РЕШЕТЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДИАФРАГМЫ ЖЕСТКОСТИ МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительству промышленных и гражданских зданий любой этажности, в частности, к строительству диафрагм жесткости.
Известна конструкция диафрагмы жесткости в виде сплошных либо с проемами стен, выполняемых в сборном, сборно-монолитном либо монолитном исполнении представляющая собой сплошные, либо с проемами, стены, выполняемые в сборном, сборно-монолитном, либо монолитном исполнении (см. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. - М.: Стройиздат. 1976. - 601 с).
Недостатком данной конструкции является перенапряжение примыкающих к ней элементов перекрытия, повышенная трудоемкость выполнения, высокий расход бетона при невысокой прочности, низкая степень ремонтопригодности при повреждении.
Наиболее технически близкой конструкцией является конструкция диафрагмы в решетчатом исполнении, содержащая наклонные связи, соединяющие узлы рамы, выполненные из жестких элементов (см. Горев В.В и др., Металлические конструкции. Т.2. Конструкции зданий. - М.: Высшая школа, 2002. - 249 с).
Недостатком данной конструкции является перенапряжение примыкающих к ней ригелей рамы при их совместной работе с диафрагмой в вертикальном направлении, значительный рост сечений элементов при увеличении этажности здания, а также работа каждого из раскосов связи на растяжении и на сжатие, приводящее к усложнению конструктивного решение связи в целом, что не позволяет эффективно использовать ее при строительстве зданий выше 16 этажей, а также в регионах с большими ветровыми нагрузками (более 0,6 кПа).
Техническая задача - снижение вертикальных перемещений диафрагм.
Технический результат - повышение несущей способности диафрагмы и здания. Он достигается тем, что диафрагма выполнена из гибких элементов в виде решетки, наклонные соединения которой выполнены гибкими в виде решетки, соединяющей узлы рамы, закрепленные посредством фасонок в диагональных узловых точках вертикальной ячейки здания в пределах одного этажа или одного яруса из нескольких этажей, причем количество гибких элементов на каждом этаже (ярусе), и количество вертикальных ячеек, в которые установлены гибкие элементы решетки диафрагмы, варьируется от одного до количества пролетов в раме, а количество ярусов - от двух и более, исходя из оптимального угла наклона решетки, определяемого расчетом здания,
Это позволяет эффективно распределять жесткость диафрагмы по высоте здания и в плане и снижает стоимость диафрагмы и здания в целом за счет уменьшения концентрации напряжений в местах примыкания рам к диафрагмам, а также полного использования сечения рабочих элементов диафрагмы - решетки. Фасонки выполнены из листовой стали, треугольного, трапециевидного или прямоугольного очертания, а также из прокатных стальных профилей (швеллеров или уголков). В них предусмотрены отверстия для пропуска зейконцевых втулок гибких элементов для их закрепления болтовым соединением.
В случае поярусной установки решетки, в местах ее пересечения с горизонтальными дисками перекрытий, предусмотрены проемы размером на 50 мм больше горизонтальной проекции на перекрытие площади решетки, ограниченной крайними элементами составляющих ее гибких элементов, либо в процессе монтажа диафрагмы, в местах пересечения решетки с перекрытием просверливаются под каждый элемент решетки отверстия диаметром, равным 2 диаметрам концевой втулки с резьбой.
Предложенное решение диафрагмы ускоряет сроки ее возведения по сравнению с другими видами диафрагм.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в двух вариантах исполнения: а - с поэтажной их установкой и б - с поярусной их установкой,
На фиг.2 укрупненный узел крепления гибких виде решетки к несущим элементам здания из железобетона, посредством анкерных болтов, на фиг.3 это же крепление гибких элементов посредством приварки к закладным деталям, установленным в несущих конструкциях из железобетона, на фиг.4 - крепление гибких элементов посредством приварки непосредственно к стальным колоннам и балкам.
На фиг.5 изображена концевая втулка отдельного гибкого элемента и детали его крепления к раме.
Устройство, включающее раму 1, содержащее отдельные гибкие элементы 2 (от одного до трех в одном пакете) и фасонки 3, установленные в узловых точках рамы 1 по ее высоте. На фасонках 3, посредством болтового соединения 4 закреплены гибкие элементы 2, на которых в заводских условиях предварительно установлены посредством опрессовки втулки 5 с резьбой, необходимой для установки и закрепления гибких элементов 2 в проектном положении болтовым соединением 4. Гибкие элементы 2 расположены симметрично относительно горизонтальных и вертикальных осей рамы Х и Y для предотвращения неравномерного напряжения элементов фасонки 3. Для исключения подвижности гибких элементов 2 и истирания втулок 5, с лицевой стороны фасонок 3 установлен резиновый или иной упругий материал 6 толщиной не менее 20-30 мм для лучшей амортизации, после натяжения гибких элементов 2 болтовым соединением 4, до усилия, равного 5-ти процентам от их прочности на разрыв, затягиваются гайками 7 до устранения зазора между ними, упругим материалом 6 и фасонками 3. Прочность втулок 5 подбирается исходя из максимальных усилий возможных в раскосе с коэффициентом запаса не менее трех, что обеспечивает возможность аварийного дублирования вышедшей из строя части гибких связей 2 Фасонки 3 крепятся к несущим конструкциям каркаса посредством анкерных болтов 8 - фиг.2 (для железобетонных конструкций) либо посредством сварки 9 на предусмотренные в конструкции здания закладные детали 10 - фиг.3 (для железобетонных конструкций), либо посредством сварки 11 непосредственно к металлическим колоннами и ригелям - фиг.4. Это позволяет монтировать предлагаемую конструкцию, как в монолитных зданиях, так и в сборных, сборно-монолитных конструкциях, а также в зданиях со стальным каркасом, либо имеющим стальные несущие конструкции совместно с железобетонными элементами, не только в момент возведения, но и при реконструкции. При этом подбор требуемого сечения, количества и длины анкерных болтов 8, подбирается из условия их прочности на растяжение и срез и достаточной длины их анкеровки в бетоне несущих элементов здания. Подбор сварных швов производится из условия достаточности их прочности согласно нормам по проектированию сварных соединений.
Подбор требуемого сечения элементов фасонок 3 производится исходя из максимальных напряжений, возникающих в их конструкции, при учете возможного неблагоприятного перераспределения усилий при выходе из строя одной или нескольких гибких элементов решетки 2.
В статике гибкие элементы 2 соединены с узлами рамы с помощью фасонок 3, к которым, посредством болтового соединения 4 закреплены с помощью втулки с резьбой 5 и системы крепежных деталей 6-11.
Устройство работает следующим образом. Здание под действием горизонтальных нагрузок получает горизонтальное смещение, при этом диафрагма получает перекос, в результате чего один из наклонных гибких элементов 2 растягивается, а получающий сжатие, будучи гибким, провисает, не передавая диафрагме сжимающие усилия. В результате этого поперечное сечение диафрагмы получает вдвое меньший угол поворота, чем у осей рамы Х и Y для предотвращения неравномерного напряжения элементов фасонки 3. Для исключения подвижности гибких элементов 2 и истирания втулок 5, с лицевой стороны фасонок 3 установлен резиновый или иной упругий материал 6 толщиной не менее 20-30 мм для лучшей амортизации, после натяжения гибких элементов 2 болтовым соединением 4, до усилия, равного 5-ти процентам от их прочности на разрыв, затягиваются гайками 7 до устранения зазора между ними, упругим материалом 6 и фасонками 3. Прочность втулок 5 подбирается исходя из максимальных усилий возможных в раскосе с коэффициентом запаса не менее трех, что обеспечивает возможность аварийного дублирования вышедшей из строя части гибких связей 2 Фасонки 3 крепятся к несущим конструкциям каркаса посредством анкерных болтов 8 - фиг.2 (для железобетонных конструкций) либо посредством сварки 9 на предусмотренные в конструкции здания закладные детали 10 - фиг.3 (для железобетонных конструкций), либо посредством сварки 11 непосредственно к металлическим колоннами и ригелям - фиг.4. Это позволяет монтировать предлагаемую конструкцию, как в монолитных зданиях, так и в сборных, сборно-монолитных конструкциях, а также в зданиях со стальным каркасом, либо имеющим стальные несущие конструкции совместно с железобетонными элементами, не только в момент возведения, но и при реконструкции. При этом подбор требуемого сечения, количества и длины анкерных болтов 8, подбирается из условия их прочности на растяжение и срез и достаточной длины их анкеровки в бетоне несущих элементов здания. Подбор сварных швов производится из условия достаточности их прочности согласно нормам по проектированию сварных соединений.
Подбор требуемого сечения элементов фасонок 3 производится исходя из максимальных напряжений, возникающих в их конструкции, при учете возможного неблагоприятного перераспределения усилий при выходе из строя одной или нескольких гибких элементов решетки 2.
В статике гибкие элементы 2 соединены с узлами рамы с помощью фасонок 3, к которым, посредством болтового соединения 4 закреплены с помощью втулки с резьбой 5 и системы крепежных деталей 6-11.
Устройство работает следующим образом. Здание под действием горизонтальных нагрузок получает горизонтальное смещение, при этом диафрагма получает перекос, в результате чего один из наклонных гибких элементов 2 растягивается, а получающий сжатие, будучи гибким, провисает, не передавая диафрагме сжимающие усилия. В результате этого поперечное сечение диафрагмы получает вдвое меньший угол поворота, чем у диафрагмы в виде стенки или с жесткими наклонными элементами. Как следствие этого, уменьшаются вдвое вертикальные смещения ригелей рамы, примыкающих к диафрагмам, и напряжения в них. Кроме этого, наклонные гибкие элементы 2, имея большую прочность, чем конструктивная сталь, обеспечивают и большую прочность всей диафрагмы, одновременно снижая ее вес.
Положительный эффект - повышение несущей способности диафрагмы и здания достигается тем, что диафрагма выполнена из гибких элементов в виде решетки, соединяющей узлы рамы, закрепленных, посредством фасонок в диагональных точках вертикальной ячейки здания в пределах одного этажа или одного яруса из нескольких этажей. Это повторяется на всех этажах (ярусах).
Предложенное решение диафрагмы жесткости наиболее эффективно для использования в зданиях с этажностью 12 этажей и более.