УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ СБОРНО-ОМОНОЛИЧЕННЫЙ КОЛОННО-СТЕНОВОЙ КАРКАС ЗДАНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к области гражданского и промышленного строительства, а именно - к конструкции сборных каркасов зданий различного назначения.
Известные унифицированные сборные железобетонные связевые каркасы серии ИИ-04 для общественных зданий и 1.020-1/83 межвидового применения для общественных и большинства промышленных зданий, состоящие из вертикальных несущих колонн и стен-диафрагм и горизонтальных несущих дисков перекрытий из крайних и средних ригелей и рядовых и связевых круглопустотных и ребристых сантехнических плит, опирающихся на нижние полки ригелей (Полносборные каркасные конструкции общественных зданий: Опыт совершенствования серии ИИ-04. - М.: Стройиздат. 1974.-90 с.).
Затрудняют их применение для жилых и многих общественных зданий сложности со свободной планировкой помещений из-за выступающих вниз толстых и широких полок ригелей и из-за установки стен-диафрагм даже в зданиях малой этажности. Причиной этого является отсутствие жесткого защемления ригелей в колонны и отсюда большая высота ригелей.
Известен каркас, состоящий из сборных колонн прямоугольного сечения и многопустотных плит, объединенных в единую систему не выступающими вниз монолитными железобетонными несущими ригелями и балками, которые проходят во взаимно перпендикулярных направлениях в межплитных швах. Для этого в сборных колоннах на высоту ригелей в уровнях перекрытии выполняются сквозные проемы, а плиты раздвинуты. Опирание многопустотных плит на несущие ригели предусмотрено посредством бетонных шпонок, образуемых в открытых по торцам плит полостях при укладке монолитного бетона ригелей. (Рекомендации по проектированию конструкций плоского сборно-монолитного перекрытия «Сочи». - М.: Стройиздат. 1975.-15 с.).
Данный каркас не обладает требуемой технологичностью в связи с необходимостью использования для его сооружения инвентарной монтажной оснастки, а также дополнительных материальных, трудовых и энергетических затрат на производство бетонных работ, особенно в зимнее время.
Наиболее близким из известных является сборно-омоноличенный железобетонный каркас здания, включающий колонны крайних и внутренних рядов, снабженные пазами для установки торцов плоских прямоугольных ригелей, при этом ригели внутренних рядов выполнены с полками для опирания плит перекрытия, причем колонны выполнены прямоугольного сечения, колонны крайних рядов установлены большей стороной сечения вдоль стены здания, а колонны внутренних рядов - перпендикулярно длине здания, ригели крайних рядов выполнены с шириной, равной или большей удвоенной толщине колонны, и установлены в пазах колонн крайних рядов со смещением относительно колонн или без него, причем ригели крайних рядов установлены ниже ригелей внутренних рядов на толщину ригеля (патент RU №2202026, 2003 г.).
Известный каркас достаточно материало- и трудоемок, имеет недостаточную этажность и малый размер ячеек перекрытий, затрудняющий свободную планировку помещений. Ненадежная конструкция стыков ригелей с колоннами не позволяет увеличить жесткость и пролеты ригелей и не обеспечивает требуемую жесткость диска перекрытия в своей плоскости и прочность каркаса при прогрессирующем обрушении и сейсмических воздействиях, требует установки стен-диафрагм даже при небольших пролетах ячеек каркаса и малой этажности зданий.
Кроме того, опирание широких средних ригелей в пазы широких колонн затрудняет монтаж ригелей и требует большой высоты пазов и контроля качества трудноукладываемого монолитного бетона в ответственнейших стыках каркаса. Действительно большие по высоте и ширине размеры пазов в зоне опирания ригелей и стыка колонн снижают вдвое площадь поперечного сечения расчетного сборного бетона, выключают из работы около трети поперечного сечения, выполненного из монолитного бетона, требуют для омоноличивания арматурных объемных каркасов, сложной опалубки и подачи бетона под давлением, но в верхней части пазов все равно остаются щели или образуются широкие трещины от усадки, поэтому и остальные 20% расчетного сечения из монолитного бетона малоэффективны. Большая, около метра, ширина средних колонн мешает планировке помещений, а прочность бетона в сечении эффективно используется только наполовину. Несмотря на большую ширину средних ригелей, они имеют малый пролет и большой расход стали, а наличие в торцах ригелей полок, свешивающихся с колонн, затрудняет создание неразрезности ригелей и надежного огнестойкого рамного стыка с колоннами, что не позволяет увеличить жесткость и пролет ригелей. Большая, чем у плит, высота широких средних ригелей, несмотря на подрезку торцов пустотных плит, создает неровный пол, что требует укладки дополнительной трудоемкой толстой выравнивающей стяжки. Опирание плит на крайние прямоугольные ригели сверху затрудняет создание защемления плит и жесткого диска перекрытия. Таким образом, известный каркас не рассчитан на увеличенные пролеты и на восприятие усилий от прогрессирующего обрушения и сейсмических воздействий.
Технической задачей, направленной на устранение отмеченных недостатков, является создание унифицированного железобетонного сборно-омоноличенного колонно-стенового каркаса здания с увеличенными пролетами ригелей, обеспечивающего устойчивость каркаса при прогрессирующем обрушении и сейсмических воздействиях, обладающего невысокой материалоемкостью и требующего минимума металлической оснастки при изготовлении и меньших трудозатрат на его возведение за счет увеличения шага колонн, унификации размеров несущих конструкций и конструктивных особенностей их поперечных сечений и стыков при одновременном расширении возможностей свободной планировки помещений.
1
2
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в унифицированном железобетонном сборно-омоноличенном колонно-стеновом каркасе здания, состоящем из вертикальных несущих одно- и/или многоэтажных прямоугольных в поперечном сечении средних и крайних колонн, соответственно, внутренних и наружных рядов и стен-диафрагм, объединенных в единую пространственную систему горизонтальными несущими дисками перекрытий, которые собраны из средних и крайних ригелей и плит, причем в наружных рядах колонны установлены большей стороной сечения вдоль здания, а во внутренних рядах средние колонны - поперек здания, - в средних колоннах для опирания средних ригелей выполнены консоли высотой не более и вылетом не менее толщины колонн, а в крайних колоннах для опирания крайних ригелей - пазы и скосы для удобства монтажа и укладки бетонной смеси, при этом средние и крайние колонны имеют одинаковую толщину и ширина ствола средних колонн не превышает ширину крайних колонн, стыки одно- и/или многоэтажных колонн выполнены плоскими и вынесены выше плит не менее чем на четверть и не больше чем на половину высоты этажа, ширина поперечного сечения средних ригелей не менее суммарной ширины ствола средней колонны и консолей, а ширина крайних ригелей не более ширины крайних колонн и не менее двух толщин колонн, при этом средние ригели внутренних рядов выполнены с двумя боковыми опорными ребрами, а крайние ригели наружных рядов выполнены с торцов с одним средним опорным ребром, размеры которого соответствуют площадкам опирания в пазах крайних колонн, средние и крайние ригели имеют опорные нижние полки с одинаковым вылетом для опирания плит, последние опираются на средние ригели подрезками, размеры которых соответствуют размерам полок в средних ригелях, а на крайние ригели плиты опираются в полную высоту, которая соответствует высоте стенки ригеля, а ширина стенки и высота ригелей не меньше толщины колонн, при этом для объединения на монтаже ригелей и колонн во внутреннем ряду каркаса в торцах ригелей бетон нижних полок подрезан, и из опорных ребер снизу выпущены горизонтальные металлические пластины, которые приварены к закладным пластинам в консолях колон, сверху на опорные ребра также установлены пластины, а для создания неразрезности средних ригелей металлические связи приварены к нижним и верхним пластинам, и обе пластины объединены в виде единой закладной детали вместе с вертикальными полосами, которые, как и пластины, соединены сваркой с верхними и нижними продольными рабочими стержнями вертикальных арматурных каркасов, в средней части по ширине ригеля между опорными ребрами установлена напрягаемая арматура, при этом для объединения на монтаже ригелей и колонн в наружных рядах каркаса в пазах колонн и в опорных ребрах ригелей предусмотрены нижние свариваемые закладные детали, а для создания рамности сверху на опорных ребрах и пазах также установлены пластины, свариваемые с помощью арматурных прокладок, для удобства приварки которых верхняя грань пазов выполнена с уклонами в виде клина, причем величина уклонов не превышает /. Кроме того, для снижения площади мостиков холода и утепления крайних ригелей в них выполнена наружная нижняя полка толщиной и вылетом не более, чем у внутренней полки, при этом наружная полка утеплена термовкладышами, а стенка и опорное ребро ригелей, а также колонны утеплены термоэкранами. Кроме того, при устройстве фасадной облицовки наружных стен вылет наружной полки крайних ригелей увеличен на толщину облицовочного слоя из кирпичей или блоков плюс толщина вентилируемого зазора, при этом ширина крайних ригелей не превышает ширины колонн. Также для увеличения жесткости и прочности дисков перекрытий в межплитных швах и в сопряжениях между ригелями и торцами плит предусмотрены прерывистые бетонные шпонки, а сверху ригелей и на углах плит дополнительно установлены закладные пластины, объединяемые с помощью приварки металлических накладок в виде пластин. Кроме этого, в стыке средние колонны и ригели внутренних рядов имеют одинаковую ширину с обеспечением перекрытия снизу в стыке боковых опорных ребер и нижних полок, а толщина колонны больше или равна толщине ригеля толщина которого, в свою очередь, больше или равна толщине плиты. Также для создания рамности во внутренних рядах каркаса на верхней поверхности торцов средних ригелей, на участке между опорными ребрами и, соответственно, напротив, на стволе колонн, предусмотрены металлические закладные пластины, объединенные сваркой металлических накладок, при этом к нижним металлическим пластинами в опорных ребрах полок ригелей приварены более мощные арматурные связи, а вертикальные швы между стволом колонн и торцами ригелей тщательно омоноличены безусадочным бетоном. Кроме того, при ограниченных пролетах ригелей для уменьшения толщины пола и веса перекрытий путем выравнивания отметок верха плит и средних ригелей толщина последних принята равной толщине плит. Также при ограниченных пролетах ригелей и этажности зданий для улучшения планировок и сокращения металлических форм толщины колонн и высоты средних ригелей выполнены равными толщине плит, но не менее толщины стен диафрагм. Кроме этого, при ограниченных пролетах ригелей и этажности здания для уменьшения в наружных стенах площади «мостиков холода» и сокращения расхода бетона и утеплителя в крайних колоннах наружных рам вместо пазов устроены консоли, при этом ширина ствола колонны не менее толщины плиты и не более толщины колонны, а для создания рамности стыка в колонне на стволе, выше консолей, установлены закладные пластины, которые с помощью накладок объединены сваркой с верхними закладными пластинами в опорных ребрах ригелей.
Принятые технические решения благодаря применению напрягаемой арматуры в средних ригелях и увеличению жесткости и прочности стыков каркаса и дисков перекрытий позволяют проектировать здания с увеличенными пролетами ригелей с учетом прогрессирующего обрушения и сейсмических воздействий.
В случае необходимости вместо устройства пазов ствол крайних колонн делается уже, а ригели опираются на консоли колонн, при этом пазы исчезают и мокрые, трудоемкие и ответственные процессы по их омоноличиванию не требуются.
На фиг.1 - вид сверху на фрагмент унифицированного сборно-омоноличенного железобетонного рамно-стенового каркаса здания.
На фиг.2 - разрез по А-А.
На фиг.3 - разрез по Б-Б.
На фиг.4 - фрагмент средней колонны.
На фиг.5 - фрагмент крайней колонны.
На фиг.6 - вид среднего ригеля с торца.
На фиг.7 - вид крайнего ригеля с торца.
На фиг.8 - продольный разрез плиты.
На фиг.9 - фрагмент стыка среднего ригеля с колонной.
На фиг.10 - фрагмент стыка крайних ригелей с колонной.
На фиг.11 - разрез по В-В.
На фиг.12 - разрез по Г-Г.
На фиг.13 - вид сверху на фрагмент диска перекрытия возле средней колонны унифицированного сборно-омоноличенного железобетонного рамно-стенового каркаса здания.
На фиг.14 - разрез по Д-Д.
3
п
На фиг.15 - фрагмент унифицированного железобетонного сборно-омоноличенного колонно-стенового каркаса, где ширина ствола «b» колонны не менее толщины плиты «h» и не более толщины колонны «h».
Унифицированный железобетонный сборно-омоноличенный колонно-стеновой железобетонный каркас здания состоит из вертикальных несущих одно-, многоэтажных прямоугольных в поперечном сечении средних 1 и крайних 2 колонн внутренних и наружных рядов и стен-диафрагм 3, объединенных в единую пространственную систему горизонтальными несущими дисками перекрытий 4, собираемых из средних 5 и крайних 6 ригелей и плит 7, причем в наружных рядах крайние колонны 2 установлены большей стороной сечения вдоль здания, а во внутренних рядах средние колонны 1 - поперек здания (фиг.1).
c
Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в средних колоннах 1 для опирания средних ригелей 5 устроены консоли 8 высотой не более толщины колонн «h», а в крайних колоннах 2 для опирания крайних ригелей 6 - пазы 9 небольшой высоты для увеличения жесткости колонн и уменьшения количества монолитного бетона и скосы 10 для удобства монтажа и укладки бетонной смеси, при этом средние 1 и крайние 2 колонны имеют одинаковую толщину «h», и ширина ствола «b» колонны 1 не превышает ширину «b» колонны 2, а стыки 11 одно- и многоэтажных колонн 1 и 2 выполнены плоскими и для удобства сварки вынесены выше плит не менее чем на четверть и не более чем на половину высоты этажа (фиг.2, 3, 4, 5).
p
c
2
п
Ширина «b» поперечного сечения средних ригелей 5 принята не менее суммарной ширины ствола «b» средних колонн 1 и двух вылетов консолей 8, а ширина «b» крайних ригелей 6 - не более ширины «b» крайних колонн 5 (фиг.5, 6). Средние ригели 5 внутренних рядов выполнены с двумя боковыми опорными ребрами 12, между которыми установлена напрягаемая арматура, а крайние ригели наружных рядов выполнены с торцов с одним средним опорным ребром 13, размеры которого по низу соответствуют площадкам опирания «a×h» в пазах 9 крайних колонн 2 (фиг.5, 6, 7). В средних 5 и крайних 6 ригелях имеются опорные нижние полки 14 и 15. Причем на средние ригели 5 плиты 7 опираются подрезками 16, а на крайние ригели 6 - в полную высоту, при этом высота крайних ригелей 6 не должна быть меньше толщины «h» колонн 2. Размеры подрезок 16 в плитах 7 соответствуют размерам полок 14 в средних ригелях, а высота стенки крайних ригелей соответствует высоте плиты «h», a ее ширина не менее толщины колонны «h» (фиг.6, 7, 8).
Для объединения на монтаже во внутреннем ряду каркаса в торцах ригелей 5 бетон нижних полок 14 подрезан, а из опорных ребер 12, снизу выпущены горизонтальные металлические пластины 17, привариваемые к закладным пластинам 18 в консолях 8 колонн 1. Сверху на опорные ребра 12 также установлены пластины 19. Для создания неразрезности средних ригелей 5 к нижним 17 и верхним 19 пластинам привариваются металлические связи 20 и 21. При этом обе пластины объединены в состав единой закладной детали 22 вместе с вертикальными полосами 23, которые соединены сваркой с верхними и нижними продольными рабочими стержнями 24 вертикальных арматурных каркасов (фиг.9).
1
2
Для объединения на монтаже ригелей и колонн в наружных рядах каркаса в пазах 9 колонн 2 и в опорных ребрах 13 ригелей 6 предусмотрены нижние свариваемые закладные детали 25 и 26, а для создания рамности в ригелях 6 и пазах 9 установлены верхние пластины 27 и 28, к которым на монтаже привариваются арматурные связи 29. Для удобства приварки связей 29 и омоноличевания пазов 9 верхняя грань 10 последних и пластина 28 выполнены с уклоном в виде клина, причем величина уклонов i не должна превышать / (фиг.10, 11, 12).
Для снижения площади мостиков холода и утепления крайних ригелей 6 в них выполнена наружная нижняя полка 30, которая утеплена термовкладышами 31, а стенка 32, ребра 13 ригелей и колонны 2 утеплены термоэкранами 33. Термовкладыши и термоэкраны делаются из долговечных эффективных минеральных утеплителей, их толщина определяется теплофизическим расчетом, но не должна превышать вылета внутренней полки 15.
При устройстве фасадной облицовки наружных стен вылет наружной полки 30 крайних ригелей 6 не должен превышать суммарной толщины слоя утеплителя и облицовочного слоя из панелей, кирпичей или блоков плюс толщина вентилируемого зазора, при этом ширина «b» крайних ригелей 6 не должна превышать ширины «b» колонн 2.
Для увеличения жесткости и прочности дисков перекрытий 4 в межплитных швах 34 и в сопряжениях 35 между ригелями и торцами плит предусмотрены прерывистые бетонные шпонки 36, а сверху ригелей и на углах плит дополнительно установлены закладные пластины 37, объединяемые с помощью приварки металлических накладок в виде пластин 38 (фиг.13, 14).
В диске перекрытия 4 после сварки закладных деталей и приварки к ним арматурных связей и накладок пазы 9 в колоннах 2, а также швы 34 и сопряжения 35 со шпонками 36 омоноличиваются безусадочным бетоном.
k
p
p
п
p
п
В стыке средние колонны 1 и ригели 5 внутренних рядов могут иметь одинаковую ширину b=b, чтобы ребра 12 и полки 14 закрыть в стыке снизу от огня и сделать стык более жестким, а толщины колонн «h», ригелей «h» и плит «h» имеют соотношение h≥h≥h.
Для создания рамности во внутренних рядах каркаса на верхней поверхности торцов средних ригелей 5, на участке между опорными ребрами 12 и, соответственно, напротив, на стволе колонн 1, предусмотрены металлические закладные пластины 39 и 40, которые объединяются сваркой металлических накладок 41, при этом к нижним металлическим пластинами 17 в опорных ребрах полок ригелей привариваются более мощные арматурные связи 20, а вертикальные швы 42 между стволом колонн и торцами ригелей тщательно омоноличиваются безусадочным бетоном (фиг.13, 14).
p
п
При ограниченных пролетах ригелей для уменьшения толщины пола и веса перекрытий путем выравнивания отметок верха плит и средних ригелей 5, толщина «h» последних принимается равной толщине плит «h».
p
п
При ограниченных пролетах ригелей и этажности зданий для улучшения планировок и сокращения металлических форм, толщины «h» колонн 1, 2 и высота «h» средних ригелей 5 могут приниматься равными толщине плит «h», но не менее толщины стен-диафрагм 3.
3
При ограниченных пролетах ригелей и этажности здания для уменьшения в наружных стенах площади «мостиков холода» и сокращения расхода бетона и утеплителя в крайних колоннах 2 наружных рам вместо пазов 9 делаются консоли 8 с размерами площадки опирания «a×h», при этом ширина ствола «b» колонны должна быть не менее толщины колонны «h», а для создания рамности стыка в колонне на стволе, выше консолей, устанавливают закладные пластины аналогичные 40, которые с помощью накладок 41 объединяются сваркой с верхними закладными пластинами 27 в опорных ребрах ригелей 13 (фиг.15).
Принятые технические решения благодаря применению напрягаемой арматуры в средних ригелях и увеличению жесткости и прочности стыков каркаса и дисков перекрытий позволяют проектировать огнестойкие конструктивные системы железобетонных зданий с увеличенными пролетами ригелей с учетом прогрессирующего обрушения и сейсмических воздействий.
В случае необходимости вместо устройства пазов ствол крайних колонн делается уже, а ригели опираются на консоли колонн при этом пазы исчезают и мокрые, трудоемкие и ответственные процессы по их омоноличиванию не требуются.