СБОРНЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ОГНЕСТОЙКОСТИ
PREFABRICATED REINFORCED CONCRETE FRAME OF MULTISTORY BUILDING OF HIGHER FIRE RESISTANCE

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям железобетонных каркасов с повышенными требованиями пожаробезопасности.
Известен типовой сборный рамный каркас ИИ-20 для промышленных зданий, включающий колонны с трапециевидными консолями для опоры ⊥-образных ригелей, на полках которых уложены ребристые плиты. /1/
Недостатком этого решения являются наличие выступающих вниз консолей колонн, полок ригелей и ребер плит, что неудобно для гражданских зданий, а также большие трудозатраты и расход стали в ригелях, плитах и в рамном стыке ригелей с колоннами.
Известен типовой связевый каркас серии 1.020.1/83, включающий колонны с потайными консолями, на которые опираются подрезками ⊥-образные ригели. Ригели и пустотные плиты выполнены предварительно напряженными, а стык ригелей с колоннами - шарнирным. /2/
Недостатками являются наличие ригелей только в одном направлении и недостаточная прочность, жесткость и огнестойкость связевых плит перекрытий, ограниченность планировочных возможностей каркаса из-за выступающих вниз полок ригелей.
Известен рамный в двух направлениях каркас ИИС-04 для зданий высотой до четырех этажей, включающий наряду с ригелями, устанавливаемыми в одном направлении, и связевые балки, устанавливаемые в другом направлении. При этом ригели и балки образуют замкнутые ячейки диска перекрытия, заполненные сборными настилами из пустотных плит. /3/
Однако отказ от стен-диафрагм снижает пространственную жесткость каркаса и этажность здания, а отсутствие в связевых балках нижних полок и шпоночных сопряжении исключает их совместную работу с настилом и уменьшает прочность и жесткость плит и ригелей.
Известен сборно-монолитный каркас, составленный из вибропрессованных преднапряженных бесконсольных колонн, длина которых соответствует высоте этажа со сквозными проемами на уровне перекрытий, монолитных продольных и сборно-монолитных поперечных ригелей, последние образованы из нижней преднапряженной вибропрессованной железобетонной балки-опалубки с симметричными относительно ее продольной оси выступами и армированной монолитной верхней части. На выступы опираются торцами вибропрессованные многопустотные железобетонные плиты. Ширина верхней монолитной и нижней сборной частей поперечных ригелей шире примыкающей грани колонн. /4/
Наиболее близким является сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания, включающий бесконсольные многоэтажные колонны постоянного квадратного сечения со сквозными отверстиями в уровне перекрытий, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек сборно-монолитные несущие и связевые ригели с нижним сборным элементом таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит, уложенных в ячейке с зазором между собой, и бетон омоноличивания узлов соединения, отверстий и швов. /5/
К недостаткам известных каркасов многоэтажных зданий следует отнести большое количество трудоемких стыков колонн в многоэтажных зданиях, сложность омоноличивания сквозных проемов в колоннах и необходимость усиления этих мест при транспортировании и монтаже многоэтажных колонн, большой расход монолитного бетона в ригелях, недостаточная высота и жесткость главных и связевых ригелей, недостаточная огнестойкость конструкции, металлоемкий и трудоемкий рамный стык ригелей с колоннами, повышенная материалоемкость.
Технической задачей является сокращение сроков строительства, снижение трудоемкости при изготовлении и монтаже и материалоемкости путем изготовления линейных элементов каркаса (плит, ригелей и колонн) на длинных стендах безопалубочного формования и создания из них сборного железобетонного каркаса с максимально уменьшенной высотой перекрытия за счет выступающих вниз полок ригелей и расширения объемно-планировочных возможностей при одновременном исключении сварки стыков, сокращении веса арматуры и металлоемкой технологической и монтажной оснастки, отказа от парка стальных форм на заводе, при обеспечении прочности и устойчивости многоэтажных зданий при вертикальных, ветровых и огневых воздействиях.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в сборном железобетонном каркасе многоэтажного здания повышенной огнестойкости, включающем колонны постоянного квадратного сечения, шарнирно соединенные с ними в уровне перекрытия с образованием замкнутых ячеек ригели таврового сечения и настил перекрытия из пустотных предварительно напряженных плит, уложенных в ячейке с зазором между собой, и бетон омоноличивания узлов соединения и швов, согласно изобретению колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка, при этом в нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами, в верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединены в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку, с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия, несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенные между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия.
Предлагаемый сборный каркас отличается тем, что колонны в нижних этажах выполнены с продольной арматурой, размещенной не менее чем в два ряда, высотой на несколько этажей с гнездами в уровне перекрытия, в которых смонтированы металлические расклинивающие консоли для опоры и стягивания с несущими ригелями и соединены между собой со смещением от верха плит на 1/2-1/4 высоты этажа посредством плоского стыка, при этом в нижнем торце колонны размещены стыковочные металлические пластины с отверстиями под выпуски арматуры, а по углам выполнены пазы, окаймленные вертикальными металлическими пластинами, в верхнем торце колонны расположены выпуски арматуры, размещенные в отверстиях нижнего торца верхней колонны, при этом выпуски арматуры снабжены регулировочными гайками для возможности изменения толщины шва, с каждой колонной соединены в ортогональных направлениях как минимум один широкий преднапряженный несущий ригель, образующий замкнутую ячейку, с выполненными с одной или двумя полками для опирания настилов перекрытия, несущими стенами высотой на один этаж, смонтированными с опорой друг на друга через контактный стык и жестко соединенные между собой и с колоннами, при этом несущие ригели выполнены с нижними полками и наклонными стенками, подрезанными под одним углом у колонн, образующими жесткие контактные соединения в плоскости перекрытия, причем несущие ригели имеют вертикальные пазы, а стены - пазы и/или сквозные проемы в пределах толщины плиты перекрытия для образования шпонок при омоноличивании бетоном узлов соединения несущих ригелей и стен с плитами перекрытия.
Снижение высоты ригеля при уменьшении высоты полок достигается за счет натяжения арматуры, совместной работы с плитами, условно-шарнирного стыка ригелей с колоннами и опирания настила по трем или четырем сторонам на ригели и стены.
Исключение сварки в стыках колонн и ригелей обеспечивается посредством плоского стыка колонн и условно-шарнирного стыка ригеля с колоннами.
Пространственная жесткость каркаса одновременно от действия вертикальных и ветровых нагрузок обеспечивается за счет вертикальных устоев, состоящих из несущих стен, жестко объединенных с колоннами, и горизонтальных дисков перекрытий.
Прочность и устойчивость колонн при одновременном воздействии вертикальных нагрузок и пожара обеспечивается за счет:
- крепления колонн в продольном и поперечном направлениях ригелями и стенами;
- обеспечения жесткости в горизонтальной плоскости ячеек перекрытий даже без настилов благодаря большой ширине ригелей и большой жесткости их омоноличенных контактных стыков вокруг колонн при подрезке полок и стенок в торцах под одним углом 45°;
- расстановки рабочей арматуры в колоннах и ригелях в два-три ряда и большой ширине ригелей.
На фиг.1 представлен план сборного железобетонного каркаса многоэтажного здания; фиг.2 - сборная колонна; фиг.3 - сечение 1-1 фиг.2; фиг.4 - вертикальное сечение по стыку колонн; фиг.5 - 1-1 фиг.1; фиг.6 - 2-2 фиг.1; фиг.7 - стык колонны и стен; фиг.8 - 3-3 фиг.1; фиг.9 - 4-4 фиг.1.
Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания повышенной огнестойкости состоит из многоэтажных вертикальных несущих колонн 1 постоянного квадратного сечения по высоте здания, несущих стен 2 и несущих ригелей 3. Несущие ригели 3 и стены 2 соединяют колонны 1, образуя замкнутые горизонтальные ячейки, заполненные настилами перекрытия 4 из пустотных железобетонных плит 5, опертыми в торцевых 6 и продольных 7 сопряжениях по контуру на несущие ригели 3 и стены 2 (фиг.1).
Многоэтажные колонны квадратного сечения с гранями шириной «b» имеют на уровне перекрытий гнезда 8 для установки на монтаже металлических консолей 9 (фиг.2). На торцах колонны снабжены металлическими пластинами 10 для устройства плоских стыков 11, вынесенных выше перекрытия на высоту не более половины и не менее четверти высоты этажа (фиг.2, 3, 4). Колонна армирована вертикальной арматурой 12. Для повышения огнестойкости и обеспечения пространственной жесткости каркаса без участия плит перекрытия несущие ригели 3 установлены в двух направлениях с нижней напрягаемой арматурой 13, расположенной в три ряда (фиг.9), кроме арматуры 12, расположенной в углах, остальная продольная арматура колонн 14 сдвинута вглубь, во второй и третий ряды (фиг.3).
Для объединения колонн из углов верхних торцов выпущены четыре стержня 12 с резьбой, а в верхних торцах колонн в пластинах 10 по углам сделаны отверстия 15 и устроены пазы 16, окаймленные вертикальными и горизонтальными 17 пластинами, для пропуска стержней 12 и навинчивания на них затягивающих гаек 18 и выравнивающих толщину стыка 11 гаек 19, при этом вертикальные пластины 17 анкеруются в бетоне колонн выше горизонтальных пластин 17, где свариваются с продольными рабочими стержнями 14 колонн (рис.2, 3, 4).
p
в
p
н
р
п
Стены 2 опираются по высоте друг на друга через контактный шов 20 (фиг.5, 6), а с колоннами 1 и друг с другом объединяются в вертикальных сопряжениях 21 с помощью металлических стыков 22 в количестве не менее двух и не более четырех штук в пределах высоты этажа (фиг.7), при этом стены 2 имеют полки 23 высотой h, не выступающие за грани колонн 1, с вылетом a≥h (фиг.6). Плоские ригели 3 высотой h≤b, шириной по верху, равной b≤2h, и по низу - b≤3h, с нижними полками 24 высотой h (фиг.8), как в стене, при этом у опор полки и стенки ригелей подрезаны под углом 45° и на торцах ширина ригелей равняется ширине грани колонн b (фиг.1), в крайней подпертой плите настила нет одной или нескольких крайних пустот.
п
Многопустотные плиты 5 опираются на полки 23 и 24 стен и ригелей торцами 25 или крайними ребрами 26 значительно более толстыми по расчету, чем средние 27, при этом высота плит больше высоты стенки 28 ригелей на величину δ≥δ толщины верхней полки 29 плит для удобства пропуска гнутых арматурных связей 30, анкеруемых в торцах пустот 31 плит (фиг.8), и связей-каркасов 32, анкеруемых в межплитных швах 33 (фиг.9).
Для обеспечения прочности и жесткости диска перекрытия в вертикальной и горизонтальной плоскостях стенок 28 ригелей 3 сделаны вертикальные пазы 34, а в торцы пустот 31 установлены пробки 35, чтобы после омоноличивания торцевых сопряжении 6 в них образовывались бетонные шпонки, при этом пазы в средней части стенок ригелей отсутствуют, чтобы не ослаблять сжатую зону стенки ригелей, а в стенах на уровне плит сделаны пазы 34 или сквозные проемы 36.
Источники информации:
1. Банков В.Н., Сигалов Э.Е. «Железобетонные конструкции», М., СИ, 1985.
2. Довгалюк В.И. «Соединение сборных железобетонных каркасных конструкций зданий», Обзор, М., ВНИИНТПИ, 1989 г.
3. Казина Г.А. «Современные железобетонные конструкции сейсмостойких зданий». Обзор, М., ВНИИС, 1981 г.
4. Патент РФ №2233952, МКИ Е04В 1/18, публ. 10.08.2004 г.
5. SU №1776734, МКИ Е04В 1/18, 23.12.93, БИ №43 (прототип).