматура заведена и зафиксирована на выпусках рабочей арматуры многопустотных плит
перекрытия в соответствии с эпюрой изгибающих моментов, а многопустотные плиты перекрытия примыкающие к колоннам выполнены на 1/6-1/7 толщины плиты сплошного сечения, имеют вырезы для сопряжения с колоннами в ортогональных направлениях и соединены монолитным ригелем с бортовыми балками.
Использование монолитного ригеля взамен сборно-монолитного повышает надежность конструкции, так как стык сборного и монолитного бетона всегда является менее прочным по сравнению с монолитным. Расположение монолитного ригеля в пределах высоты плит перекрытий позволяет получить безригельное перекрытие. При натяжении канатов обжимается весь диск перекрытия в двух ортогональных плоскостях и одновременно, бортовые балки. В результате образуется предварительно напряженный в двух плоскостях сборно-монолитный диск перекрытия, работающий как монолитное перекрытие. Так как усилие с которым плиты перекрытия прижимаются к колоннам очень большое, необходимо многопустотную плиту, примыкающую к колонне выполнять на 1/6-1/7 ширины плиты сплошного сечения и с вырезами для сопряжения с колоннами в ортогональных направлениях. Такая конструкция плиты обеспечивает надежную работу плиты в составе диска перекрытия как монолитного на всех стадиях работы каркаса. В сплошной части плиты устанавливают необходимую конструктивную и расчетную арматуру для надежной работы диска перекрытия. Плиты с вырезами и бортовые балки прижимаются к колоннам при натяжении канатов, средние плиты перекрытий опираются через выпуски продольной рабочей арматуры на канаты. Выпуски продольной арматуры являются точками перегиба канатов в пролете при натяжении и обеспечивают надежное сцепление сборных предварительно напряженных панелей перекрытий и бетона монолитных ригелей, и одновременно передают вертикальные усилия с
плит перекрытия на канатную арматуру монолитного ригеля многократно повышая надежность конструкции в стадии эксплуатации.
Кроме того, многопустотные плиты перекрытия и бортовые балки, для обеспечения их совместной работы в составе сборно-монолитного перекрытия на всех стадиях нагружения, выполнены со шпонками, которые омоноличены мелкозернистым безусадочным бетоном с добавкой «ЭМБЭЛИТ». Применение этой добавки обеспечивает быстрый набор прочности бетона без усадки, что обеспечивает сокращение сроков строительства, высокую плотность бетона и раствора, гарантирует надежную защиту канатов от коррозии, хорошее сцепление монолитного бетона с сборным, что является необходимым условием для обеспечения монолитности перекрытия.
Предварительно напряженная канатная арматура в местах фиксации на выпусках рабочей арматуры многопустотной плиты перекрытия и сквозных отверстиях колонн для уменьшения потерь предварительного напряжения снабжена фторопластовыми прокладками.
На фиг.1 представлен фрагмент сборно-монолитного предварительно напряженного каркаса здания (в плане); фиг.2 А-А-фиг.1; фиг.3 В-В фиг.1; фиг.4 - узел 1 фиг.2.
Каркас включает колонны 1, сборные многопустотные плиты 2 и, примыкающие к колоннам многопустотные плиты 2а, бортовые балки 3, расположенные по периметру каркаса здания.
Плиты с вырезами 2а и бортовые балки 3 прижимаются к колоннам при натяжении канатной арматуры, средние плиты перекрытий 2 опираются через выпуски продольной рабочей арматуры 4 на канатную арматуру 5. Выпуски продольной рабочей арматуры 4 обеспечивают надежное сцепление предварительно напряженных многопустотных плит перекрытий 2 и 2а и бетона
монолитных ригелей 6 и одновременно передают вертикальные усилия с плит перекрытия на монолитный ригель. Плиты 2а на 1/6-1/7 своей ширины имеет сплошное сечение для обеспечения надежной передачи усилия обжатия канатной арматуры 5 на диск перекрытия восприятия отрицательных моментов в перекрытии при нагружении и размещении дополнительной расчетной и конструктивной арматуры в зоне стыка. Канатная арматура 5 проходит криволинейно по всей длине каркаса через отверстия в колоннах 1 у опор и под выпусками продольной рабочей арматуры 4 плит перекрытий в пролете в соответствии с эпюрой изгибающих моментов и фиксируется анкерами на крайних колоннах. Монолитные ригели 6 в створе колонн в продольном и поперечном направлении обеспечивают работу диска перекрытия как монолитного практически на всем диапазоне нагрузок. При этом объем монолитных работ минимален ширина монолитного ригеля не превышает 20 см.
В отверстиях колонн 1 размещают фторопластовые прокладки 7, которые обеспечивают снижение потерь напряжений в канатной арматуре 5. Для повышения прочности соединения бортовых балок 3 и плит перекрытий 2а на их сопрягаемых поверхностях выполнены шпонки 8, заполненные безусадочным бетоном.
Каркас возводят в следующей последовательности.
Устанавливают колонны 1, временные опоры, на которые укладывают опалубку монолитных ригелей 6, и укладывают плиты перекрытий 2, 2а и бортовые балки 3. После монтажа многопустотных плит протягивают напрягаемую канатную арматуру 5 через отверстия в колоннах 1 и в местах перегиба в пролетах под выпусками продольной рабочей арматуры 4 по всем поперечным осям здания, для исключения потерь напряжения в канатах 5 под
направляющими 4 и в отверстиях колонн 1 размещают прокладки 7 из фторопласта. По продольным осям здания канатная арматура 5 может быть размещена прямолинейно или с отгибом в зависимости от величины пролета и нагрузки. Затем заполняют стыки 9 колонн 1 с плитами 2а и швы 10 между многопустотными плитами 2 мелкозернистым безусадочным бетоном с добавкой «ЭМБЭЛИТ».
После чего заполняют цементным раствором отверстия в колоннах 1. Заполняют швы между плитами 2, швы между плитами 2а и бортовыми балками 3 по осям здания, в которых размещена напрягаемая канатная арматура 5 мелкозернистым безусадочным бетоном. Цементный раствор для заполнения каналов, мелкозернистый бетон для бетонирования стыков и швов готовят с использованием добавки ЭМБЭЛИТ 8-100. Применение этой добавки обеспечивает быстрый набор прочности бетона без усадки, что обеспечивает сокращение сроки строительства, высокую плотность бетона и раствора, гарантирует надежную защиту канатов от коррозии, хорошее сцепление монолитного бетона со сборным, что является необходимым условием для обеспечения монолитности перекрытия. По условиям расчета дополнительной арматуры кроме канатной не требуется.
Источники информации.
1. Патент РФ №2020210, кл. Е04В 1/18, БИ №18 30.09.94.
2. SU №1193259, кл. Е04В 1/18, БИ №43, 23.11.85 (прототип).