ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КАРКАС МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АРКОС

Полезная модель относится к строительству и, в частности, к конструкциям многоэтажных жилых и общественных зданий массового назначения повышенной этажности и/или увеличенных размеров сетки колонн, возводимых в различных регионах, включая сейсмические, а также на просадочных грунтах. АРКОС означает архитектурно-конструктивную открытую систему многоэтажных зданий.
Известен каркас здания, который включает сборные железобетонные колонны с отверстиями в уровне перекрытий, сборные предварительно напряженные ригели и плиты перекрытия с зазором между их торцами, которые вместе с отверстиями в колоннах замоноличены заодно со сборной нижней уширенной частью ригелей [1].
Известный каркас имеет достаточно высокую несущую способность. Однако он отличается высокой деформативностью колонн из-за податливости бетона в их отверстиях, что существенно снижает надежность зданий повышенной этажности с применением предложенного каркаса.
Известен железобетонный каркас многоэтажного здания, включающий колонны со сквозными проемами в уровнях перекрытий, железобетонные плоские диски перекрытий, состоящие из сборных многопустотных плит, объединенных монолитными железобетонными несущими и связевыми ригелями посредством межплитных швов, бетонных шпонок и арматурных выпусков [2].
Известный каркас имеет высокую несущую способность, диски перекрытий выполнены плоскими. Недостатком известного каркаса является высокая металлоемкость колонн, а также сложная технология производства работ, что увеличивает трудозатраты при возведении здания.
Наиболее близким, к предлагаемому является каркас многоэтажного здания или сооружения, включающий сборные колонны, выполненные по высоте сплошными и снабженные в уровнях перекрытий опорными устройствами, и плоские диски перекрытий, образованные монолитными несущими и связевыми ригелями, снабженными пролетными и боковыми армокаркасами, и сборными железобетонными плитами [3].
Известный каркас имеет высокую несущую способность и плоские диски перекрытий с относительной небольшой металлоемкостью, и обеспечивает свободу планировочных решений. Недостатком каркаса является повышенная трудоемкость и металлоемкость, поскольку при его возведении в дисках перекрытий применено значительное количество мелких армокаркасов, которые в каждом несущем ригеле требуется объединить в единый армокаркас, кроме того надежность сопряжения несущих ригелей с колоннами недостаточна, особенно, при большепролетных перекрытиях.
Предлагаемая полезная модель решает задачу сокращения трудоемкости возведения, повышения надежности и пространственной устойчивости здания с большепролетными перекрытиями.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в каркасе многоэтажного здания, включающем сборные колонны сплошного сечения, выполненные на уровне каждого перекрытия с пазами, плоские диски перекрытия, образованные опертыми в пазах колонн неразрезными монолитными железобетонными несущими ригелями с цельнопролетными армокаркасами по их длине, монолитными связевыми ригелями и сборными железобетонными плитами, опертыми по концам на несущие ригели и объединенными по боковым сторонам межплитными швами, колонны выполнены по длине составными из многоярусных сборочных секций, соединяемых посредством винтовых стыков. Причем каждая секция выполнена с высотой, по меньшей мере, на два этажа с соответствующим количеством пазов. Под каждым пазом колонны снабжены усиленным сердечником, зафиксированным на их продольной рабочей арматуре. Несущие ригели перекрытий оперты с охватом колонн по периметру на их опорные устройства, включающие пазы и кромки усиленных сердечников, и в пределах каждого пролета цельнопролетные армокаркасы выполнены с шириной, превышающей ширину колонн. При этом продольная арматура соседних армокаркасов соединена отдельными стержнями, размещенными вдоль боковых граней колонн и прикрепленных концами к армокаркасам смежных пролетов. Сборные многопустотные плиты по концам оперты верхней полкой на бетонные шпонки, выполненные на боковых гранях несущих ригелей заодно с ними и размещенные в открытых полостях плит, с плотным контактом без зазора торцов сборных плит с боковыми гранями несущих ригелей.
Кроме того, усиленный опорный сердечник колонны под перекрытием может включать размещенные внахлест концы стержней оборванной снизу непосредственно под перекрытием продольной арматуры колонны и выпущенных книзу изогнутых к оси колонны стержней верхней продольной арматуры, а также поперечные сварные сетки, установленные в пределах длины нахлеста стыкуемых концов продольной арматуры колонны, с образованием опорного паза в ней непосредственно над верхом оборванных снизу продольных стержней.
Кроме того, усиленный опорный сердечник колонны под перекрытием может включать продольную арматуру, закрепленную на ней опорную площадку в виде цельной или сварной стальной пластины, и размещенные под ней поперечные сварные сетки.
В пределах высоты паза опорного устройства в колонне может быть выполнен поперечный сквозной проем.
Цельнопролетные армокаркасы монолитных несущих ригелей могут быть снабжены понизу предварительно выполненным плоским железобетонным элементом, в котором размещена нижняя продольная арматура армокаркаса, а несущие ригели размещены заподлицо с нижней гранью примыкающих к ригелю сборных плит и выполнены тавровой формы поперечного сечения с верхней полкой, устроенной над многопустотными плитами и связанной по межплитным швам с диском перекрытия.
Цельнопролетные армокаркасы монолитных несущих ригелей понизу снабжены предварительно выполненным плоским железобетонным элементом с шириной превышающей ширину монолитного ригеля, и на кромки плоского железобетонного элемента, выступающего книзу из плоскости перекрытия, дополнительно оперты сборные многопустотные плиты.
Продольная арматура связевых ригелей выполнена в виде цельнопролетных армокаркасов, объединенных у колонн по длине внахлест арматурными стержнями, размещенными в сквозных поперечных проемах колонн.
Кроме того, связевые ригели могут быть выполнены составными, включающими парные уширенные межплитные швы со сквозной продольной арматурой, пропущенной вне колонн, и размещенные между ними в створах колонн многопустотные плиты.
Перечисленные конструктивные решения по сравнению с прототипом позволяют: 1) благодаря выполнению колонн составными многосекционными и винтовым стыкам существенно увеличить темп и качество монтажа каркаса, исключить образование в узлах каркаса дополнительных усилий от неточности монтажа и повысить несущую способность колонн и каркаса; 2) благодаря принятой конструкции усиленных сердечников и опиранию на колонны с охватом их по периметру на опорные устройства, включающие пазы и кромки усиленных сердечников, повысить несущую способность и надежность узлов опирания несущих ригелей на колонны; 3) вследствие выполнения армокаркасов с шириной, превышающей ширину колонн и объединению их у колонн отдельными стержнями существенно упростить конструкцию дисков перекрытий, сократить количество арматурных изделий до одного армокаркаса на пролет, обеспечить качественную укладку арматурных изделий и надежную анкеровку рабочей арматуры в монолитном бетоне несущих ригелей; 4) благодаря опиранию многопустотных сборных плит верхней полкой на несущие ригели посредством бетонных шпонок, выполненных заодно с ними на их боковых гранях с плотным контактом без зазора торцов сборных плит с несущими ригелями обеспечена высокая несущая способность и жесткость перекрытий каркаса под нагрузкой при эксплуатации; 5) повышенную несущую способность колонны и узла сопряжения с ней перекрытия при выполнении внахлест концов ее продольной арматуры, обрываемой под перекрытием и смещаемой в пределах толщины перекрытия к оси колонны, что существенно увеличивает площадь опирания перекрытия на колонну, а также жесткость рамного узла; 6) упростить технологию изготовления колонн при выполнении усиленного сердечника колонн под перекрытием с применением опорных площадок в виде цельной или сварной пластины; 7) упростить технологию устройства узлов сопряжении несущих и связевых ригелей в случае устройства в колонне сквозного проема; 8) расширить возможности по увеличению размеров сетки колонн до 12,0…15,0 м и более благодаря колоннам сплошного сечения по высоте и применению армокаркасов с нижним сборным плоским железобетонным элементом, эффективно использовать прочность арматуры и бетона и минимизировать их расход.
В целом все заявляемые признаки предлагаемого решения обеспечивают решение поставленной задачи по сокращению трудоемкости возведения, повышению надежности и пространственной устойчивости здания, в том числе с большепролетными перекрытиями. В приведенной совокупности указанные выше признаки неизвестны, а достигаемые технические результаты превосходят известные и создают сверхсуммарный эффект.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами. На фиг.1 показан предлагаемый каркас, план перекрытия; на фиг.2 - то же, план перекрытия с составными связевыми ригелями; на фиг.3 - то же, разрез А-А на фиг.1 и 2, несущий ригель с цельнопролетным армокаркасом при высоте сечения равной толщине многопустотных плит; на фиг.4 - то же, разрез А-А на фиг.1 и 2, несущий ригель таврового поперечного сечения с армокаркасом, снабженным понизу плоским железобетонным элементом; на фиг.5 - то же, разрез А-А на фиг.1 и 2, несущий ригель с плоским железобетонным элементом цельнопролетного армокаркаса, выступающим из плоскости перекрытия; на фиг.6 - то же, узел А на фиг.1, опорное сопряжение монолитных железобетонных несущих и связевых ригелей с колонной при наличии в ней сквозного проема; на фиг.7 - то же, узел Б на фиг.2, сопряжение несущего и составного связевого ригелей с колонной; на фиг.8 - то же, разрез Б-Б на фиг.7, продольный разрез колонны в узле сопряжения с несущим ригелем; на фиг.9 - то же, разрез Б-Б на фиг.7, вариант сопряжения несущего ригеля с колонной; на фиг.10 - то же, опорная площадка опорного сердечника в виде сварной пластины; на фиг.11 - конструкция сборной колонны с винтовыми стыками; на фиг.12 - вариант опорного устройства на колонне в виде паза; на фиг.13 - то же, вариант опорного устройства на колонне со сквозным проемом; на фиг.14 - узел сопряжения цельнопролетного армокаркаса несущих ригелей с опорным устройством на колонне, аксонометрия.
Предлагаемый каркас многоэтажного здания (фиг.1…14) включает сборные железобетонные колонны 1, диски перекрытий, образованные монолитными несущими 2 и связевыми 3 ригелями, сборными многопустотными плитами 4. Колонны 1 выполнены сплошного сечения по высоте и снабжены на уровне каждого перекрытия опорными устройствами в виде пазов 5, выполненных по периметру сечения колонн 1. Колонны 1, выполняемые в виде многоярусных сборных секций снабжены по концам секций плоскими торцами и объединены по высоте посредством винтовых стыков 6. Под каждым перекрытием (опорным устройством 5) колонны 1 снабжены усиленным опорным сердечником 7, выполненным заодно с колонной и зафиксированным на их продольной рабочей арматуре 8. Усиленный опорный сердечник 7 под перекрытием может (рис.8) включать размещенные внахлест концы 9 стержней продольной арматуры, оборванной снизу под перекрытием и концы верхних стержней 10, изогнутых к оси колонны, а также поперечные сварные сетки 11 в пределах длины нахлеста концов 9 и 10 стержней продольной арматуры 8 колонны 1. В этом случае паз 5 опорного устройства позволяет получить опорную площадку 12 увеличенного размера. Продольная арматура 8 колонны может быть размещена у опорного устройства, выполненного в виде паза 5, сквозной без разрыва (фиг.9). В этом случае под пазом 5 размещена цельная или сварная пластина 13, зафиксированная в отверстиях (не обозначены) на арматуре 8, а под пластиной 13 размещены сварные арматурные сетки 11. В этом случае паз 5 опорного устройства выполняют на толщину защитного слоя рабочей арматуры 8 колонны 1. В пазу 5 опорного устройства колонны 1 может быть выполнен сквозной проем 14 для пропуска сквозной арматуры ригелей одного направления. В этом случае паз 5 можно выполнять не по всему периметру сечения колонны 1, а только на ее двух боковых гранях.
ак
Неразрезные несущие ригели 2 перекрытий оперты на колонны 1 и жестко защемлены в пазах 5 опорных устройств с охватом колонн 1 по их периметру. В каждом пролете между гранями колонн 1 несущие ригели 2 снабжены цельнопролетными армокаркасами 15 с продольной и поперечной арматурой (не обозначены) шириной b (фиг.14), превышающей ширину колонн 1 в пазах 5. Надопорное продольное армирование несущих ригелей 2 в зоне действия отрицательного момента выполнено из отдельных верхних растянутых стержней 16 и нижних сжатых стержней 17. Причем, стержни 16 и 17 заведены концами в объем армокаркасов 15 внахлест к их продольной арматуре и прикреплены к поперечной арматуре армокаркасов 15 вязальной проволокой.
Сборные многопустотные плиты 4 по концам с плотным контактом торцов плит 4 без зазоров с несущими ригелями 2 оперты верхней полкой на бетонные шпонки 18, выполненные на боковых гранях несущих ригелей 2 заодно с ними и размещенные в открытых полостях многопустотных плит 4 на глубину от их торцов не более 100±10 мм. При большей глубине размещения шпонки 18 в полостях плит 4 под воздействием нагрузки они будут включаться в работу на изгиб, что может привести к преждевременному разрушению их и снижению несущей способности перекрытия. Сборные многопустотные плиты 4 по боковым сторонам объединены межплитными швами 19, которые заполняют бетонной смесью или раствором. В межплитных швах 19 располагают продольное армирование 20, обеспечивающее восприятие в сечениях у торцов плит 4 изгибающего момента, продольных и поперечных усилий. Консоли 21 перекрытий за наружные ряды колонн 1 для устройства балконов, лоджий и эркеров выполняют на продолжении несущих ригелей 2, связевых ригелей 3, или уширенных межплитных швов, опирая на них плиты 4.
Цельнопролетные армокаркасы 15 монолитных несущих ригелей 2 могут быть предварительно вбетонированы понизу в плоские железобетонные элементы 22, в толще которых размещена нижняя рабочая арматура армокаркаса. Эти элементы 22 по своей сущности являются несъемной опалубкой для несущего ригеля 2 и могут быть вместе с армокаркасом 15 высококачественно изготовлены в заводских условиях. Выпущенная кверху из элемента 22 арматура обеспечивает надежную совместную работу монолитной и сборной частей ригеля 2. Для повышения несущей способности ригеля 2 он может быть выполнен тавровой формы сечения с верхней полкой 23, размещаемой над сборными плитами 4 в конструкции пола. Для обеспечения совместной работы под нагрузкой полки 23 и плит 4 перекрытия они связаны по проволочной сетке (не обозначена) в полке 23 с перекрытием анкерными скобами 24 по межплитным швам 19. Нижний железобетонный элемент 22 несущего ригеля 2 может быть выполнен с шириной, превышающей ширину ригеля 2 и выпущен к низу так, что на его кромки дополнительно к опиранию на шпонки оперты многопустотные плиты 4. Развитая таким образом высота несущего ригеля позволяет существенно нарастить несущую способность перекрытий и увеличить их пролет при применении многопустотных плит 4 сравнительно небольшой толщины.
Связевые ригели 3 также содержат цельнопролетные армокаркасы 25, объединяемые в надколенных узлах внахлест арматурой 26 (фиг.6) пропущенной через сквозной проем 14 в колонне 1 (см. фиг.13). Связевые ригели также могут быть выполнены составными (фиг.7), включающими парные уширенные швы 19 со сквозной арматурой 20, пропущенной вне колонны 1, и размещенную между ними в каждом пролете многопустотную плиту 4.
Как и в прототипе [3], предлагаемый каркас под нагрузкой работает как единая многократно статически неопределимая многоэтажная пространственная конструкция с плоскими дисками перекрытий. На каждом перекрытии каркаса вертикальную нагрузку непосредственно воспринимают сборные плиты 4 и перераспределяют ее на несущие ригели 2 и менее нагруженные соседние плиты. Ригели 2, в свою очередь, усилия от нагрузки передают на колонны 1. Все горизонтальные нагрузки, приложенные к зданию, воспринимают диски перекрытий и передают их на вертикальные диафрагмы жесткости, или ядра жесткости (не показаны). В работу на восприятие горизонтальных нагрузок также включаются и колонны 1 благодаря жесткому объединению их с перекрытиями.
По сравнению с аналогами и прототипом [3] каркас отличается повышенной жесткостью на восприятие вертикальных нагрузок, поскольку он снабжен сквозными монолитными железобетонными поясами в виде ригелей 2 и 3 в плоскости перекрытий и реализации действия реактивных распорных усилий. Несущие ригели 2 развиты по высоте, что позволяет без перерасхода материалов перекрыть большие пролеты, создать легкую конструкцию перекрытия. Монолитные ригели 2, 3 и межплитные швы 19 в сочетании с многопустотными плитами 4, объединенными с ригелями 2 бетонными шпонками 18, обеспечивают целостность и неповреждаемость дисков перекрытий при любых расчетных воздействиях. Проведенные испытания фрагментов предлагаемого каркаса подтвердили указанное выше.
Предлагаемый каркас возводят в той же последовательности, что и прототип [3]. Сначала устанавливают и закрепляют винтовыми стыками 6 понизу сборные колонны 1. Затем в створе колонн 1 монтируют поддерживающие устройства с опалубкой поверху для монолитных ригелей 2 и 3 (на чертежах не показано). На опалубку опирают концами сборные плиты 4, а затем в створах колонн 1 размещают цельнопролетные армокаркасы 15 и 25, соответственно, несущих 2 и связевых 3 ригелей. В межплитные швы 19 на длину смежных плит 4 устанавливают цельные плоские арматурные каркасы с продольной арматурой 20, закрепляемой концами в армокаркасах 15 несущих ригелей 2. После выполнения указанных арматурных работ, производят одновременное бетонирование несущих 2, связевых 3 ригелей и межплитных швов 19. При выполнении ригелей 2 с верхней полкой 23 над пустотными плитами 4 укладку бетонного слоя производят одновременно с бетонированием указанных элементов. После набора требуемой прочности монолитным бетоном ригелей 2, 3 и межплитных швов 19, поддерживающие устройства перекрытия по ним освобождают и перестанавливают на это готовое перекрытие, а цикл устройства следующего перекрытия повторяют, используя установленные ранее колонны.
В отличие от аналогов и прототипа [3], благодаря принятому армированию межплитных швов 19, несущих 2 и связевых 3 ригелей, а также применению винтовых стыков колонн 1 и цельных колонн без проемов в уровнях перекрытий длина монтажной секции может быть увеличена, и существенно увеличен темп строительства, так как технология возведения отличается предельной простотой. Это также позволяет получить надежную конструкцию каркаса. По сравнению с известными на 15…20% снижены трудозатраты на возведение каркаса. Таким образом, принятая технология обеспечивает полное решение поставленной в изобретении задачи.
Предлагаемое техническое решение каркаса многоэтажного здания представляет собой новое развивающееся в настоящее время направление современного индустриального домостроения массового назначения, отличающегося повышенными экономической эффективностью, надежностью и современными потребительскими качествами.
Источники информации.
1. Патент РФ №2250966, БИ №12, 27.04.2005, кл. Е04В 1/20
2. Патент РФ №2233952, БИ №22, 10.08.2004, кл. Е04В 1/18
3. Евразийское патентное ведомство. Евразийский патент №007115, кл. Е04В 1/20. Дата публикации и выдачи патента 2006.06.30, номер заявки №200500926 (прототип)