КАРКАС ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к каркасам зданий и может быть использована при возведении малоэтажных зданий коттеджного типа городской, сельской или дачной застройки, а также при возведении вахтовых поселков.
Известен каркас здания модульного типа, состоящий из горизонтальных балок, закрепленных сверху и снизу на вертикальных стойках, при этом снаружи здания установлены стеновые элементы между горизонтальными балками и вертикальными стойками (патент US 4869036, МПК Е04В 1/00, опубл.1989).
Недостатком описанного каркаса является повышенная металлоемкость в связи с тем, что все элементы каркаса работают по сжатой или изогнутой схеме. Конструкция работает с чрезмерными запасами несущей способности металла.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является каркас здания, содержащий не менее двух рамочных элементов, каждый из которых состоит, по меньшей мере, из двух вертикальных стоек, соединенных горизонтальными балками, и которые расположены на расстоянии друг от друга и жестко связаны между собой горизонтально направленными балками, размещенными на вертикальных стойках, при этом балки расположены на вертикальных стойках в уровнях покрытия и межэтажного перекрытия. Причем горизонтальные балки, на их обращенной к каркасу стороне несут стеновой элемент, а на вертикальных стойках рамочных элементов снаружи предусмотрены упоры для стеновых элементов, и эти упоры выступают с обеих сторон за пределы габарита вертикальных стоек рамочных элементов (Патент RU 2397295, МПК В04B 1/26, опубл. 2009).
Недостатком описанного каркаса является высокая материалоемкость вследствие распределения нагрузки от перекрытия на большое количество вертикальных стоек, каждая из которых неизбежно имеет определенный запас прочности, обусловленный градацией сортамента металлопроката, кроме того, элементы работают на сжатие или изгиб, невыгодно используя несущую способность стали.
Предлагаемым изобретением решается задача снижения материалоемкости.
Для достижения данного технического результата предлагаемый каркас здания, содержащий не менее двух рамочных элементов, каждый из которых состоит, по меньшей мере, из двух вертикальных стоек, соединенных горизонтальными балками, и которые расположены на расстоянии друг от друга и жестко связаны между собой горизонтально направленными балками, размещенными на вертикальных стойках, при этом балки расположены на вертикальных стойках в уровнях покрытия и межэтажного перекрытия, снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными балками, одни концы которых размещены на вертикальных стойках, другие концы - соединены обвязочными балками, причем дополнительные балки расположены в уровне межэтажного перекрытия с наружных сторон рамочных элементов, а места соединения обвязочных балок с дополнительными балками и между собой в углах каркаса связаны с оголовками вертикальных стоек рамочных элементов посредством растянутых стержней.
Кроме того, в каркасе соединение вертикальных стоек о горизонтальными и горизонтально направленными балками может быть выполнено шарнирным, при этом, по меньшей мере, две вертикальные стойки, расположенные на продольной стороне каркаса, и две вертикальные стойки, расположенные на поперечной стороне каркаса, соединены вертикальными связями.
Снижение материалоемкости за счет рационального расположения несущих элементов каркаса, а также уменьшения числа вертикальных стоек, как сжатых элементов, и концентрации усилий в оставшихся элементах достигается возможностью точного подбора сечений несущих элементов по несущей способности с минимальными запасами прочности, а, следовательно, с минимальным перерасходом материала, и обеспечивается тем, что каркас здания снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными балками, одни концы которых размещены на вертикальных стойках, другие концы - соединены обвязочными балками, причем дополнительные балки расположены в уровне межэтажного перекрытия с наружных сторон рамочных элементов, а места соединения обвязочных балок с дополнительными балками и между собой в углах каркаса связаны с оголовками вертикальных стоек рамочных элементов посредством растянутых стержней.
Кроме того, если в каркасе соединение вертикальных стоек с горизонтальными и горизонтально направленными балками выполнено шарнирным, то для обеспечения требуемой жесткости конструкции, по меньшей мере, две вертикальные стойки, расположенные на продольной стороне каркаса, и две вертикальные стойки, расположенные на поперечной стороне каркаса, соединены вертикальными связями, в качестве которых могут быть использованы крестовая, полупортальная или портальная связи.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен каркас здания в аксонометрии (без связей); на фиг.2 тоже, горизонтальная проекция; на фиг.3 тоже, фронтальная проекция; на фиг.4 тоже, поперечный разрез; на фиг.5, 6, 7 изображены две вертикальные стойки, соединенные вертикальной связью, выполненной соответственно крестовой, полупортальной, и портальной.
Каркас здания содержит не менее двух рамочных элементов. Каждый из них состоит, по меньшей мере, из двух вертикальных стоек 1, соединенных горизонтальными 2 балками. Рамочные элементы расположены на расстоянии друг от друга и жестко связаны между собой горизонтально направленными 3 балками, размещенными на вертикальных стойках 1. При этом балки 2 и 3 расположены на вертикальных стойках 1 в уровнях покрытия и межэтажного перекрытия. Каркас снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными балками 4, одни концы которых размещены на вертикальных стойках 1, другие концы - соединены обвязочными балками 5. Причем дополнительные балки 4 расположены в уровне межэтажного перекрытия с наружных сторон рамочных элементов, а места соединения обвязочных балок 5 с дополнительными балками 4 и между собой в углах каркаса связаны с оголовками вертикальных стоек 1 рамочных элементов посредством растянутых стержней 6. Соединение вертикальных стоек 1 с горизонтальными 2 и горизонтально направленными 3 балками может быть выполнено шарнирным, при этом, по меньшей мере, две вертикальные стойки 1, расположенные на продольной стороне каркаса, и две вертикальные стойки 1, расположенные на поперечной стороне каркаса, соединены вертикальными связями 7, в качестве которых могут быть использованы крестовая, полупортальная или портальная связи. Вертикальные стойки 1 установлены на столбчатых фундаментах 8.
Каркас здания работает следующим образом. Горизонтальные 2 и горизонтально направленные 3 балки воспринимают нагрузки от покрытия и межэтажного перекрытия и передают их непосредственно на вертикальные стойки 1. Дополнительные балки 4 воспринимают нагрузку от межэтажного перекрытия и передают их на вертикальные стойки 1 непосредственно в местах их соединения, а также посредством растянутых стержней 6. Обвязочные балки 5 объединяют концы дополнительных балок 4. Если в каркасе здания соединение вертикальных стоек 1 с горизонтальными 2 и горизонтально направленными 3 балками выполнено шарнирным, то наличие вертикальных связей 7 обеспечивает жесткость всего каркаса в продольном и поперечном направлениях. Для повышения надежности можно вводить большее количество вертикальных связей 7 вплоть до объединения ими всех соседних вертикальных стоек 1 друг с другом. Количество вертикальных связей 7 определяется при проектировании конкретного каркаса здания с учетом нагрузок и воздействий, которые воспринимает здание. Вертикальные связи 7 могут быть выполнены крестовыми (фиг.5), полупортальными (фиг.6) и портальными (фиг.7). Выбор связи осуществляется на основании планировочного решения конкретного здания, а также от нагрузки на здание. Благодаря уменьшению в конструкции каркаса числа сжатых элементов и концентрации усилий в оставшихся, а также благодаря замене сжатых элементов растянутыми стержнями, достигается возможность более полного использования несущей способности металла. Использование растянутых стержней приводит к тому, что сталь используется максимально выгодно. В сжатых вертикальных стойках 1 металл работает с небольшими запасами прочности. Растянутые стержни рассчитываются на прочность, сжатые элементы в виде вертикальных стоек рассчитываются на устойчивость, так как прежде чем потерять прочность, сжатые элементы теряют свою устойчивость, что приводит к разрушению. Поэтому в каркасе используется как можно меньше сжатых элементов в виде вертикальных стоек и как можно больше растянутых стержней. Снижение металлоемкости каркаса приводит к снижению себестоимости здания. Также уменьшаются затраты на монтажные работы, так как они пропорциональны массе каркаса. Кроме того, наличие небольшого количества вертикальных стоек обеспечивает уменьшение количества соединений, что способствует сокращению сроков возведения каркаса. Вертикальные стойки 1, установленные на столбчатых фундаментах 8, воспринимают вес здания. В столбчатых фундаментах 8 происходит концентрация напряжений, что приводит к снижению расхода бетона и арматуры в фундаментах, а, следовательно, к уменьшению сроков возведения здания и удешевлению строительства. Наличие небольшого количества вертикальных стоек 1, в частности, не менее четырех, позволяет осуществлять свободную планировку помещений внутри здания посредством перегородок и создавать различные интерьеры. Расположение вертикальных стоек 1 внутри каркаса здания приводит к тому, что наружные стены здания, не воспринимающие нагрузки, выполняют только ограждающую функцию, что позволяет разнообразить фасад здания, например, путем устройства сплошного остекления или применения оконных проемов большой протяженности.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели приводит к снижению материалоемкости каркаса здания.