Каркас из железобетона. Каркасы многоэтажных зданий

Связанные между собой в двух направлениях в неизменяемую пространственную систему.

В зависимости от способа обеспечения пространственной жесткости и характера воспринятая горизонтальных нагрузок стальные каркасы зданий могут иметь связевую, рамную или комбинированную конструкцию. Более характерной для многоэтажных зданий со стальным каркасом является рамная схема, при которой пространственная жесткость каркаса обеспечивается жесткостью колонн, ригелей и узлов их сопряжения. Колонны, ригели и узлы их сопряжения воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки.

При рамной схеме каркаса узлы работают на усилия одного порядка, возможна унификация узлов и их элементов, обеспечивается плавность деформаций и равномерное нагружение фундаментов, а также применение однотипных решений колонн, ригелей баз и анкеров.

Шаг колонн принимают кратным б м, пролеты - 6, 9, 12 м и более. В целях использования для стен унифицированных панелей рекомендуется высоту этажей принимать кратной 600 мм.

Колонны выполняют, как правило, сплошного двутаврового сечения - из одного прокатного профиля или составленного из листов. Для больших нагрузок применяют колонны крестового сечения, составленного из трех листов. Можно применять колонны сквозного сечения из двух швеллеров или двутавров (рис. 48, а). Длину монтажных единиц колонн назначают в зависимости от жесткости сечения, характеристики подъемных механизмов, условий изготовления и транспортировки; наиболее часто ее принимают равной 8-15 м, т. е. высоте 2-3-х этажей.

Стыки колонн проектируют с фрезерованными торцами а монтажные элементы соединяют стяжными болтами (рис. 48, б). Такие стыки держатся силами трения. В верхних этажах при малой при малой величине нормальной силы стыки колонн обваривают по контуру. Применяются также стыки, перекрытые накладками накладками на сварке.

Башмаки колонн многоэтажных зданий работают под действием бильшиА нормальных сил при незначительных эксцентрицитетах и поперечных сил. В связи с этим башмаки имеют простую конструкцию, и выполняют их из стальной опорной плиты толщиной 100-200 мм. Давление от колонны на башмак передается через фрезерованные поверхности торца колонны и верха плиты (рис. 48, в). Поперечные силы в месте сопряжения воспринимают трением. Соединяют колонны с плитами сваркой.

С опорной плитой устанавливают на подливку из цементно-песчаного раствора. Толщина подливки должна быть не менее 50 мм.

Рис. 48. Стальной каркас многоэтажного здания:

а - сечения колонн; б - стык колонн по высоте; в - башмак колонны; е - крепление балки к колонне двутаврового сечения; д - то же, к колонне крестового сечения; е -перекрытие из крупноразмерных панелей, ж, a - по стальным настилам

Анкерные болты, заделываемые в железобетонные фундаменты, рассчитывают только на монтажные нагрузки.

Ригели междуэтажных перекрытий применяют в большинстве случаев двутаврового сечения. Сопрягают их с колоннами сваркой с помощью горизонтальных накладок (рис. 48, г, д).

Перекрытия в многоэтажных зданиях, наряду с высокой несущей способностью, должны удовлетворять требованиям звукоизоляции, виброизоляции и обладать достаточной жесткостью. Применяют несколько типов перекрытий.
По стальным ригелям можно укладывать железобетонные крупноразмерные панели или мелкоразмерные плиты (рис. 48, е). В последнем случае по ригелям укладывают стальные балки с шагом 2-3 м. Применяют также обычные монолитные железобетонные перекрытия.

Хорошие технико-экономические показатели имеют перекрытия по стальным настилам коробчатого, ребристого или волнистого профиля, по которым укладывают слой бетона (рис. 48, ж, з). Стальные настилы являются одновременно арматурой и несъемной опалубкой плит.

Основными недостатками стального каркаса являются снижение прочности при высоких температурах и подверженность коррозии в агрессивной среде. Для защиты стального каркаса от коррозии и в целях повышения огнестойкости (особенно в зонах возможного возникновения пожара) его элементы покрывают специальными составами или защищают штукатуркой (или бетоном) по стальной сетке, кирпичом, гипсовыми, бетонными или керамзитобетонными плитами. При такой защите предел огнестойкости стальных конструкций увеличивается от 0,25 до 0,75-5,25 ч. Применяют также такие покраски конструкций, которые под влиянием высоких температур образуют слой пены и тем самым защищают стальной каркас от непосредственного воздействия огня.

Многоэтажные промышленные здания, как правило, сооружают каркасными из сборного железобетона. Габаритные схемы типовых зданий с унифицированными конструкциями приведены на схеме ниже:

а - колонны; б - ригели; в - плиты перекрытий.

По конструкции многоэтажные промышленные здания могут быть с полным сборным железобетонным каркасом, самонесущими или навесными стенами. Сборные конструкции перекрытий применяют двух типов - балочные и безбалочные. Основными элементами каркаса многоэтажного промышленного здания являются колонны, отличающиеся от элементов каркаса одноэтажных зданий, и ригели перекрытий, образующие железобетонные рамы. Ригели перекрытий разработаны прямоугольного и таврового сечений.

Конструкции междуэтажных балочных перекрытий могут быть двух типов:
1) с опиранием плит на полки ригелей;
2) с опиранием плит сверху на прямоугольные ригели.

В зданиях небольшой этажности часто применяют схему неполного каркаса, например кирпичные наружные стены (несущие) и внутренние кирпичные столбы. При больших нагрузках целесообразно вместо кирпичных столбов применять железобетонные колонны, которые вместе с железобетонными ригелями образуют каркас здания.

Как указывалось выше, здания могут иметь полный или неполный каркас. Наряду с железобетонными каркасами в строительстве применяют стальные каркасы.

По конструктивной схеме стальной каркас в целом аналогичен железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые балки, а в некоторых случаях - технологическое оборудование и рабочие площадки. Основными элементами несущего стального каркаса, воспринимающими действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы (см. схему ниже), образованные колоннами и стропильными фермами, ригелями.

1 - колонны; 2 - фермы; 3 - светоаэрационные фонари; 4 - подкрановые балки; .5 - связи по колоннам.

На поперечные рамы опирают продольные элементы каркаса - подкрановые балки, ригели стенового каркаса фахверха, прогоны покрытия и в некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях.

Стальной каркас имеет определенные преимущества перед железобетонными. Его монтаж осуществляется значительно быстрее, а сокращение сроков строительства дает значительную экономию стоимости основных фондов строящегося предприятия. Однако металлический каркас дороже железобетонного, требует большого расхода металла и дороже в эксплуатации.

8.1.Характеристика конструкций.

Каркасные многоэтажные здания (в пределах секции), строятся прямо-угольными в плане, без перепадов высот. Все размеры несущих и огражда-ющих конструкций кратны номинальным размерам, с восприятием горизон-тальных усилий жёсткими узлами рам; связевой – при которой колонны ра-ботают только на вертикальные нагрузки, а горизонтальные воспринимаются системой вертикальных дисков и ядер жёсткости;и рамно-планировочного модуля 0,5м и высотного 0,6м. Сетка колонн кратна укрупнённому планиро-вочному модулю 1,5м. Здания могут иметь подвесное или напольное подъёмно-транспортное оборудование.

Промышленные здания выполняются из железобетонных элементов с сеткой колонн 6х6 или 6х9м, высотой этажей 3,6…7,2м, количество этажей от 2 до 12, с размерами температурных блоков (секций) до 60м.

Конструктивные схемы зданий выполняются по рамной схеме (c воспри-ятием горизонтальных усилий жёсткими узлами рам) и рамно-связевой схеме (с передачей усилий на поперечные и торцевые стены, стены лестничных клеток и лифтовых шахт).

В основную номенклатуру сборных железобетонных элементов много-этажных каркасных зданий входят:

-фундаменты , стаканного типа, сборные или монолитные железо-бетонные. Площадь опирания обосновывается расчётом.

- Колонны , квадратного сечения 40х40 или 60х60см. Высота колонн зависит от принятой их высотной разрезки и может быть на 1-5эта-жей, но не должна превышать 20м (из условий удобства транспорти-рования и монтажа). Стыки колонн выполняются жёсткими и, как правило, проектируются на высоте около 1м от отметки верха пере-крытия.

- Ригели – несущие элементы балочного типа, таврового сечения с одной или двумя полками для плит перекрытий, опирающиеся на консоли колонн. Соединения закладных деталей колонн и ригелей осуществляются сваркой, с обетонированием узлов.

- Плиты перекрытий (покрытий) применяются многопустотные или ребристые. Укладываются на полки ригелей и свариваются между собой через закладные детали. Швы между плитами заполняются бетоном. Плиты перекрытий разделяются на основные, межколон-ные и доборные.

- Диафрагмы жёсткости – элементы обеспечивающие жёсткость каркаса, имеют поэтажную разрезку с контактным горизонтальным стыком. В номенклатуру входят двухполочные и однополочные диафрагмы с проёмами и без проёмов.

- Стеновые панели навесные, устанавливаются на монтажные столи-ки, привариваемые к закладным деталям колонн. Размеры по высоте 1,2 и 1,8м, по ширине зависит от пролёта.

8.2. Методы возведения зданий.

Многоэтажные каркасные здания в зависимости от объёмно-планиро-вочных и конструктивных решений разделяются на однородные (с повторяю-щимися типовыми ячейками и конструкциями) и неоднородные (с неравно-мерным распределением объёмов по этажам и секциям).

Технологический процесс возведения однородных зданий включает в себя четыре цикла:

1 – устройство подземных конструкций;

2 – возведение надземных конструкций и устройство кровли;

3 – выполнение отделочных и специальных работ;

4 – монтаж технологического оборудования.

Однородные здания возводят по горизонтально-восходящей или вер-тикально-восходящей схемам. Организационно-технологическим решением является создание объектных ритмичных или кратно-ритмичных, взаимо-увязанных во времени и пространстве потоков с максимальным совмещени-ем во времени строительно-монтажных работ.

Неоднородные здания расчленяют на ряд неодинаковых, но однород-ных по своим конструктивным особенностям и по технологии выполнения процессов участков. За участки принимают температурные блоки, или части здания определённой этажности и технологического назначения. Как прави-ло, неоднородные здания возводят по смешанной схеме.

Рис.8.1. Технологические схемы возведения многоэтажных каркасных зданий.

а)б)

1–3ярусы

1–9 секции

в)г)монт.кран

а ) горизонтально- восходящая схема; б) вертикально-восходящая схема;

в) смешанная схема;г) установка монтажного крана и деление на монтажные участки .

При сложной конфигурации объекта в плане монтаж ведётся несколькими кранами с произвольной (установленной в ППР) схемой разбивки на монтажные участки.

При возведении многоэтажных каркасных зданий основным является метод наращивания, заключающийся в последовательном наращивании эле-ментов здания, по вертикали снизу вверх. В качестве монтажных участков (захваток) принимается один, два или три этажа – в зависимости от констру-кции колонн. Длина захватки устанавливается в зависимости от:

- количество и технические характеристики монтажных кранов;

- сроки монтажа и количество монтажных бригад (звеньев);

- требования к срокам и технологии монтажа оборудования;

- условий соблюдения безопасных условий труда.

По технике исполнения метод наращивания разделяется на свободный и ограниченно-свободный монтаж. При свободном монтаже монтируемый элемент находится в подвешенном состоянии (на крюке крана) до тех пор, пока не будут произведены работы по выверке и временному закреплению. В этом случае средства, ограничивающие свободу перемещений по вертикали и горизонтали не используются.

Ограниченно-свободный монтаж основан на использовании вспомога-тельных систем, обеспечивающих фиксацию элементов в проектном поло-жении и существенно облегчающих процесс выверки и временного закрепле-ния. Это приводит к уменьшению сроков строительства, снижению трудовых затрат, повышению качества монтажа.

Одним из путей повышения производительности труда является приме-нение способов укрупнения элементов конструкций в плоские рамы и про-странственные блоки (совмещённо-блочный монтаж), который выполняется в непосредственной близости к месту монтажа.

8.3. Выбор монтажных кранов и технологических схем производства работ.

Выбор монтажных кранов производится на основе технических и эко-номических расчётов. При выборе технологии производства работ необходи-мо учитывать: особенности территории строительства, объёмно-планирово-чные решения, весовые и габаритные характеристики монтируемых элемен-тов, степень укрупнения конструкций.

Для монтажа сборных конструкций рекомендуется применять передви-жные башенные и стреловые краны, а при монтаже высотных зданий могут применяться приставные и самоподъёмные краны. Смешанная расстановка кранов (башенные и стреловые) применяется для зданий, у которых колонны нижних ярусов массой до 8-10т, а вышележащие до 5т. в этом случае стрело-вые краны используются для монтажа нижнего яруса здания, а возведение вышележащих этажей производится с помощью башенного крана.

В зависимости от выбранной технологии производства работ возможно расположение кранов с одной стороны объекта, с двух сторон или внутри здания. При одностороннем расположении зона действия крана распростра-няется на всю ширину здания. Грузоподъёмность крана и его габариты должны обеспечивать монтаж элементов при максимальном удалении. Такая схема требует использования более мощных кранов, что не всегдаэкономи-чески целесообразно. При использовании двух кранов, расположенных с противоположных сторон здания, вылет стрелы каждого из них должен сос-

тавлять не менее половины ширины здания. Это позволяет применять краны меньшей грузоподъёмности. Монтаж элементов должен осуществляться таким образом, чтобы зоны действия кранов не пересекались.

Выбор кранов производится по расчётным параметрам (вылет стрелы, высота подъёма крюка, грузоподъёмность), при этом учитывается вес и габа-риты элементов, строповочные средства, устройства для выверки и времен-ного крепления конструкций.

Особое внимание должно уделяться рациональному расположению подкрановых путей, зон складирования и временных подъездных путей. При складировании элементов на приобъектном складе, а также при возведении зданий с транспортных средств, площадки складирования и разгрузки должны находиться в зоне действия крана.

Элементы конструкций с большей массой складируются ближе к оси здания, а более лёгкие – на расстоянии. Необходимо предусматривать прохо-ды между штабелями сборных элементов, складировать конструкции с выпо-лнением требований, обеспечивающих их устойчивость и доступность.

Для оценки технологических схем монтажа и эффективности работы кранов принимается 2..4 варианта. Наиболее рациональным считается тот, в котором себестоимость и продолжительность монтажа являются минималь-ными.

8.4. Возведение подземной части зданий.

Цикл – возведение подземной части каркасных многоэтажных зданий включает в себя ряд строительных технологических комплексов.

1) Устройство геодезической разбивочной основы. На строительной площадке выполняется совмещённая плановая и нивелирная строи-тельная сетка, закреплённая постоянными или временными геодези-ческими знаками. По периметру и внутри здания создаются внешняя и внутренняя разбивочные сетки с закреплением основных или глав-ных осей здания в таких местах, чтобы была гарантирована их сох-ранность на весь период строительства и был обеспечен вынос в натуру осей и отметок, определяющих положение конструктивных элементов. Разбивка осей здания производится по обноске, по бров-ке и непосредственно по дну котлована. По окончании разбивочных работ составляется акт с приложением исполнительной схемы разбивки.

2) Устройство земляных сооружений (котлована, траншей) под фундаменты.

3) Устройство фундаментов . Для многоэтажных каркасных зданий в основном применяются столбчатые фундаменты, монолитные фун-даментные плиты, свайные конструкции. Столбчатые фундаменты выполняются в сборном или монолитном вариантах.

4) Строительство подвалов . Этот технологический цикл выполняется совместно с устройством фундаментов или после монтажа первого яруса колонн. Он включает в себя устройство наружных стен и пе-регородок, подпольных каналов, технических помещений, приямков лифтовых шахт, вводов коммуникаций, полов, фундаментов под оборудование, горизонтальной и вертикальной гидроизоляции.

5) Установка надфундаментных колонн (колонн 1 яруса). Эти работы относятся к «нулевому» циклу только для зданий с подвалом. В за-висимости от требований проекта устанавливаются одно-, двух- или трёх- ярусные колонны. Монтаж ведётся с применением одиночных или групповых кондукторов, системы подкосов или клиновых вкла-дышей. При установке колонн совмещаются риски нижней части колонны и фундамента и производится их временное закрепление. Для выверки колонн используются теодолиты, установленные по осям в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Отклонение колонн от вертикали определяется как разность отклонений их верха и низа. (Имеются и другие варианты выверки колонн).

6) Монтаж плит перекрытий. Выполняется совместно с установкой ригелей. Сопровождается сваркой и омоноличиванием узла колонна – ригель и заливкой швов между плитами цементным раствором.

7) Обратная засыпка пазух фундаментов и стен подвалов. Технологи-ческие регламенты по этой работе зависят от объёмно-планировоч-ных, конструктивных и технологических решений объекта и устана-вливаются в проекте производства работ.

Выполнение монтажных работ «нулевого» цикла осуществляется с применением самоходных стреловых кранов или кранов на рельсовом ходу (нулевиков). Краны располагаются на бровке котлована (с учётом устойчи-вости откосов) или внутри котлована (кроме кранов на рельсовом ходу).

Технологический процесс возведения подземной части осуществляется по однозахватной схеме для зданий точечного типа и многозахватной – для линейно протяжённых и зданий сложной конфигурации в плане. Разбивка на захватки позволяет применять двух-, трёх- стадийные технологии с поточны-ми методами производства работ. При многозахватных схемах используются несколъко кранов.

8.5. Возведение надземной части.

Возведение надземной части многоэтажных каркасных зданий осуще-ствляется в несколько циклов: монтаж каркаса из сборных железобетонных элементов, устройство кровель, специальные и отделочные работы, монтаж технологического оборудования.

Монтаж каркаса .

Монтаж железобетонного каркаса многоэтажных зданий из отдельных элементов ведётся методом наращивания. Последовательность и технология монтажа зависит от объёмно-планировочных и конструктивных решений и применяемого монтажного оснащения. Основным требованием при этом является обеспечение жёсткости и геометрической неизменяемости каркаса в процессе монтажа. При этом основным технологическим параметром явля-ется ячейка . В состав ячейки входят 4 колонны, 2ригеля, 2связевых плиты перекрытий, рядовые плиты перекрытий.

ПП

11К1 - 1 К

К

Р СППСПП

ППП

Ф КК

ПП(3 шт )Р

Рис.8.2. Схема ячейки.Ф – фундаменты; К- колонны; Р – ригели; СПП – связевые плиты перекрытий; ПП – рядовые плиты перекрытий.

Конструктивно все элементы ячейки взаимосвязаны, поэтому техноло-гическая очерёдность монтажа определена: фундаменты колонныригелисвязевые плиты перекрытийрядовые плиты перекры-тий.

При организации потока, в геометрических параметрах захватки должно содержаться целое число ячеек, а высота монтажного яруса должна соответствовать разрезке колонн (её высоте).

Перед началом монтажа на каждом ярусе необходимо:

- закончить установку всех конструкций нижестоящего яруса, про-извести сварку и замоноличивание узлов, предусмотренных про-ектом;

- перенести разбивочные оси на перекрытие, оголовки колонн, опре-делить монтажный горизонт, составить исполнительную схему ра-сположения элементов смонтированного этажа (яруса).

Устройство (монтаж) фундаментов входит в «нулевой» цикл и рассмотрен выше .

Установка колонн в стаканы фундаментов производится с помощью одиночных (как правило) или групповых кондукторов.

При наличии монтажной оснастки в виде одиночных кондукторов монтаж каркаса лучше выполнять по раздельной схеме. Сначала в пределах монтажного участка устанавливают все колонны, выверяют их и закрепляют на сварке, заделывают стыки. Сдача смонтированных колонн под омоноличи-вание производится партиями по 4…10 колонн. Замоноличивание узлов и дальнейший уход за бетоном осуществляет звено бетонщиков.

После омоноличивания колонн производится монтаж ригелей и диа-фрагм жёсткости в очерёдности, установленной ППР. Узлы соединения ригелей и колонн должны быть выполнены по проекту с надёжнымисвар-ными соединениями закладных деталей между собой.

Монтаж яруса-ячейки заканчивается укладкой плит перекрытий и эле-ментов лестничных клеток. Вначале монтируются связевые (распорные) плиты между колоннами затем рядовые (основные, промежуточные). Все плиты надёжно приваривают к ригелям, а швы между элементами заде-лывают бетоном.

Если ярус двух или трёхэтажной разрезки, то применяется специальная монтажная оснастка (например комплект ЦНИИОМТП). В комплект входят: сборные железобетонные фундаментные балки, которые временно крепятся к обрезу фундамента; хомуты с подкосами раскрепляющие колонны и фунда-ментные балки; горизонтальные связи; клинья. Монтаж ригелей, плит пере-крытий, диафрагм жёсткости ведётся поэтажно

К монтажу конструкций следующего яруса приступают после дости-жения бетоном не менее 70% проектной прочности. Наиболее ответственный процесс – монтаж колонн последующих ярусов. Для этого на оголовке ниже-стоящей колонны с помощью винтов закрепляется кондуктор. Поднятую кра-ном колонну заводят в хомуты кондуктора плавно опускают на оголовок ни-жней колонны. Колонны приводят в проектное положение с помощью винтов кондуктора, обеспечивая соосность верхней и нижней колонн. Несоосность колонн не должна превышать 5мм, а отклонение их по вертикали не более 3мм.

После монтажа колонн следующего яруса повторяется процесс уста-новки остальных элементов ячейки (ригель, плиты перекрытий и др.).

При строительстве крупных объектов, когда имеется достаточно боль-шой фронт работ используются групповые кондукторы (плоские и прост-ранственные). Плоские кондукторы применяют для монтажа рам, а простран-ственные для монтажа элементов каркаса ячейки.

Одним из типов пространственных групповых кондукторов является рамно-шарнирный индикатор (РШИ).

Лекция №6

Каркасные технологии в многоэтажном

И малоэтажном строительстве

Опыт строительства и технико-экономические исследования последних лет определили тенденцию к увеличению высоты жилых и общественных зданий. Она нашла развитие в строительстве сначала наиболее крупных, а затем и многих других городов бывшего Советского Союза. Высокий уровень индустриализации отечественного строительства решающим образом повлиял на выбор основного материала, используемого в несущих элементах многоэтажных зданий. Сборные железобетонные конструкции, изготовляемые на механизированных заводах, в значительной мере вытеснили и продолжают вытеснять конструкции из других строительных материалов. Достаточно высокие прочность и.жесткость, огнестойкость, экономичность, позволили железобетону успешно конкурировать не только с каменными материалами, но и со стальными конструкциями.

Для сборного железобетона как основного строительного материала характерны две схемы несущих конструкций многоэтажных зданий, используемые в массовом строительстве - крупнопанельная (бескаркасная) и каркасная. Крупнопанельная схема несущих конструкций отлично зарекомендовала себя в зданиях с ячеистой планировочной структурой, однотипно повторяющейся по вертикали. Такая структура наиболее соответствует жилым зданиям и этим обусловлено широкое использование крупнопанельных конструкций в жилищном строительстве;

В лечебных учреждениях, зданиях для проектных и научно-исследовательских институтов, в лабораторных корпусах и других сооружениях общественного и производственного назначения, как правило, появляется необходимость изменить планировочную структуру по вертикали. В практике строительства для таких зданий утвердилась каркасная схема несущих конструкций.

Высокие темпы развития науки и техники неуклонно сокращают сроки морального старения зданий. Изменения технологии и оборудования требуют пересмотра планировки и технологических связей между помещениями.

Возникает ситуация, при которой полноценное, с точки зрения конструкций, здание оказывается неудобным для эксплуатации. Изменение планировки при каркасных несущих конструкциях, необходимое для продления срока службы здания, решается значительно легче, чем в крупнопанельных зданиях.

Технико-экономическими исследованиями установлено, что по ряду показателей при прочих равных условиях каркасные здания уступают крупнопанельным. Их стоимость на 5-10% выше, построечная трудоемкость на 10-15% больше, чем бескаркасных зданий. Кроме того, расход стали увеличивается на 30-50% Несмотря на это, по изложенным выше причинам планировочного и технологического характера, каркасные здания широко применяются во всех странах мира.

Каркасное строительство – это возможность быстро построить полноценный жилой дом всего за несколько месяцев, затратив при этом в несколько раз меньше денег, чем требуется на постройку кирпичного дома. Именно поэтому строительство панельно-каркасных домов развивается во всем мире бурными темпами.

Главное отличие технологии каркасного домостроения от других, где несущими являются стены, в том, что основой возводимого здания служит жесткая рамная конструкция (каркас), между элементами которой укладывается тот или иной «стеновой» материал. Каркас состоит из колонн и дисков (или панелей) перекрытий, набранных из пустотных плит. Существует несколько систем каркасно-монолитного домостроения («Куб-2,5», МВБ-01, «Аркос», «Рекон» и т. д.). Одно из основных различий между ними заключается в конструкции опирания пустотных плит перекрытия и размерах каркасной сетки. В системе «Аркос», например, допускаемая сетка колонн – 7,2 м х 7,2 м, в системе «Рекон» – до 9 м. Монолитно-каркасные «высотки» могут достигать 25 этажей и выдерживать сейсмическую активность до 8–10 баллов.

Изделия каркаса имеют простую геометрическую форму и ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает их производство и освоение. По этой технологии можно строить не только жилые дома, но и торгово-развлекательные комплексы, промышленные многоэтажные здания, многоярусные паркинги. При этом свободно расположенная сетка колонн от 1,5 до 12 м позволяет создавать различные планировочные варианты квартир и нежилых помещений. Наружные и внутренние стены могут выполняться как из штучного материала, так и из крупноразмерных панелей.

В деревянном домостроении несущий каркас выполняется из сплошного или клееного бруса, от качества которого зависит срок эксплуатации дома. Каркас обшивается каким-либо материалом, а утеплителем прокладываются стены дома, межкомнатные перегородки и перекрытия. Обычно это минеральная вата из кварцевого или базальтового волокна. Аналогичные схемы строительства применяются и при использовании в качестве несущего каркаса легких металлических конструкций (ЛМК).

Серии 1.020-1/87 для гражданских зданий

Элементы каркасов (колонны, ригели, плиты перекрытия)

Рис. 3. Типы панелей перекрытий (разрезы)

Рис. 4. Перекрытие из ребристых панелей ребрами вниз

Рис. 5. Перекрытие по сборным железобетонным балкам

Рис. 6. Деревянные перекрытия

Деревянные балки; 2 - щиты дощатые, плиты гипсовые, фибролитовые, камышитовые; 3 - шлак, песок; 4 - штукатурка

Концы деревянных балок, укладываемых на наружные кирпичные стены, должны быть антисептированы и защищены кроме торцов от увлажнение гидроизоляцией на длину 20 см. Деревянные балки, укладываемые у дымоходов, защищаются против возгорания разделкой из кирпича.

Диафрагма жесткости

1. Диафрагмы жесткости предназначены для применения в многоэтажных жилых и общественных зданиях промышленных предприятий с высотами этажей 2,8м; 3,3м; 4,2м и техподпольем высотой 2 м.

2. Производство диафрагм осуществляется в соответствии с требованиями СТБ 1331-2002 «Диафрагмы жесткости железобетонные. Технические условия».

3. Диафрагмы жесткости изготавливаются из тяжелого бетона классов, морозостойкости и водонепроницаемости, указанных в проектной документации, но не ниже F 100 и W 2.

4. Маркировка диафрагм принята по ГОСТ 23009-78 «Обозначение типа конструкций»:

Д – диафрагма жесткости сплошная;

ДП – диафрагма жесткости с проемом;

1Д – диафрагма жесткости сплошная с одной полкой;

2Д – диафрагма жесткости сплошная с двумя полками:

1ДП (2ДП) – диафрагмы жесткости с одной (с двумя) полками с проемами,

расположенными по середине;

1ДПК (2ДПК) – диафрагмы жесткости с одной (с двумя) полками с

проемами, расположенными по краю.

Обозначение габаритов конструкций: первое число – округленная длина диафрагм в дециметрах; второе число – номинальное высота диафрагмы в дециметрах.

5. На верхней грани диафрагм жесткости предусмотрены петлевые выпуски для соединения диафрагм между собой и плитами перекрытия.

6. В диафрагмах жесткости предусмотрены вертикальные штрабы для пропуска электропроводки.

Сборный железобетонный каркас

Рис. 8. Основные конструктивные элементы зданий серии 1.420-4

а - колонны; б - капители; в - полукапители; г - пролетные плиты; д - надколенные плиты

Колонна в серии 1.420-4 квадратного сечения, размерами 400×400; 500×500 мм. В отдельных случаях для первого или подвального этажей могут применяться колонны сечением 600×600 мм, в серии 1.420-14 единое сечение - 450×450 мм. Колонны серии 1.420-4 имеют в месте опирания капителей четырехсторонние консоли и пазы по граням стволов, колонны серии 1.420-14 имеют металлические консоли, привариваемые во время монтажа.

Капители приняты двух типоразмеров: основная - 2700×2700×600 мм и полукапитель - 1950×2700×600 мм. Капитель имеет в центре квадратное отверстие, по граням которого устроены пазы.

Надколенные плиты имеют размеры в плане 3100×3540 и 2150×3540 мм. Толщина надколенных плит 180 мм. На торцах плит имеются выпуски рабочей арматуры. Размеры пролетных плит - 3080×3080×150 мм. По периметру плит имеются по два выпуска арматуры с каждой стороны. Здания с безбалочными конструкциями имеют самонесущие кирпичные стены, самонесущие стеновые вертикальные панели и навесные горизонтальные стеновые панели.

Стыки колонн расположены на высоте 1 м от верха перекрытия и запроектированы с применением стальных накладок, привариваемых к стальным оголовкам. В серии 1.420-14 применяется ванная сварка выпусков арматуры колонн. На четырехстороннюю консоль колонны опирается капитель, которая после выверки закрепляется сваркой закладных и приваркой накладных стальных деталей. Пазы капители и колонны после замоноличивания образуют бетонные шпонки. Консоли колонн и шпонки используются для передачи нагрузки с перекрытия на колонну. На полки капители опираются надколонные плиты. Их закладные детали и выпуски арматуры соединяют электросваркой с закладными деталями капителей и после этого замоноличивают стык.

Пролетные плиты опираются арматурными выпусками на надколонные плиты и соединяются с закладными деталями надколонных плит. Клиновидные пазы между плитами заполняют бетоном. Все сопряжения замоноличивают бетоном марки 300 на мелком щебне или гравии с применением вибрирования.

Продольный каркас во всех конструктивных решениях запроектирован по связевой схеме в двух вариантах конструктивного исполнения: с применением стальных связей или однопролетных рам с жесткими узлами. Продольная устойчивость каркаса в период монтажа и эксплуатации по первому варианту обеспечивается вертикальными связями по колоннам, устанавливаемым в середине каждого деформационного блока здания по каждому ряду или через несколько рядов колонн на всех этажах. Связи выполняют одноветвевыми из равнобоких уголков.

Рис. 9. Основные конструктивные элементы промышленных зданий серии ИИ 20/70, 1.420-6, 1-420-12

а - колонны; б - ригели; в - плиты перекрытий.

Колонны в каркасе прямоугольного сечения с размерами сторон 400×400 мм и 400×600 мм. Колонны первого этажа заделывают в стаканы фундаментов с заглублением на 600 мм - при опирании плит перекрытия по верху ригелей. Колонны для двух нижних этажей здания приняты двухэтажной разрезки, для последующих этажей высотой 3,6 и 4,8 м - двухэтажной разрезки, а для этажей высотой 6 м и более - поэтажной разрезки. Имеются трехэтажные колонны, устанавливаемые в стаканы фундаментов в зданиях с высотой этажа 3,6 м и двухэтажные в верхних этажах зданий с высотой этажа 6,0 м. Стыки колонн, расположенные на высоте 1,8 м от отметки верха консоли, запроектированы жесткими. Стыковые стержни приваривают к стальным оголовкам колонн с последующим замоноличиванием. Величина зазора между стыкуемыми колоннами 40 мм.

Для зданий с перекрытиями, опирающимися на полки ригелей (последние имеют высоту 800 мм и ширину 650 мм), и с перекрытиями, опирающимися по верху ригелей, приняты ригели прямоугольного сечения 800×300 мм. Сопряжение ригеля с колонной выполняют ванной сваркой выпусков арматуры из колонны и ригеля, сваркой закладных деталей ригеля и консоли колонны с последующим замоноличиванием стыка.

Соединение опорной арматуры ригеля с колонной в стыках, расположенных в уровне покрытия, выполняют с помощью стыковых стержней. Стержни укладывают по верху оголовков колонн, приваривают ванной сваркой к торцам арматуры ригелей и затем электродуговой сваркой к оголовку колонны.

Междуэтажные перекрытия запроектированы из плит двух типоразмеров: основной плиты шириной 1500 мм и доборной плиты шириной 750 мм. Доборные плиты размещают только по наружным рядам колонн. Основные межколонные плиты, располагаемые вдоль здания по осям колонн, приваривают к закладным деталям ригелей и соединяют между собой по верху продольных ребер стальными накладками. Доборные межколонные плиты устанавливают на стальные столики, привариваемые к закладным деталям колонн; приваривают к этим столикам и соединяют между собой накладными деталями по верху продольных ребер, расположенных с внутренней стороны здания. В торцах межколонных плит на уровне полки к плите приваривают опорный уголок; остальные плиты перекрытий приваривают к закладным деталям ригелей, за исключением одной плиты в каждом пролете. Швы между плитами, а также между торцами плит, ригелями и колоннами заполняют бетоном марки 200 на мелком гравии или на щебне. Покрытия в зданиях, сохраняющих в верхнем этаже сетку колонн нижележащих этажей, решены аналогично конструкции перекрытий.

Стены предусмотрены из панелей, включенных в каталог сборных железобетонных конструкций одноэтажных промышленных зданий.

В типовых сериях 1.420-12 и 1.420-6, разработанных как дополнение к серии ИИ 20/70, стык колонн выполнен с использованием ванной сварки выпусков продольной арматуры, что позволило отказаться от стальных оголовков колонн. Имеется еще ряд особенностей, касающихся расширения номенклатуры ригелей и плит перекрытий. Стены могут быть навесные и самонесущие. Стены навесные принимаются по серии 1.432-5. Конструкции серии ИИ-04, разработанные ЦНИИЭП торговых зданий и туристских комплексов, предназначены для строительства каркасно-панельных гражданских и административно-бытовых зданий (при промышленных предприятиях), высотой 4 - 12 этажей. Разработаны три варианта каркаса, отличающихся условиями статической работы: рамный, рамно-связевый и связевый (рис. 3).

Рамный вариант каркаса предназначен для строительства зданий высотой до 4 этажей (включительно), связевый и рамно-связевый варианты - для зданий высотой до 12 этажей. Модульная сетка колонн принята 6×6; 6×4,5 и 6×3 м, при высоте этажей - 3,3; 3,6 (связевый каркас) и 4,2 м. Унифицированные расчетные нагрузки на перекрытия приняты 450, 600, 800 и 1250 (в связевом варианте) кгс/м 2 .

Фундаменты - башмаки стаканного типа, рассчитанные на установку их на основания, определяемые проектом зданий.

Рис. 10. Основные конструктивные элементы зданий серии ИИ-04.

а - колонны; б - ригели; в - диафрагмы жесткости; г - плиты перекрытий.

Колонны - сечением 300×300 мм (для зданий высотой до 4 этажей) и 400×400 мм высотой на один - два этажа и многоэтажные. Стык колонн в рамном и рамно-связевом вариантах каркаса в уровне верха перекрытия. Колонны соединяют сваркой по периметру стальных оголовков. В связевом варианте каркаса стык колонн безметалльный и располагается выше уровня перекрытия. Колонны соединяют сваркой выпусков рабочей арматуры.

Ригели высотой 450 мм таврового сечения с полкой понизу с одним или двумя свесами для опирания плит перекрытия. Ригели имеют длину 5600, 4060 и 2560 мм; предназначаются для установки в пролетах соответственно 6; 4,5 и 3 м. Ригели на опорных участках имеют подрезку, соответствующую размерам консоли колонны, обеспечивающую скрытое положение консоли.

Плиты перекрытия запроектированы толщиной 22 см, длиной 5760 и 2760 мм и подразделяются на три основных типа:

Рядовые многопустотные плиты (с вертикальными и круглыми пустотами);

Связевые плиты, устанавливаемые у колонн в направлении, перпендикулярном ригелям каркаса, запроектированные с пустотами, сплошными и ребристыми (санитарно-технические);

Пристеночные плиты, укладываемые в крайних рядах перекрытий. Плиты имеют сплошное сечение, в них предусмотрены закладные детали для крепления панелей наружных стен.

Диафрагмы жесткости - плоские железобетонные панели толщиной 14 см. В связевом варианте каркаса предусмотрены диафрагмы жесткости с одной или двумя полками для опирания плит перекрытия. В ЦНИИЭП торговых зданий и бытовых комплексов разработаны диафрагмы жесткости с растворными стыками (без выпусков арматуры).

Панели наружных стен запроектированы в двух вариантах: с навеской на перекрытия и на колонны. Масса элементов во всех вариантах каркаса не превышает 5 т, в зданиях с многоэтажными колоннами - 8 т. В ЦНИИЭП торгово-бытовых зданий и туристских комплексов и ЦНИИпромзданий разработаны типовые конструкции серии 1.020-1, полностью обеспечивающие межвидовую унификацию конструктивных и объемно-планировочных решений и предназначенные для промышленных и гражданских зданий. Конструкции в основном базируются на опалубочных формах серии ИИ-04 (связевый вариант каркаса); дополнительно разработаны конструкции для сеток колонн от 7,2 до 12 м и высот этажей от 4,8 до 7,2 м; улучшены отдельные узлы сопряжений.

Панели перегородок серии 1.431-14 запроектированы однослойными из легкого, ячеистого, тяжелого железобетона и гипсобетона, максимальные размеры рядовых железобетонных панелей 5980×2860 мм, толщина 80 мм, масса от 1,1 до 3,42 т. Максимальные размеры доборных железобетонных панелей 5830×1810 мм, толщина 80 мм, масса от 0,63 до 1,98 т. Размеры гипсобетонных панелей совпадают с размерами железобетонных, максимальная масса 1,66 т.

Перегородки выполняют сборными, самонесущими с горизонтальным расположением панелей, устанавливаемые на высоту помещений. Перегородки устанавливают до монтажа перекрывающих их конструкций.

Панели перегородок при сетке колонн 6×6 м крепят непосредственно к колоннам; при сетке колонн 9×6 и 12×6 м крепление предусматривается к стальным стойкам фахверка, шарнирно прикрепленным к перекрытиям. Панели перегородок серии 1.431-15 выполнены однослойными и из тех же материалов, что и в серии 1.431-14. Максимальные размеры рядовых плит 5640×3040 мм, толщина 80 мм, масса от 1,1 до 3,42 т. Перегородки выполнены самонесущими, горизонтальной и вертикальной разрезки.

Лекция №6

МНОГОЭТАЖНЫЕ КАРКАСНЫЕ ЗДАНИЯ

Конструктивной основой многоэтаж­ного здания служит пространственная несущая система из стержневых и панель­ных железобетонных элементов, взаимо­связанных между собой в порядке, обеспе­чивающем прочность, устойчивость и долговечность системы в целом, а такжеее отдельных элементов. Пространствен­ная работа системы проявляется в том,что при загружении одного из ее элемен­тов в работу включаются и другие элементы.

По конструктивной схеме многоэтаж­ные здания разделяют на каркасные, бескаркасные и комбинированной систе­мы , а по назначению – на промышленные и гражданские .

Каркасным называют здание, в котором несущими вертикальными элементами системы являются железобетонные колонны. Бескаркасным (панельным или крупно­блочным) называют здание, в котором вертикальные элементы компонуют из поставленных одну на другуюстеновых панелей (блоков). В зданиях комбинированной системы несущими вер­тикальными элементами являются колон­ны и панельные стены.

Различают кар­касные схемы с полным и неполным каркасом . При полном каркасе наружные стены самонесущие, а при неполном – несущие.

Каркасную систему используют в основном для зданий промышленного,административного и общественного на­значения, где требуются большие неперего­роженные помещения. Бескаркасную и комбинированную системы применяют для жилых домов, в которых несущие ивнутренние стены являются межквартир­ными и межкомнатными перегородками.В зданиях комбинированной системы ниж­ние этажи каркасные, а остальные панель­ные.

Объемно-блочные здания выполняют из объемных блоков жестких пространствен­ных элементов, устанавливаемых друг надруге; в случае применения каркаса объемные блоки служат его заполнением, и каждый блок несет только собственную массу и полезную нагрузку.

В многоэтажных каркасных зданиях горизонтальные нагрузки воспринимаютсистемой рам или вертикальных диафрагм-стенок жесткости, специальными связями или ядром жесткости, консольно за­щемленными в фундаменте (связевые системы). Ядром жесткости называют жесткую пространственную систему, образованную сопряженными между собой стенками. Более часто ядро жесткости выполняют монолитным. Каркас здания с ядром жесткости рассчитывают только на вертикальные нагрузки, что позволяет провести унификацию конструктивных элементов по высоте здания.

В последнее время при строительстве общественных и жилых зданий получили широкое распростране­ние системы многоэтажных зданий с подвесными этажами. Такое здание со­стоит из основной опорной конструкции – железобетонного монолитного ствола, двухконсольных балок или ферм и тяжей, к которым подвешиваются этажи (рис. 7.1). Всю вертикальную нагрузку передают на жесткий вертикальный ствол, в котором размещают лифты, лестницы, инженерные коммуникации, а также поднимаемых этажей.

Рис. 7.1. Здание с подве­ шенными этажами

а - внешний вид; 6 - попереч­ ный разрез; в - план располо­ жения подвесок; 1 - железобе­тонные стены ствола; 2 - пере­ крытия; 3 - промежуточные под­вески; 4 - угловые подвески; 5 - диагональные арки

Продольность и устойчивость каркаса в продольном направлении в период монтажа обеспечивают постановкой постоянных вертикальных связей или устройством жестких продольных рам (рис. 7.2).

Каркасы зданий в период возведения рассчитывают на сочетание следующих нагрузок: собственного веса конструкции (включая вес навесных панелей), скорост­ного напора ветра и монтажной норма­тивной нагрузки, равной 2,5 кН/м 2 .

Конструктивные схемы многоэтажных производственных зданий

Многоэтаж­ные производственные здания по конструк­ции разделяют на:

1) здания с полным железобетонным каркасом и навесными наружными стенами;

2) здания с полным железобетонным каркасом и наружными самонесущими стенами;

3) здания с внутренним железобетонным каркасом (без пристенных колонн) и несущими стенами (здания с неполным каркасом).

Высоту надземной части многоэтаж­ных производственных зданий опреде­ляют технологическими требованиями. Ширина многоэтажных промышленных зданий по условиям технологического процесса может достигать 36 м и более. Сетку колонн каркаса и высоту этажей назначают по технологическим требова­ниям в соответствии с требованиями Единой модульной системы, унификацией габаритных параметров, типизацией и стандартизацией элементов конструк­ций.

Рис. 7.2. Многоэтажное здание, возводимое методом подъема этажей

1 - фундамент; 2 - пол 1-го этажа; 3 - воротник; 4 - разделительная прокладка; 5 - изготовленная плита; 6 - обойма колонны; 7 - отверстие 120 х 80 мм для закладного стержня; 8 - колонна; 9 - оголовок; 10 - винтовая тяга диаметром 50 мм; 11 - система монтажных связей; 12 - габаритная схема гидроподъемника

Многоэтажные каркасные здания обыч­но проектируют по связевой, рамно-связевой или рамной (жесткой) конструк­тивным системам, обеспечивающим про­странственную жесткость зданий.

Связевая система

Под связевой системой многоэтажного промышленного здания понимают такую компоновку егожелезобетонного каркаса, когда ветровые и любые другие горизонтальные нагруз­ки воспринимают междуэтажные перекры­тияи передают их на жесткие по­перечные вертикальные связи (диафрагмы жесткости): лестничные клетки, лифтовые шахты, поперечные стены толщиной не менее 120 мм или железобетонные стены толщиной не менее 60 мм. Вертикаль­ные нагрузки воспринимают элементы каркаса.

Передачу горизонтальных сил перекры­тием на жесткие поперечные вертикаль­ные связи обеспечивают надежным соеди­нением стен стальными анкерами с пере­крытиями или с крайними колоннами каркаса на уровне перекрытий. В зданиях с несущими стенами предусматривают поэтажную анкеровку стен к конструк­циям перекрытий.

Работа конструктивных элементов здания, решенного по связевой системе на действие ветровых нагрузок,происходит в определенной последова­тельности:

1) ветровую нагрузку , в пер­вую очередь воспринимают наружные стены; они работают как простые балкипролетом, равным высоте этажа (рис. 7.3а);

2) опорные реакции от наружных стен воспринимают перекрытия; они работают как простые балки, равно мерно загруженные распределенной на­грузкой пролетом , равным рас­стоянию между диафрагмами жесткости (рис. 7.3б);

3) опорные реакции F от перекрытий воспринимают диафрагмы жесткости, которые работают как консоль­ные балки, защемленные в фундаменте.

Рис. 7.3. Схема передачи ветровых нагрузок

а - расчетная схема наружной стены; б - расчетная схема перекрытия; 1 - поперечная диафрагма жесткости; 2 - перекрытие; 3 - колонны

Конструкции лестничных клеток и шахт рассчитывают как кон­сольные балки коробчатого сечения. При расчете вертикальной поперечной диафраг­мы жесткости на продольную силу и изгибающий момент М от горизонталь­ных сил растягивающие напряжения в бетоне принимают не более расчетного сопротивления на осевое растяжение.

В связевой системе многоэтажных зданий шарнирное соединение сборных элементов выполняют сваркой стальныхзакладных деталей или выпусков арма­туры, чтобы обеспечить устойчивость кар­каса здания при монтаже и общую жесткость здания после замоноличивания швов между элементами бетоном или раствором. Шарнирное соединение упро­щает и удешевляет монтаж каркаса, особенно зимой. Однако вследствие разрезности конструкций общее количест­во стали, расходуемой на каркас с шарнирными стыками, оказывается боль­шим, чем в каркасах с частично защемленными или жесткими соединения­ми.

Рамно-связевая система

Под рамно- связевой схемой многоэтажных зданийпонимают систему, в которой колонны каркаса жестко заделаны в перекрытие, а ригели - в колонны. Она часто оказы­вается рациональной для высотных много­этажных зданий и для зданий, несущих тяжелую полезную нагрузку. Вертикаль­ные нагрузки в многоэтажных зданиях рамно-связевой системы воспринимает по­перечная рама с жесткими узлами. Ветровые и другие горизонтальные на­грузки воспринимают каркас и попереч­ные вертикальные связи (диафрагмы жест­кости) пропорционально их жесткости.

Сборный железобетонный каркас, вы­полняемый по рамно-связевой системе, при всех прочих равных условиях ока­зывается дешевле на 25 % по сравнениюс каркасом связевой системы. На его изготовление расходуется меньше стали (на6 -10%) и бетона (на 33,5%).

Рамная система

Под рамной систе­ мой понимают систему, в которой все соединения элементов принимают жест­кими, позволяющими рассчитывать кон­структивные элементы, как статически неопределимые. При этом предполагают, что при отсутствии вертикальных диафрагм не только вертикальные, но и все горизонтальные нагрузки полностьювоспринимает жесткий железобетонный каркас (поперечные рамы). Обычно жест­кие соединения проектируют так, чтобырастягивающие усилия полностью воспри­нимались стальными закладными деталя­ми или надежно сваренной основной ар­матурой элементов, а сжимающие уси­лия – бетоном, заполняющим соединение.

При устройстве жестких соединений (стыков) следует, кроме основных заклад­ных деталей предусматривать конструк­тивные закладные детали в сжатой зоне,чтобы создать необходимую устойчивость каркаса в процессе монтажа. В рамныхзданиях узловые моменты от горизон­тальных нагрузок возрастают к низу зда­ния, вследствие чего при большой этаж­ности не удается сохранить одни и те жесечения колонн в верхних и нижних этажах здания. Именно поэтому в зданиях повышенной этажности чаще применяют рамно-связевый каркас.

Решение каркаса по рамной системе приводит к увеличению сечений сборных элементов и усложняет узлы сопряжений, поэтому его принимают лишь в техслучаях, когда устройство поперечных диафрагм жесткости, воспринимающих го­ризонтальные нагрузки, технически или экономически нецелесообразно или когда передача горизонтальных сил затруднена из-за отверстий в перекрытиях и пр.

При каждом конструктивном решении можно выполнять междуэтажные пере­крытия многоэтажных производственных зданий по балочной и безбалочной схе­мам из монолитного, сборного или сборно-монолитного железобетона.

Конструктивные схемы многоэтажных гражданских зданий

Многоэтаж­ные гражданские каркасные и панельные здания проектируют высотой 12 –16 этажей, а в ряде случаев – 20 этажей и более. Сетка колонн, шаг несущих стен и высоты этажей выбирают в соот­ветствии с требованиями типизации эле­ментов конструкций и унификации габа­ритных параметров. Каркасные конструк­ции применяют для различных админи­стративных, общественных и других зда­ний с большими помещениями, редко расположенными перегородками, а в некоторых случаях и для жилых домоввысотой более 25 этажей. Основными несущими конструкциями многоэтажного каркасного здания в гражданском строи­тельстве являются железобетонные рамы, вертикальные связевые диафрагмы и связывающие их междуэтажные перекры­тия (рис. 7.4).

Ригели принимают однопролетными таврового сечения с частично защем­ленными стыками; на все опоры передают одинаковые изгибающие моменты, равные 10 – 20% от полного балочного момента.

При действии горизонтальных нагрузок обеспечение совместной работы разно­типных вертикальных конструкций в многоэтажном здании достигается благо­даря высокой жесткости при изгибе в плоскости междуэтажных перекрытий, ра­ботающих как горизонтальные диафраг­мы. Сборные перекрытия благодаря свар­ке закладных деталей и замоноличиванию швов между отдельными плитамитакже обладают высокой жесткостью при изгибе в своей плоскости. Необходимую пространственную жесткость зданий до­стигают различными вариантами кон­структивной схемы, отличающимися между собой способами восприятия горизонтальных нагрузок.

Рис. 7.4. Основные вертикальные конструкции многоэтажных зданий

а – многоэтажные регулярные рамы; б – связе­ вые комбинированные диафрагмы;

в – связевые диафрагмы с проемами

При поперечных многоэтажных рамах и поперечных вертикальных связевых диафрагмах (рис. 7.3) горизонтальные нагрузки воспринимают вертикальные конструкции совместно, и каркасное зда­ние в поперечном направлении работает по рамно-связевой системе, при этом в продольном направлении при наличии только вертикальных связевых диафрагм здание работает по связевой системе. При поперечном расположении вертикаль­ ных связевых диафрагм и продольном расположении многоэтажных рам здание в поперечном направлении работает по связевой системе, а в продольном на­правлении – по рамной системе. Кон­структивная схема каркаса при шар­нирном соединении ригелей с колоннами будет связевой в обоих направлениях.

Панельные конструкции применяют для жилых домов, гостиниц и т. п. зданий с часто расположенными перегородками и стенами. В панельных зданиях основ­ными несущими конструкциями служат вертикальные диафрагмы, образованные панелями внутренних несущих стен, рас­положенными в поперечном, иногда в продольном, направлении, и связывающие их междуэтажные перекрытия. Панели наружных стен навешивают на торцы панелей несущих поперечных стен. Много­этажное панельное здание как в по­перечном, так и в продольном направ­лении воспринимает горизонтальную на­грузку по связевой системе.

Расчетные схемы

Расчетные схемы много­этажных каркасных и панельных граж­данских зданий устанавливают в зависи­мости от их конструктивных схем и способа восприятия горизонтальных на­грузок – по рамной, рамно-связевой, связевой системам.

Междуэтажные перекры­тия рассматриваются как жесткие, неде­формирующиеся при изгибе в своей плоскости горизонтальные связевые диаф­рагмы. Расчетные схемы рамно-связевых систем отражают совместную работу мно­гоэтажных рам и различных вертикаль­ных диафрагм: сплошных, комбинирован­ных и с проемами (рис. 7.5). Вертикаль­ные конструкции, расположенные в здании параллельно друг другу, условно изобра­жают стоящими рядом в одной плос­кости и соединенными стержнями-свя­зями, поскольку горизонтальные переме­щения их в каждом уровне равны. Роль стержней-связей между многоэтаж­ной рамой и вертикальной диафрагмойвыполняют междуэтажные перекрытия. Эти стержни-связи условно считают несжи­маемыми и нерастяжимыми. Жесткость вертикальной диафрагмы в расчетной схеме принимают равной суммарной жест­кости соответствующих вертикальных диафрагм блока здания.

Рис. 7.5. Расчет­ ные схемы рамно-связевых систем а – со сплошной ди­ афрагмой; б – со сплошной и комби­нированной диафраг­ мами;

в – с проемной

Расчетные схемы связевых систем от­ражают совместную работу вертикаль­ных диафрагм многоэтажных каркасных или панельных гражданских зданий в раз­личных сочетаниях: сплошных и с проема­ми, с одним и несколькими рядами проемов (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Расчетные схемы связевых систем

а – с проемными диафрагмами; б – с проемными и сплошными диафрагма­ ми;

в – с разнотипными диафрагмами

В этих расчетных схемах вертикальные диафрагмы, распо­ложенные в здании параллельно друг другу, условно также изображают стоя­щими рядом в одной плоскости и соединенными стержнями-связями. Влия­нием продольных деформаций ригелей, перемычек и стержней-связей между вертикальными конструкциями можно пренебречь. Также не учитывают дефор­мации сдвига стоек рам и вертикаль­ных диафрагм. Отношение высоты сечения вертикальной диафрагмы к ее длине обычно составляет

. Влияниеподатливости стыков стоек и ригелей учитывают в расчетах снижением их погон­ной жесткости, а влияние податливости стыков вертикальных диафрагм сниже­нием их изгибной жесткости на 30%.

В расчетных схемах многоэтажных зда­ний регулярной структуры с постоян­ными по высоте значениями жесткости элементов дискретное расположение ри­гелей, перемычек, стержней-связей заме­няют непрерывным расположением.

Горизонтальную ветровую нагрузку (увеличивающуюся кверху) при расчете многоэтажных зданий заменяют экви­валентной равномерно распределенной или же эквивалентной нагрузкой, распре­деленной по трапеции. При равномерно распределенной нагрузке получают более компактные расчетные формулы и практи­чески точные значения перемещений и усилий в расчетных сечениях. Экви­валентную равномерно распределенную ветровую нагрузку определяют по момен­ту в основании.

Многоэтажные рамы высотой до 16 этажей имеют колонны постоянного сечения по всей длине здания (рис. 7.4, а). Увеличения несущей способности колонн нижних этажей достигают повышением класса бетона, процента армирования, применением жесткой арматуры. Элемен­ты сборных колонн в целях снижения трудоемкости на монтаже выполняют размером на 3 – 5 этажа. Комбиниро­ванные вертикальные связевые диафрагмы, состоящие из сплошной и рамной час­тей, сохраняют регулярную структуру (постоянные размеры элементов и про­летов ригелей) по всей высоте здания (рис. 7.4, 6). Вертикальные связевые диаф­рагмы с проемами имеют железобетон­ные перемычки, жестко связанные на опорах с простенками, и также сохра­няют регулярную структуру по всей высо­те здания (рис. 174, в). Стыки ригелей с колоннами выполняют шарнирными на скрытых консолях и бес-консольными.

При жестком соединении ригелей с колоннами существенно повышается общая жесткость многоэтажного здания и достигается экономия металла в армировании ригелей (по условиям прочности, трещиностойкости и предельных прогибов). Стыки колонн выполняют посредством ванной сварки выпусков стержней диаметром до 40 мм.

Элементами сборных вертикальных связевых диафрагм являются колонны каркаса и панели с полками для опирания плит перекрытий (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Соединение элементов вертикальной связевой диафрагмы

/ - панели диафрагмы; 2 - полки для опирания панелей перекрытий; 3 - колонна каркаса здания; 4 - закладные детали колонн; 5 - закладные детали панелей диафрагмы; 6 - стыковые стержни; 7 - монтажная сварка

Элементы соединяют сваркой закладных деталей и замоноличиванием. Применяют также монолитные панели, бетонируемые на месте возведения после приварки к зак­ладным деталям колонн арматурных сеток. Вертикальные связевые диафрагмы в виде ядер жесткости чаще выпол­няют монолитными в скользящей опалуб­ке. В сборных ядрах жесткости элемен­ты стенок малоповторяемы, а из-за значительных сдвигающих усилий, возникающих в узлах стенок, при монтаже увеличивают объем сварочных работ.