Как определить каркас ригельный или безригельный. Монолитные железобетонные каркасы с главными и второстепенными балками. Проблемы использования конструкций сборно-монолитного перекрытия
Конструктивная система безригельного сборного железобетонного каркаса КУБ-2,5 позволяет в разнообразных климатических условиях практически полностью обеспечить стоительство всего спектра городских сооружений: жилья, зданий административного, социально-культурного и бытового назначения, многоярусных гаражей, складов, некоторых производственных сооружений (с пролетами до 12 м).
Все железобетонные конструкции системы дают возможность проектировать (строить) здания вплоть до I степени огнестойкости, что обеспечивает использование ее для зданий различной высотности: коттеджи, малоэтажные и многоэтажные (до 75 метров) дома.
Минимальное количество вертикальных элементов каркаса и отсутствие ригелей позволяет создавать в границах несущих и ограждающих конструкций свободные планировки помещений различного назначения. Перегородки могут быть расположены в любом месте архитектурного плана как во время проектирования и строительства, так и во время эксплуатации здания. Система обеспечивает возможность перепланировок помещений в соответствии с любыми текущими потребностями в процессе эксплуатации здания без нарушения конструктивной устойчивости здания (дает свободу в организации на первых этажах в жилых домах офисов, магазинов, спортивно-оздоровительных и бытовых комплексов).
Несущий каркас здания состоит только из внутренних элементов (колонн, перекрытий и при необходимости связей или дифрагм). В качестве наружных ограждающих конструкций (стен) могут использоваться практически любые фасадные решения: облегченные теплоэффективные каменные (в т.ч. облицованные кирпичем), различные навесные панели, вентилируемые фасады, витражные ограждения и т. д.
Система «КУБ» позволяет консольно выносить плиты перекрытия за оси крайних колонн (до 1,5 м) и придавать плитам по их наружному обрезу практически любую форму в плане. В систему заложены безграничные возможности по обогащению пластики фасадов, которые могут удовлетворить любые, самые изысканые вкусы, и ограничиваются только фантазией архитектора, запросами заказчика и требованиями норм.
Конструктивные особенности системы
На сегодняшний день на российском рынке конструктивная система безригельного каркаса "КУБ-2,5" является единственной, в которой безригельный каркас – полносборный.
Каркас здания (сооружения) в системе конструктивного безригельного каркаса представляет собой пространственную конструкцию, типа «этажерки» сборного, сборно-монолитного или монолитного исполнения. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия, для элементов жесткости используютя связи либо диафрагмы. Лестницы, вентблоки, лифтовые шахты при этом могут быть применены любые, освоенные заводами-производителями. Несущая способность перекрытий позволяет использование каркаса в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж не более 1300 кг/м 2 (модификация КУБ-2,5К до 2500 кг/м 2).
В основе конструктивной системы «КУБ-2,5» заключен оригинальный узел сопряжения двух основных элементов – панели и колонны с использованием закладной детали – стальной обечайки специальной конструкции соединенной с арматурными каркасами, располагающимися в теле панели. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего сжатия, в следствие чего происходит его самоупрочнение. Это дало возможность избежать ванной сварки в стыке колонн, в узле присутствуют только монтажные швы.
Стыки элементов, из которых состоит безригельный каркас в целом, замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия.
Членение перекрытия запроектровано с таким расчетом, чтобы стыки панелей располагались в зонах, где величина изгибающих моментов равна нулю.
Важным преимуществом системы является возможность использования в колоннах бетонов повышенных классов (до В60), что сказывается на результатах армирования и сохранении типовых поперечных сечений колонн 400×400. Колонны, изготавливаемые на строительной площадке (в монолитном домостроении) могут иметь класс бетона до В30, а это накладывает на конструирование стоек соответствующие ограничения.
Наружные стены не являются несущими, под них не нужно устраивать фундаменты, их не требуется проектировать столь прочными, как это делается в зданиях бескаркасного типа. Нагрузка на основание каркаса на 25% ниже, чем в монолитном исполнении. Независимо от грунтовых условий объем фундаментов, необходимых для распределения усилий на основание от надземной части зданий, выполненных в конструкциях системы «КУБ-2,5» будет всегда минимальным, т.к. собственный вес каркаса также минимален за счет достигнутой оптимизации всех сечений.
Конструкции безригельного каркаса предназначены для применения в различных регионах России, в том числе в районах с сейсмичностью 7-9 баллов.
Прочность конструкций каркаса «КУБ-2,5» подтверждена техническими расчетами и многочисленными испытаниями:
- Конструкции КУБ рассмотрены НТС Госкомархитектуры при Госстрое СССР и письмом № ИП-7-3691 от 19.09.1986 г. рекомендованы к применению;
- ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР, каркас КУБ рекомендован к применению (заключение от 15.03.1990 г.);
- Лаборатория динамических испытаний ЦНИИЭП жилища под руководством Ашкинадзе Г.Н.
В последние годы в Росcии и за рубежом построены более тысячи объектов с использованием безригельного каркаса КУБ-2,5.
Особенности строительства в системе
Универсальная конструктивная система "КУБ-2,5" высоко индустриализирована, что выражается в высокой степени заводской готовности составляющих ее элементов. Все элементы производятся на заводах железобетонных изделий.
На строительной площадке выполняются только монтаж готовых элементов механизированными средствами, обеспечивая тем самым высокие темпы строительства.
Применяемая в системе заводская технология изготовления элементов зданий позволяет максимально перенести затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов.
При разработке каркаса системы КУБ были применены решения, существенно сокращающие строительный процесс возведения каркаса здания:
- монтаж вертикальных конструкций производится сразу на несколько этажей;
- конструкция стыка колонн не требует проведения ванной сварки несущей арматуры;
- отсутсвует необходимость в установке (и последующей многократной переустановке) опалубки;
- конструкции стыков колонн и панелей перекрытий между собой не требуют установки специальной опалубки для замоноличивания стыка, чем снижена построечная трудоемкость;
- изделия плит КУБ-2,5 складируются в штабеля до 10 штук, что позволяет успешно работать в условиях стесненной строительной площадки.
Кроме того монтаж каркаса может вестись в любую погоду, а небольшое количество рабочих на стройплощадке снижает вероятность использования неквалифицированной рабочей силы.
Экономическое обоснование
Железобетонные конструкции системы «КУБ-2,5» не только рациональны, но и оптимальны в силу заложенных в них решений. Рациональность выражается в разумно обоснованных, продуманных конструктивных решениях, предусматривющих минимальное количество строительных материалов (стали и бетона) и трудозатрат.
Экономия материалов:
- расход железобетона в каркасе (панели перекрытия, колонны, швы замоноличивания) составляет: 0,179 м³ на 1 м² площади перекрытия;
- расход стали в железбетонных элементах каркаса, в т.ч. арматурной и прокатной, составляет: 14,3 кг на 1 м² площади перекрытия.
Экономия трудозатрат:
- трудозатраты построечные – 0,51 чел. час на 1 м² площади перекрытия;
- трудозатраты заводские – 1,92 чел. час на 1 м² площади перекрытия.
Универсальная конструктивная система сборно-монолитного безригельного каркаса «КУБ-2,5» проектируется на основе разработанных и проверенных методик, что значительно сокращает сроки выполнения работ.
Изготовление и возведение каркаса ведется на основе проверенной временем эффективной организации строительного производства.
Механовооруженность труда на всех уровнях изготовления сборных железобетонных изделий и монтажа каркаса достигает 90%.
Всепогодность, универсальность и поточность возведения каркаса, а также предварительные проектные проработки позволяют достаточно точно планировать сроки строительства.
Сборный железобетон не требует электропрогрева, что экономит затраты на электроэнергию.
Скорость возведения снижает время эксплуатации башенных кранов, а следовательно и арендную плату за их эксплуатацию.
Использование сборного железобетонного каркаса системы «КУБ-2,5» реально сокращает сроки строительства и удешевляет его.
Каркас
представляет собой систему, состоящую из стержневых
несущих элементов — вертикальных (колонн) и горизонтальных балок (ригелей), объединенных жесткими горизонтальными дисками перекрытий и системой вертикальных связей.
Основное компоновочное преимущество каркасных систем в свободе планировочных решений, в связи с редко расставленными колоннами, имеющие укрупненные шаги в продольном и поперечном направлениях. Системе присуще четкое разделение на несущие и ограждающие конструкции. Несущий остов (колонны, ригели и диски перекрытий) воспринимает все нагрузки, а наружные стены выполняют роль ограждающих конструкций, воспринимая только собственный вес (самонесущие стены). Это дает возможность применять прочные и жесткие материалы - для несущих элементов каркаса, и тепло — звукоизоляционные материалы - для ограждающих. Использование высокоэффективных материалов позволяет добиться снижение веса здания, что положительно сказывается на статических свойствах здания.
Каркасными
сооружают, как правило, общественные и административные здания. В последние годы строят также и каркасные многоэтажные жилые дома. В зданиях с полным каркасом
несущий остов состоит из колонн и ригелей, выполняемых в виде балок для опирания конструкций перекрытий. Скрепленные между собой колонны и ригеля образуют несущие рамы, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки здания.
Роль ограждающих элементов выполняют наружные стены Наружные стены в зданиях этого типа выполняются навесными
или самонесущими
.
Навесные ненесущие стены
в виде навесных панелей прикрепляют к наружным колоннам каркаса. Самонесущие наружные стены опираются непосредственно на фундаменты или на фундаментные балки, устанавливаемые по столбчатым фундаментам. Самонесущие стены прикрепляются к колоннам каркаса. В зданиях с неполным каркасом наружные стены делают несущими, а колонны располагают лишь по внутренним осям здания. При этом ригели укладывают между колоннами, а иногда и между колоннами и наружными стенами. Такой конструктивный тип здания в современном строительстве имеет ограниченное применение.
Здание любого типа должно быть не только достаточно прочным: не разрушаться от действия нагрузок, но и обладать способностью сопротивляться опрокидыванию при действии горизонтальных нагрузок, и иметь пространственную жесткость, т. е. способность как в целом, так и в отдельных его частях сохранять первоначальную форму при действии проложенных сил.
Пространственная жесткость бескаркасных зданий обеспечивается несущими наружными и внутренними поперечными стенами, в том числе стенами лестничных клеток, связанными с наружными продольными стенами, а также междуэтажными перекрытиями, связывающими стены и разделяющими их по высоте здания на отдельные ярусы.
 |
 |
|
Конструктивная схемы зданий: а — с полным каркасом; б — с неполным каркасом; 1 — колонны; 2 — ригели; З — панели перекрытий; 4 — несущие наружные стены |
|
 |
 |
|
Здание с несущими наружными стенами и внутренним каркасом: 1 – несущие стены; 2 – стены лестничной клетки; 3 – колонны; 4 стык колонн; 5 – ригели (прогоны); 6 – плита перекрытия |
Здание с полным каркасом: 1 – колонны; 2 – навесные стены; 3 – ригели; 4 – стены лестничной клетки |
Каркасная система
наиболее часто применяется при проектировании массовых и уникальных общественных зданий различного назначения и этажности. Эта система уступает бескаркасной системе по показателям затрат труда и срокам возведения.
Каркасное здание сложнее обогреть, так как помещения получаются бо
льшего объема, сложнее проектировать сеть обогревательных приборов, учитывая при этом санитарно-гигиенические требования. В принципе, у каждого отдельного помещения должен быть индивидуальный проект отопления и вентиляции, что создает определенные сложности для здания в целом, значительно удорожая стоимость проектных работ, строительства и эксплуатации. При этом перегородки обладают высокой тепловой инерционностью, намного быстрее нагреваясь и отдавая тепло.
Учитывая все сказанное, каркасные системы до последнего времени было запрещено использовать в массовой жилой застройке. Каркасные сооружения применялись, в основном в зрелищной, выставочной части общественных зданий. При этом, как правило, конструктивная схема сооружения была комплексной, то есть каркасная система сочеталась с бескаркасной в административной части – из условий экономической эффективности возведения и эксплуатации сооружения, его пожарной безопасности и экологических качеств.
Однако предпочтение, оказываемое каркасным системам, связано с функциональными требованиями к гибкости объемно-планировочных решений общественных зданий и необходимости их неоднократной перепланировки в процессе эксплуатации. С точки зрения свободы планировки, возможности создания большепролетных зальных помещений — компоновочные преимущества каркасных систем перед бескаркасными очевидны.
При этом следует помнить и о недостатках каркасной системы. В среднем, каркасные здания – в 3-7 раз дороже бескаркасных, как показывает многолетний анализ технико-экономических показателей за 70-80-е годы ХХ столетия, с учетом индустриального изготовления большинства несущих элементов.
В каркасной системе намного сложнее и дороже выполнить вертикальные преграды огню (брандмауэры
), поэтому при пожарах, как правило, выгорает целый ярус каркасного здания, ограниченный перекрытиями. Это создает дополнительные сложности при проектировании путей эвакуации.
 |
 |
|
Каркасная конструктивная система: 1 – колонны каркаса; 2 – ригели каркаса; 3 – сборный настил перекрытия; 4– наружная навесная стеновая панель |
Схема каркаса многоэтажного здания: 1- колонны; 2 - ригель; 3- плиты перекрытий; 4 -панели наружных стен |
|
|
|
|
Общий вид зданий с каркасной конструктивной системой: а – общественного; б – промышленного |
1- опорные колонны, 2- плиты перекрытия, 3- несущие и связевые ригели, 4- диафрагмы жесткости путей эвакуации, 5- технологическая шахта, 6- лестничные марши, 7- самонесущие наружные стены |
В каркасных зданиях вся нагрузка передается на каркас, то есть систему связанных между собой вертикальных элементов (колонн) и горизонтальных (прогонов и ригелей).
Каркасы
, применяемые в гражданском строительстве, классифицируются по материалам
:
железобетонный каркас,
выполняемый в сборном, монолитном или сборно-монолитном вариантах;
металлический каркас,
часто применяемый при строительстве общественных и многоэтажных гражданских зданий, возводимых по индивидуальным проектам;
деревянный каркас
в зданиях не выше двух этажей.
 |
 |
 |
|
железобетонный каркас |
металлический каркас |
деревянный каркас |
По составу и расположению ригелей в плане здания
в каркасных зданиях
применяют четыре конструктивные схемы:
— I
– с поперечным расположением ригелей
;
— II
– с продольным расположением ригелей
;
— III
– с перекрестным расположением ригелей
;
— IV
–безригельная
.
Использование современных массовых типовых конструкций перекрытий определяет размеры основной конструктивно-планировочной сетки осей каркаса 6х6 м (при дополнительной сетке 6х3 м).
При выборе конструктивной схемы каркаса учитывают как экономические, так и архитектурно-планировочные требования:
— элементы каркаса (колонны, ригели, диафрагмы жесткости) не должны ограничивать свободу выбора планировочного решения;
— ригели каркаса не должны выступать из поверхности потолка в жилых комнатах, а проходить по их границам.
 |
Конструктивная схема здания с безригельным каркасом: 1 – колонны каркаса; 2 – сборный или монолитный настил перекрытия |
 |
|
|
Каркасная система зданий: а - с поперечным расположением ригелей; б - с продольным расположением ригелей; в - безригельное решение; 1 - самонесущие стены; 2 - колонны; 3 - ригели; 4 - плиты междуэтажных перекрытий; 5 - надколонная плита перекрытия; 6 - межколонные плиты; 7 - панель-вставка |
|
Каркас с поперечным расположением ригелей
целесообразен в зданиях с регулярной планировочной структурой (общежития, гостиницы), где шаг поперечных перегородок совмещается с шагом несущих конструкций.
 |
 |
|
Конструктивная схема каркасного здания с поперечным расположением ригелей |
Конструктивная схема каркасного здания с продольным расположением ригелей |
 |
Четыре типа конструктивных каркасных систем: а — с поперечным расположением ригелей; б — с продольным расположением ригелей; В — с перекрестным расположением ригелей; г — с безригельным каркасом, при котором ригели отсутствуют, а плиты перекрытий опираются или на капители колонн, или непосредственно на колонны. 1- фундамент; 2 – панели ограждения; 3 – колонны; 4 – продольные ригели; 5 – плиты перекрытия (настил); 6 – поперечные ригели |
Каркас с продольным расположением ригелей
используют в проектировании жилых домов квартирного типа и массовых общественных зданий сложной планировочной структуры, например, в зданиях школ.
Каркас с перекрестным расположением ригелей
выполняют чаще всего монолитным и используют в многоэтажных промышленных и общественных зданиях.
Безригельный каркас
используют как в многоэтажных промышленных, так и в гражданских зданиях, т.к. в связи с отсутствием ригелей эта схема в архитектурно-планировочном отношении наиболее целесообразна. В данном случае ригели отсутствуют, а сборный или монолитный диск перекрытия опирается или на капители (уширения) колонн, или непосредственно на колонны.
По характеру статической работы
каркасные конструктивные системы гражданских зданий делятся на:
рамные —
с жестким соединением несущих элементов (колонны, ригели) в узлах в ортогональных направлениях плана здания. Каркас воспринимает все вертикальные и горизонтальные нагрузки.
рамно-связевые —
с жестким соединением в узлах колонн и ригелей в одном на правлении плана здания (создание рамных конструкций) и вертикальными связями, расставленными в перпендикулярном направлении рамам каркаса. Связями служат стержневые элементы (крестовые, портальные) или стеновые диафрагмы, соединяющие соседние ряды колонн. Вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимаются рама ми каркаса и вертикальными пилонами жестких связей.
связевые —
отличаются простотой конструктивного решения соединений колонн с ригелями, дающее подвижное (шарнирное) закрепление. Каркас (колонны, ригели) воспринимает только вертикальные нагрузки. Горизонтальные усилия передают на связи жесткости — ядра жесткости, вертикальные пилоны, стержневые элементы.
Рамная система
каркасных зданий обладает большой жесткостью, устойчивостью и создает максимальную свободу планировочных решений. Система обеспечивает надежность в восприятии нагрузок и равномерность деформаций рам, расположенных в здании в продольном и поперечном направлениях. Недостаток (при сборном железобетонном каркасе) — сложность в унификации узловых соединений из-за разных величин усилий в них по высоте здания. Такое решение железобетонного каркаса наряду со стальным находит применение в сложных грунтовых условиях и в сейсмических районах.
При изготовлении рамного каркаса из сборного железобетона применяется разрезка его несущих элементов на Г
-, Т
— и Н
-образные элементы, позволяющая перенести узловые соединения в наименее напряженные участки — места нулевых изгибающих моментов от вертикальных нагрузок.
Рамно-связевая система
обеспечивает пространственную жесткость за счет совместной работы поперечных рам, вертикальных диафрагм жесткости и перекрытий, выполняющих функцию жестких горизонтальных дисков. Вертикальные нагрузки передают на каркас как на рамную систему. Горизонтальные нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости рам, воспринимают вертикальные диафрагмы жесткости и диски перекрытий, а нагрузки, действующие в плоскости рам, воспринимает рамно-связевой блок, состоящий из вертикальных диафрагм жесткости и рам каркаса.
В результате проведенных теоретических исследований доказано, что рамно-связевая система удовлетворяет условию минимального расхода материала в несущих вертикальных конструкциях при нулевой жесткости поперечных рам, то есть когда система превращается в чисто связевую.
Связевая система
все вертикальные нагрузки передает на стержневые элементы каркаса (колонны и ригели), а горизонтальные усилия воспринимают жесткие вертикальные связевые элементы (стеновые диафрагмы и ядра жесткости), объединенные между собой дисками перекрытий. В связевом каркасе ограничена прочность и жесткость стыков ригелей с колоннами. Узлы конструируют податливами с помощью стальных связей («рыбок»), ограничивающих защемление.
Внедрение связевой системы в производство элементов сборного железобетонного каркаса позволило провести широкую унификацию его основных элементов (колонн и ригелей) и их узловых соединений.
В 80-х годах прошлого столетия была разработана номенклатура индустриальных железобетонных изделий серии 1.020-1 (Серия 1.020-1/87
), позволяющая возводить как гражданские, так и промышленные каркасно-панельные здания любой конфигурации и этажности. В состав номенклатуры серии помимо колонн и ригелей, включены панели перекрытий, диафрагм жесткости и наружных стен.
Из унифицированных элементов могут быть запроектированы каркасы с продольным и поперечным расположением ригелей.
Габаритные
схемы
компонуются на следующих условиях:
оси колонн, ригелей и панелей диафрагм жесткости совмещены с модульными осями здания;
шаг колонн в направлении пролета плит перекрытий равен 3,0; 6,0; 7,2, 9,0 и 12,0 м.
шаг колонн в направлении пролета ригелей соответствует 3,0; 6,0; 7,2 и 9,0м.
высота этажей в соответствии с назначением и укрупненным модулем ЗМ составляет 3,3; 3,6; 4,2; 6,0 и 7,2м.
Кроме того для квартирных и специализированных жилых домов (пансионаты, гостиницы, общежития и т.п.) высота этажей принимается равной 2,8 м.
Компоновка диафрагм жесткости может быть разнообразной, но предпочтительнее устройство пространственных связевых систем открытого или замкнутого сечений.
Пространственная жесткость каркасных зданий обеспечивается:
совместной работой колонн, связанных между собой ригелями и перекрытиями и образующих геометрически не изменяемую систему;
установкой между колоннами стенок жесткости или стальных вертикальных связей;
сопряжением стен лестничных клеток с конструкциями каркаса;
укладкой в междуэтажных перекрытиях (между колоннами) панелей-распорок.
Конструктивные элементы.
Колонны имеют высоту в 2-4 этажа, что позволяет в зданиях, с соответствующей этажностью, применять бесстыковые колонны.
Наряду с бесстыковыми колоннами в номенклатуру включены следующие типы колонн:
нижние высотой в два этажа и расположением низа колонны ниже нулевой отметки на 1,1м.;
средние — высотой в три-четыре и верхние в один-три этажа.
Предусмотрены колонны сечением 30×30 см для зданий высотой до 5-ти этажей и колонны сечением 40х40см для всех остальных. Колонны выпускаются двухконсольнымии и одноконсольными. Двухконсольные колонны устанавливают по средним и крайним рядам при навесных панелях наружных стен. Одноконсольные колонны располагают по крайним рядам при самонесущих наружных стенах и по средним рядам при одностороннем примыкании стен-диафрагм жесткости в лестничных клетках. Стык осуществляется на сварке выпусков арматуры с последующим омоноличиванием и расположением его выше плоскости консоли на 1050 мм.
Ригели
— таврового сечения с полкой понизу для опирания плит перекрытия, что уменьшает его конструктивную высоту. Стык ригеля с колонной выполняет со скрытой консолью и приваркой к закладным деталям консоли и колонны (частичное защемление).
Перекрытия —
многопустотные плиты высотой 220 мм и пролетом до 9,0 м. Плиты типа 2Т применяют для пролетов 9 и 12 м. Элементы перекрытий разделяют на рядовые и связевые (плиты распорки). Связевые плиты перекрытия устанавливают между колоннами в направлении перпендикулярном ригелям, обеспечивая их устойчивость.
Перекрытия испытывают поперечный изгиб от вертикальных нагрузок и изгиб в своей плоскости от горизонтальных (ветровых, динамических) воздействий.
Необходимая жесткость горизонтального диска перекрытия, собираемого из сборных железобетонных элементов, достигается установкой связевых плит-распорок между колоннами, сваркой закладных соединительных элементов и устройством шпоночных швов из цементного раствора между отдельными плитами. Полученный жесткий горизонтальный диск, воспринимая все нагрузки, включает в совместную работу вертикальные диафрагмы жесткости.
Стены — диафрагмы
жесткости монтируют из бетонных панелей высотой в этаж, толщиной 140 мм. и длиной, соответствующей расстоянию между колоннами в пределах, которых они установлены. При шаге колонн 7,2 и 9,0 м стены-диафрагмы проектируют составными из двух-трех панелей, с координационными размерами по ширине 1,2, 3,0 и 6,0 м. Они могут быть глухими или с одним дверным проемом. Элементы диафрагм жесткости между собой и элементами каркаса соединяют сваркой закладных деталей, не менее чем в двух местах по каждой стороне панели с последующим замоноличиванием.
Шаг диафрагм определяется расчетом, но не превышает 36,0 м.
Панели наружных стен
могут быть запроектированы самонесущими или ненесущими (навесными) конструкциями. Разрезка стен на панели — двухрядная. В номенклатуру входят поясные простеночные, под карнизные, парапетные, цокольные панели.
Панели самонесущих стен устанавливают по цементно-песчаному раствору на цокольные или простеночные панели и крепят поверху к закладным деталям колонн. Панели ненесущих стен навешивают на ригели, консоли или опорные металлические столики колонн и закрепляют в плоскости перекрытия.
Привязка панелей самонесущих и несущих стен к каркасу единая — с зазором 20 мм между наружной гранью колонны и внутренней гранью панели наружной стены.
Изоляция стыков панелей решена по принципу закрытого стыка
Компактные в плане отапливаемые здания длиной до 150 м проектируют без температурных швов. Здания с изрезанным очертанием плана, приводящее к ослаблению горизонтальных дисков перекрытий, расчленяют на температурные блоки, длина которых увязана с членением объемной формы здания, но не превышает 60 м.
Как и в серии 1.020.1 каркас КМС-К1 собирают из колонн, ригелей, плит перекрытий, панелей жесткости и навесных панелей наружных стен.
Фрагмент фасада каркасного здания серии 1.020-1: А — схема разрезки наружной стены на панели; а — герметизация вертикальных стыков; б — крепление верха панели к колонне; \ — защитный слой; 2 — эластичная мастика; 3 — упругий шнур (гернит); 4 — колонна; 5 — кирпичная кладка; 6 — цементный раствор; 7 — наружная стеновая панель; 8 — стальные закладные детали; 9 — стальные соединительные элементы
Колонны
— выполняют одно- и двух-этажными, единого сечения 400×400 мм, а их несущая способность меняется с изменением марок бетона и процента армирования переходом от гибкой (стержни) к жесткой (стальные профили) арматуре. В серии предусмотрены колонны рядовые, фасадные и колонны с вылетом консолей до 1,2 или 1,8 м., служащие опорами для плит балконов и лоджий.
Стык колонны располагают на 710 мм выше плиты перекрытия, что упрощает монтаж. При монтаже колонн применяют специальные кондукторы, обеспечивающие соосность. Соединение осуществляется ванной сваркой плоских торцов колонн, с последующей инъекцией цементного раствора.
Ригели — таврового сечения высотой 450, 600 и 900 мм (последний для пролетов в 12,0м). Колонну соединяют с ригелем при помощи его опирания на скрытую (в высоте ригеля) консоль и с частичным защемлением установленной по верхней полки ригеля специальной фасонки — «рыбки», а также сваркой с закладными элементами консоли колонны. Значения воспринимаемых таким узлом изгибающих моментов и растягивающих усилий ограничены пределом текучести «рыбки». Поэтому в расчетах при восприятии вертикальных нагрузок защемление ригеля на опоре не учитывают, рассматривая его как шарнирное соединение.
Различают ригели рядовые и фасадные. Ригель фасадный имеет Z
-образную форму, которая диктуется особенностью его работы — опирание плит перекрытий на нижнюю полку с одной стороны и навеской наружных стеновых панелей на верхнею полку с другой стороны.
Перекрытия — выполняют из многопустотных настилов высотой в 220 мм. Настилы различают в соответствии с размещением в плане — рядовые, фасадные, настилы-распорки, сантехнические и доборные.
Для создания единого диска перекрытия боковые поверхности настилов имеют шпоночные углубления, которые (после их раскладки) замоноличивают, создавая шпоночные швы, воспринимающие сдвигающие усилия..
Стены жесткости — проектируют из железобетонных панелей высотой на этаж и толщиной в 180 мм. Они имеют одну или две полки для опирания настилов перекрытий. Соединение с несущими элементами каркаса осуществляют при помощи стальных сварных связей числом не менее двух по каждой стороне.
Панели наружных стен — могут иметь горизонтальную или вертикальную разрезку по фасадной плоскости здания.
При двухрядной (горизонтальной) разрезки панели наружных стен подразделяют на поясные (ленточные), простеночные и угловые.
Координационные размеры панелей наружных стен горизонтальной разрезки по длине соответствуют шагу колонн, а по высоте составляют — 1,2; 1,5; 1,8 и 3,0 м. Простеночные панели могут быть высотой в — 1,5; 1,8 и 2,1м, а шириной кратны модулю 300 мм.
При вертикальной разрезке — все размеры панелей по длине и высоте кратны модулю 300 мм.
Узел опирания панелей наружных стен унифицирован для разных систем разрезок на панели фасадных плоскостей. Панели опирают на несущую конструкцию перекрытия (ригель, или настил) на глубину в 100 мм и приваривают при помощи закладных и соединительных элементов на расстоянии 600 мм в плане от оси колонны. Верх панели крепят к колонне, так же с помощью сварки соединительных элементов.
Горизонтальные стыки панелей наружных стен осуществляются в четверть с нахлесткой в 75мм. Изоляция вертикальных и горизонтальных сопряжений панелей выполняется по принципу закрытого стыка
Система позволяет создать многовариантные объемно-планировочные решения за счет применения колонн с консолями больших вылетов (1,2 — 1,8 м) для создания лоджий, консольных ригелей с вылетом до 3,0 м, образующих выступающие объемы. Возможно устройство зальных помещений с пролетами в 18,0-24,0 м. Разнообразие архитектурных композиций зданий достигается применением двухрядной (горизонтальной) и вертикальной разрезки, так же различных вариантов защитно-отделочных слоев наружных стеновых панелей.
Каркас серии KMC — К1. Основные планировочные ситуации стен жесткостей и несущих конструкций перекрытий: Р — ригель рядовой; РФ — ригель фасадный; НВ — настил; НРВ -настил-распорка; НРФ — настил-распорка фасадная; МФ — фасадная стеновая панель; СЖ — стенка жесткости; 1 — колонна с плоскими стальными торцами; 2 — полуавтоматическая сварка под слоем флюса; 3 — стальная центрирующая прокладка; 4 — закладная деталь; 5 — соединительная планка; 6 — цементный раствор; 7 — соединительная пластина; 8 — монолитный армированный бетон; 9 — закладная деталь
Безригельный каркас.
Основной архитектурный недостаток каркасных систем для применения их в гражданском строительстве являются выступающие в интерьер из плоскости перекрытий балки-ригели. Существуют конструктивные схемы каркасов позволяющие исключить этот недостаток:
Система, формирующаяся из сборных плит сплошного сечения, опираемых на колонны в угловых точках сетки колонн (система КУБ);
Каркасная система с предварительно-напряженной арматурой в скрытых риге лях, образуемых в построечных условиях (система КПНС).
Система безригельного каркаса КУБ - сборный безкапительный каркас, состоящий из колонн квадратного сечения и плоских плит перекрытий.
Сетки колонн 6×3 и 6×6 метров при необходимости могут увеличиваться до размеров 6х9 и 9х12 метров. Сечение колонн 30×30 см и 40×40 см высотой в один или несколько этажей с максимальной высотой до 15,3 м.
Плиты перекрытия в плане размером 2,8×2,8 м толщиной от16 до20 см. В зависимости от расположения, подразделяются на надколонные, межколонные и плиты-вставки. Членение перекрытия на сборные элементы сделано с таким расчетом, чтобы стыки плит располагались в зонах с наименьшей величиной (приближаемая к нулю) изгибающих моментов от вертикальных нагрузок.
Последовательность монтажа перекрытия на смонтируемые колонны ведется в следующем порядке: — устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные плиты, затем межколонные и, наконец, плиты-вставки. Межколонные и плиты-вставки имеют шпонки, позволяющие легко осуществить их соединения на сварке. После замоноличивания стыков создается пространственная жесткая конструкция.
|
|
|
 |
|
|
Система безригельного каркаса (КУБ): а — общий вид; б — схема последовательности монтажа; в — схема разреза здания |
|
Преимущество системы в отсутствии выступающих элементов в потолочной плоскости и в простоте монтажа, с помощью легких мобильных кранов.
Безригельная рамная или рамно-связевая каркасная система гражданских зданий высотой до 16 этажей рассчитана на вертикальные нагрузки на перекрытие в 1250 кг/ м 2 . При больших нагрузках (2000 кг/ м 2) ограничивают этажность здания 9-тью этажами.
Система обладает архитектурно-планировочными и конструктивными достоинствами. Гладкий потолок дает возможность гибко решать планировку внутреннего пространства создавать трансформируемые помещения. Консольные вылеты перекрытий обеспечивают вариантность пластических решений фасадов.
Безригельный каркас универсален — он с успехом применим, как в жилых зданиях, так и общественных (детских садах, школах, торговых предприятиях, спортивных и зрелищных) сооружениях и пр.
Система со скрытыми ригелями в плоскости перекрытия (КПНС) проектируется по связевой схеме из сборных элементов: колонн, плит, перекрытий и стен диафрагм жесткости. Связь между сборными элементами перекрытия осуществляется в результате устройства в построечных условиях монолитного ригеля с канатной напряженной арматурой, пропущенной через сквозные отверстия в колонне в ортогональных направлениях. Предварительное напряжение арматуры осуществляется на уровне этажных перекрытий, создавая двухосное обжатие плит перекрытия
Плиты перекрытия имеют высоту в 30 см и состоят из верхней плиты, толщиной в 6 см, и нижней — 3 см и перекрещенных бортовых ребер. При монтаже плиты перекрытий укладывают на временные капители колонн и опоры, которые устанавливают уже на смонтированный нижний уровень. Плиты перекрытия могут быть выполнены на ячейку с опиранием на колонны по 4 углам или разбиты на две плиты, соединенные монолитным армированным швом. Конструкция, собранная из сборных элементов колонн и плит перекрытий — работает как единая статическая система, воспринимающая все силовые воздействия, за счет сил сцепления, возникающих между отдельными сборными элементами, и напряжений стальных канатов.
Каркас со скрытыми ригелями (КПНС): А — схема сборки; Б — узел плана перекрытия у колонны; 1 — монолитный ригель; 2 — шов омоноличивания; 3 — канатная натяжная арматура: 4 — плита перекрытия; 5 – колонна
Значительным шагом назад от системы надежности и долговечности индустриального производства конструктивных элементов каркасных зданий стало возвращение на строительные площадки «мокрых» процессов с начала «нулевых» годов. Монолитные балочные и безбалочные каркасы имеют низкую степень технологичности, не позволяют возводить ограждающие конструкции апробированных типов.
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
8. Корн Г. К., Корн Т. К. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М. : Наука, 1973. 831 с.
9. Ван дер Варден. Алгебра. М. : Наука, 1979. 623 с.
10. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 1. М. ; СПб.: Физматлит, 2001. 679 с.
11. Березин И. С., Жидков Н. П. Методы вычислений. Т. 2. М. : ГИФМЛ, 1960. 620 с.
12. Крейн М. Г., Неймарк М. А. Метод симметрических и эрмитовых форм в теории отделения корней алгебраических уравнений. Харьков: ГТТИ, 1936. 39 с.
УДК 699.841 Щербин Сергей Анатольевич,
к. т. н., доцент, декан факультета технической кибернетики, Ангарская государственная техническая академия, e-mail: [email protected]
Чигринская Лариса Сергеевна, старший преподаватель кафедры промышленного и гражданского строительства, Ангарская государственная техническая академия, e-mail: [email protected]
МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ НАДКОЛОННОГО СТЫКА
БЕЗРИГЕЛЬНОГО КАРКАСА
S.A. Shcherbin, L.S. Chygrynskaya
BEAMLESS FRAMEWORKS ABOVE COLUMN JOINT STRENGTHENING MODELING
Аннотация. В статье рассмотрены различные варианты усиления надколонного стыка безбалочного перекрытия. Выполнено моделирование усиленных стыков в среде SCAD, проведен анализ и сравнение данных численного расчета с целью выбора наиболее рационального варианта усиления.
Ключевые слова: моделирование, усиление, надколонный стык; безригельный каркас, безбалочное перекрытие.
Abstract. Various options of strengthening above-column the joint of beamless flat slabs are considered. Analysis and comparison of the numerical calculation data in the SCAD program are executed.
Keywords: modeling in SCAD, strengthening, beamless flat slab, stress and deformation distribution.
За первое десятилетие XXI века в России претерпели существенное изменение многие нормы и правила в области строительства.
В результате большое количество как эксплуатируемых, так и недостроенных зданий, запроектированных по прежним нормам, не удовлетворяют современным требованиям.
Сложившаяся ситуация требует оценки несущей способности и пригодности к нормальной эксплуатации конструкций существующих зданий, а также поиска новых вариантов усиления применяющихся в строительстве конструктивных си-
стем (КС).
В России широкое распространение получили системы с безригельным каркасом, характеризующиеся быстротой возведения, архитектурной выразительностью и свободной внутренней планировкой помещений с одновременным обеспечением прочности, надежности и устойчивости здания .
По проблемам использования КС с безри-гельным каркасом в строительной практике имеется большое количество научных публикаций, однако очень ограниченна информация об экспериментальных исследованиях работы таких систем под нагрузкой, отсутствуют четкие рекомендации по обеспечению пространственной жесткости здания . Кроме того, известным КС присущи значительные недостатки - сложная технология и, соответственно, трудоемкость выполнения стыков между плитами и надколонного стыка, что зачастую приводит к уменьшению надежности системы.
Поэтому актуальным представляется экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния безбалочного перекрытия с целью поиска эффективных вариантов повышения надежности и сейсмостойкости зданий.
В результате натурных испытаний конструктивной ячейки безбалочного перекрытия, встроенной в систему каркаса КУБ-1, было выявлено неравномерное распределение прогибов
Современные технологии. Математика. Механика и машиностроение
и нарушение регулярности полей напряжении перекрытия в зонах сопряжения надколонных панелей со стойками каркаса и, соответственно, недостаточная и разная жесткость надколонных стыков .
Обозначенные проблемы косвенно свидетельствуют о нарушении технологии производства работ по устройству стыков в условиях стройплощадки, поскольку в каркасе системы КУБ-1 все сопряжения конструктивных элементов должны обладать одинаковой жесткостью.
Соответственно, на следующем этапе работы возникла необходимость разработки новых технических решений по усилению надколонного стыка безригельных каркасов.
Согласно проектной документации на строительство зданий и сооружений по серии КУБ, безкапительный стык плит перекрытия с колоннами (рис. 1) выполняется сваркой специальных металлических элементов с последующим замоноли-чиванием монтажных узлов. Отверстие в надко-лонной плите обрамляется прокатным уголком.
Были разработаны несколько вариантов модифицированного надколонного стыка (рис. 2). В 1-м варианте (рис. 2, а) предполагается устройство металлической обоймы из прокатного уголка поверху и понизу надколонного стыка (возможно обойму устраивать только поверху - вариант 1*). Уголки крепятся к закладным деталям плиты сваркой, а к колонне анкерными болтами или шпильками. Во 2-м варианте (рис. 2, б) усиление существующего узла осуществляется добавлением стержней горизонтальной арматуры, уложенных во взаимно перпендикулярных направлениях поверху плиты и проходящих сквозь колонну. В 3-м варианте (рис. 2, в) подразумевается устройство верхней обоймы, состоящей из прокатных уголков, имеющих анкеровку от колонны на плиту.
Для сравнения эффективности представленных вариантов усиления с точки зрения разгрузки узла путем снижения воспринимаемых усилий было выполнено компьютерное моделирование и расчет по прочности и по деформациям надколон-ных стыков с помощью вычислительного комплекса SCAD на постоянную и временную равномерно распределенную нагрузку. Изополя напряжений, возникающих в надколонной части плиты, с учетом усиления по 1 -му варианту и без него изображены на рис. 3, 4. Полученные значения прогибов плиты в надколонной и консольной частях, нормальных и касательных напряжений, возникающих в надколонном стыке поверху и понизу безбалочного перекрытия, приведены в табл. 1.
Монт а жн о я "пр их дать, а"
Монтажная сборка 5 случае/ растягибающих усилий
Рис. 1. Стык надколонной плиты перекрытия с колонной: 1 - закладная деталь, соединяющая стержень колонны с закладной деталью надколонной плиты; 2 - бетонная монолитная заделка
Рис. 2. Варианты усиления надколонного стыка
Рис. 3. Изополя напряжений N (т/м) в надколонной части плиты серийного узла (без усиления)
Рис. 4. Изополя напряжений N (т/м) в надколонной части плиты узла, усиленного по варианту 1
Т а б л и ц а 1
Сравнение способов усиления надколонного стыка
Параметр Узел
без усиления 1 1* 2 3
2нч, мм -0,28 -0,17 -0,21 -0,23 -0,19
Zк, мм -0,74 -0,51 -0,59 -0,64 -0,61
дт нч, верх г/м2 " 137-161 135-159 137-160 116-136 133-156
ДТ нч, низ т/м2 -144-168 -147-170 -137-160 -134-155 -137-160
нч, верх т/м2 225264 147173 169200 187220 218254
нч, низ 1\у. т/м2 -237-276 -158-184 -197-228 -212-245 -210-245
дт нч, верх т/м2 " 67 44 62 57 48
дт нч, низ т/м2 -67 -49 -44 -56 -44
Тхунч, т/м2 ±(85-100) ±(14-17) ±(28-37) ±(70-82) ±(74-87)
/р. аРм т -1,05 -0,79 -0,86 -0,91 -0,86
О р.арм т +0,43 +0,26 +0,34 -0,35 -0,27
ОД, т 0 0 -0,07 -0,02 -0,03
Примечания:
гТИЧ гуКЧ
Z , Z - вертикальное смещение плиты в надколонной и консольной частях;
Усилия взяты при загружении «собственный вес + временная нагрузка»;
Для стали С245 Я = 240 МПа = 24465 т/м2;
Ыхт - напряжения в материале в надколонной части плиты (верх плиты - растяжение; низ плиты - сжатие);
- ^ арм - продольное усилие в рабочей арматуре колонны;
Ор-арм - перерезывающее усилие, действующее на рабочую арматуру колонны;
Усилие во введенной закладной детали в теле плиты перекрытия;
В узлах 1 и 1* уголок усиления смоделирован пластиной, т. е. только одной полкой уголка.
Анализируя данные табл. 1, можно отметить следующее:
Усилия (№■ арм и имеют наименьшие абсолютные значения для варианта 1 усиления. Соответственно, его применение позволит повысить степень статической неопределимости кон-
струкции и приведет к перераспределению усилий при загружении безбалочной плиты, образованию пластических шарниров и снижению вертикальной нагрузки на колонну;
Наибольшее снижение деформаций ^нч, Zкч) и, следовательно, уменьшение напряжений в материале плиты (М„ N, N Txy) также наблюдается для варианта 1.
Данные для сравнения способов усиления по силовым факторам, возникающим в элементах усиления (табл. 2), могут быть использованы для обоснованного подбора размеров усиливающих элементов, снижения материалоемкости и затрат на усиление надколонного стыка.
Т а б л и ц а 2 Сравнения вариантов по силовым факторам
в элементах усиления
Параметр Узел, элемент усиления
1, обойма из уголка поверху и понизу плиты 1*, обойма из уголка поверху плиты 2, арматурные стержни 3, обойма из уголка с анкеров-кой
Z, мм -0,15 -0,17 - -
N, т - - 1,14 1,22
N/, т/м2 1003-1765 1369-2160 - -
N/, т/м2 1007-1772 1373-2167 - -
Qz, т - - -0,17 +0,39
My, т-м - - ±0,01 ±0,02
Соответственно, по результатам сравнения вариантов из соображений эффективности снижения силовых факторов в надколонной части и трудоемкости выполнения элементов усиления наиболее предпочтителен вариант 1. Применение такого способа усиления приведет к увеличению жесткости горизонтального диска перекрытия и повышению сейсмостойкости конструктивной системы безригельного каркаса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чигринская Л. С., Бержинская Л. П. Анализ использования безригельного каркаса в сейсмических районах // Строительный комплекс России: наука, образование, практика: материалы междунар. науч.-практ. конф. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2008. С. 60-63.
2. Руководство по проектированию железобетонных конструкций с безбалочными перекрытиями. М. : Стройиздат, 1979. 65 с.
3. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1975. 189 с.
4. Чигринская Л. С., Киселев Д. В., Щербин С. А. Изучение работы конструктивной ячейки безбалочного перекрытия системы КУБ-1 // Вестник ТГАСУ. 2012. № 4 (37). С. 128-143.
УДК 622.235:622.274.36.063.23 Тюпин Владимир Николаевич,
д. т. н., профессор каф. БЖД и ЗС, ЗабИЖТИрГУПС, тел. 89144408282, e-mail:[email protected]
Святецкий Виктор Станиславович,
генеральный директор ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение»,
тел. 83024525110
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БВР ПРИ ОТРАБОТКЕ МАЛОМОЩНЫХ УРАНОВЫХ РУДНЫХ ТЕЛ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ РАЗУБОЖИВАНИЯ
V.N. Tyupin, V.S. Sviatetsky
METHODS OF BORING-BLASTING RATINGS DETERMINATION IN THE LOW-POWERED URANIUM ORE-BODIES MINING FOR THE PURPOSE OF INCREASING THE USEFUL COMPONENT IN THE BULK
Аннотация. Приведены механизм и зоны действия взрыва скважинных зарядов ВВ в трещиноватом горном массиве, зависимости для определения параметров ВВР при камерных вариантах систем отработки маломощных урановых рудных тел. Применение камерных вариантов отработки позволит увеличить производительность
добычи и снизить разубоживание руд по сравнению с нисходящей слоевой выемкой с твердеющей закладкой.
Ключевые слова: маломощные рудные тела, камерные системы разработки, механизм зоны действия взрыва, параметры БВР, разубожива-ние.
ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ПО ИНФОРМАЦИИ НПО "КУБ"
Конструкции КУБ-2,5 разработаны для строительства зданий до 25 этажей и выше в I-IV климатических районах как в обычных условиях, так и в условиях повышенной сейсмической активности до 8 баллов. Возможно, так же строительство зданий высотой до 16 этажей и в районах с сейсмичностью до 9 баллов.
Каркас прост в изготовлении и монтаже. Изделия каркаса простой геометрической формы и имеют ограниченное количество типоразмеров, что существенно облегчает его освоение. Парк форм минимален, сами формы отличаются простотой и технологичностью.
Элементы безригельного каркаса могут быть легко изготовлены во вновь осваиваемых районах, в условиях отсутствия индустриальной базы, а так же в местах, где еще не налажено производство каркасов действующих серий. Безригельный каркас обладает архитектурно-планировочными и конструктивными преимуществами перед традиционными блочными.
Гладкий потолок перекрытия в ряде случаев позволяет отказаться от дорогостоящих подшивных потолков, необходимых по гигиеническим, эстетическим или техническим требованиям.
Уменьшенный строительный габарит перекрытия дает возможность на 5-8% снизить кубатуру здания. Наличие консольной части по периметру перекрытия позволяет удобно решать температурно-осадочные швы, примыкание к другим зданиям, устройство галерей и солнцезащитных элементов для южных районов.
Одним из достоинств каркаса является пониженный показатель расхода стали и цемента на 1 кв.м перекрытия по сравнению с каркасными системами, применяемыми как внутри страны так и за рубежом.
Следующим достоинством является так же простота монтажа.
Формообразующие возможности каркаса имеют широкий диапазон от одноэтажных до многоэтажных зданий со сложным архитектурно-пространственным решением.
Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в институте ЦНИИЭП жилища, подтвердили жесткостные и прочностные качества конструкции, а так же достоверность расчетных предпосылок.
Безригельный каркас состоит из колонн квадратного сечения и плоских панелей перекрытия. Панели перекрытий имеют размеры в плане 2,98x2,98 м, таким образом, зазор между ними всего 20 мм и это дает возможность замоноличивания швов без установки опалубки. |
Это позволяет в двое ускорить монтаж и сэкономить на замоноличивании стыков. |
|
|
|
После установки арматуры в швах между панелями швы замоноличиваются, одновременно замоноличиваются стыки надколонных плит с колоннами по всему перекрытию на данной отметке. Швы между плитами используются для пропуска инженерных коммуникаций. Конструкции каркаса рассчитаны для строительства зданий по рамной или рамно-связевой схеме. Этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, по рамно-связевой схеме практически не ограничена при условии обеспечения прочностных качеств колонн путем увеличения процента армирования для введения жесткой арматуры. Стыки элементов каркаса замоноличиваются, образуя рамную конструктивную систему, ригелями которой служат перекрытия. Монтаж многоэтажных рамных каркасов производится с помощью простых приспособлений. В качестве грузоподъемных средств используются мобильные или башенные краны грузоподъемностью от 5 т и выше. Монтаж конструкций ведется в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в стаканах фундаментов, устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели, затем монтируются межколонные панели и панели-вставки. |
Номенклатура изделий, предусмотренная в выпусках КУБ-2.5, позволяет проектировать здания пролетами 6 и 3 м с шагом колонн 6 и 3 м, высотами этажей 2,8; 3,0; 3,3 м. Конструкции каркаса предполагают применение наружных внутренних стен как из штучного материала, так и в виде крупноразмерных элементов - панелей.
Панели наружных стен запроектированы однослойными керамзитобетонными вертикальной разрезки.
Строители отмечают удобство монтажа каркаса, легкость его освоения на стройпощадке, возможность достижения высокой производительности труда.
Изобретение относится к области строительства, в частности к способу повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса. Технический результат заключается в обеспечении повышенной несущей способности каркаса. Способ включает соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов. Перераспределяют усилия в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы. Условными границами элемент-узлов на плане являются линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн. Условными границами элемент-узлов по вертикали являются сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей. Конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны. Формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой. 7 ил.
Рисунки к патенту РФ 2490403
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса относится к области строительства и может быть использован при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.
Известны традиционные способы сборки железобетонных безригельных каркасов из колонн и плоских перекрытий, при пересечении которых, как правило, арматура колонн не связана с арматурой перекрытия. Вследствие чего, для повышения несущей способности каркаса, при восприятии нагрузки, с увеличением размера пролета перекрытия, увеличивают толщину плиты и/или сечение колонны, а так же густо армируют приколонную зону перекрытия.
Известно, что при бетонировании, как правило, швы располагают в уровне верхней и нижней плоскостей плиты перекрытия, то есть плиты пересекают швами бетонирования колонны.
Известно, что стык продольной арматуры колонн осуществляют преимущественно внахлест и в теле колонны, что приводит к бесполезному перерасходу арматуры, особенно с увеличением диаметра арматуры.
Если, при традиционной системе армирования, при увеличении шага колонн и нагрузок на перекрытие, при сечении колонны 400×400 и толщине плиты 200 мм, в результате расчета получаем расчетную арматуру в верхней растянутой зоне плиты перекрытия: Ax+Ay=100 см 2 , где Ax, Ay - расчетные значения арматуры по взаимно перпендикулярным направлениям, то разместить такое количество арматуры в растянутой зоне плиты просто невозможно.
Известен «Способ возведения каркаса безригельного многоэтажного здания» по патенту RU 2134752 от 21.01.1998, опубликовано 20.08.1999, МПК 6 E04B 1/18, заключающийся в монтаже рядовых и наружных колонн, установке на них надколонных плит перекрытий, и монтаже межколонных и центральных плит перекрытий, при этом, после монтажа перекрытия верхнего этажа здания на верхнем этаже или на верхних этажах дополнительно монтируют диагональные подкосы, соединяющие в пределах каждого из этих этажей низ наружных колонн с верхом соседних рядовых колонн или верх наружных колонн с низом соседних рядовых колонн и расположенные нормально к соответствующему им фасаду здания, а затем удаляют размещенные под диагональными подкосами в пределах первого этажа часть наружных колонн.
Данный способ сложен в использовании за счет дополнительных подкосов, и не позволяет возводить здания с большими пролетами перекрытий.
Известен «Способ возведения безригельного каркаса здания» по патенту RU 2206674 от 11.10.2001, опубликовано 20.06.2003, МПК 7 E04B 1/18, E04B 1/22, включающий монтаж колонн и плит перекрытий, замоноличивание стыков между колоннами и плитами, пропуск арматуры сквозь колонны между плитами во взаимно перпендикулярных направлениях и натяжение ее, выдержку до набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности с последующей передачей усилия натяжения на бетон по периметру здания и омоноличиванием швов между плитами, при этом, после набора бетоном стыка между колоннами и плитами передаточной прочности, усилие натяжения арматуры на бетон передают попеременно во взаимно перпендикулярных направлениях поэтапно - сначала 30-40% общего усилия натяжения, затем 60-75% общего усилия натяжения, с последующим полным отпуском натяжения.
Данный способ также сложен в использовании за счет того, так, как требует дополнительного натяжения арматуры на бетон, и нет конструктивной связи колонн с перекрытием.
Наиболее близким является «Способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия» по патенту RU 2394140 , от 09.06.2009, опубликовано 10.07.2010, МПК E04G 23/02, Е04В 5/43, включающий размещение на соединенной с колонной плите перекрытия, которая снабжена продольной арматурой усиливающих элементов, при этом в приколонной зоне плиты перекрытия выполняют вертикальные отверстия, в которые устанавливают усиливающие элементы в виде набора стержней с анкерными элементами на концах, образующих не связанную с продольной арматурой поперечную арматуру, и заливают раствор безусадочной расширяющейся бетонной смесью; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму четырех прямоугольников, одна сторона каждого из которых примыкает к колонне и равна ширине последней, а другая сторона превышает в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия; диаметр отверстий, выполненных в плите перекрытия, в 1,5-2,5 раза больше диаметра стержней поперечной арматуры, при этом отверстия снизу выполнены глухими с донышком или снабжены пробкой; приколонная зона перекрытия размещения вертикальных стержней поперечной арматуры в плане имеет форму описанного вокруг колонны квадрата, сторона которого равна сумме ширины колонны и удвоенного определяющего размера приколонной зоны - расстояния между внешней границей приколонной зоны и колонной, превышающего в 1,5-3,5 раза толщину плиты перекрытия.
Данный способ повышения несущей способности безбалочного монолитного железобетонного перекрытия усиливает только приколонную часть перекрытия и только дополнительной поперечной арматурой, не создавая единого узла сопряжения колонны с перекрытием.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9-ти метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью.
Задача решена за счет способа повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающего соединение колонн с плитами перекрытия, и размещение арматурных элементов, при этом, повышают несущую способность каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элемент-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, позволяет увеличить сопротивление взаимному повороту колонн и перекрытий в местах сопряжения, и повысить жесткость каркаса по всем направлениям; увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам, таким как, ветер и пульсация ветра; регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн; воспринимать изгибающие моменты от ветровых и пролетных нагрузок единым элементом-узлом высотой в целый этаж, а не отдельно колонной и перекрытием; перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны, упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны, создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время, являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих, приколонных моментов; повысить сейсмостойкость каркаса.
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют в каркасе, изображенном на чертежах, где на фиг.1 - каркас в сборе, на фиг 2 - монолитный конструктивный элемент - узел с арматурой 9, на фиг.3 - арматура 9, 17, 18; на фиг.4 - конструктивный разрез по каркасу, на фиг.5 - раскладка арматуры в плане по перекрытию, на фиг.6 - монолитный конструктивный узел с арматурой 18, на фиг.7 - схема расположения равноудаленных колонн по принципу равностороннего треугольника.
На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 изображены: каркас 1 монолитный железобетонный безригельный в сборе, жесткий конструктивный элемент-узел 2, колонна 3, перекрытие 4, линия 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сечение 6 колонн с наименьшими изгибающими моментами, место расположения швов бетонирования, армирование 7 радиального перекрытие, армирование 8 концентрическое, продольная арматура 9 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, растянутая приколонная зона 10 плитной части узла, зона 11 плиты перекрытия, растянутая пролетная, арматура 12 конструктивная, стык 13 отогнутой части продольной арматуры колонной части элемента-узла в верхней растянутой приколонной плитной части элемента-узла, консольные свесы 14 перекрытия, кольцевая распределительная арматура 15, эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну, продольная арматура 17 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, продольная арматура 18 колонной части узла с отгибами в плитную часть узла, колонная часть 19 элемента-узла, плитная часть 20 элемента-узла.
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса осуществляют при его сборке следующим образом.
Устанавливают опалубку перекрытия 4 текущего этажа. Под этой опалубкой устанавливают секции замковой опалубки на верхнюю часть колонн, от сечения 6 текущего этажа.
Формируют конструктивно организованный элемент-узел 2, из колонной части 19 и плитной части 20, вокруг центра, расположенного в месте пересечения центральной оси колонны 3 с плитой перекрытия 4, по вертикали - из половины колонны текущего этажа и половины колонны следующего этажа, с условными границами по сечению 6 колонн расположенных посередине высоты этажей, а на плане - из фрагмента перекрытия вокруг колонн, с условными границами по линии 5 расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях, сопрягая плитную и колонную части, объединенных радиально направленной продольной арматурой 9, или 17, или 18 колонн, отгибами в плитную часть элемента-узла, при этом создают условия для перераспределения усилии в местах сопряжения колонн с перекрытиями, повышая несущую способность каркаса.
Арматура, с особой конфигурацией отгибов 9, 17, 18, является основной образующей арматурного каркаса элемента-узла 2.
В растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2 арматура 9, и/или 17, и/или 18, отгибами для нижнего и для верхнего этажа, жестко соединяют с вертикальным нахлестом.
Наличие у арматуры 9, 17, 18, отгибов в верхнюю растянутую приколонную зону 10 плитной части элемента-узла 2, задает, всегда присутствующий и регулируемый проектными решениями, эксцентриситет «е» 16, передачи вертикальной нагрузки перекрытия на колонну.
Наличие эксцентриситета «е» 16 передачи вертикальной нагрузки на колонную часть 3 элемента-узла 2, при жестком стыке 13 и изогнутой формы детали 9 или 17 или 18:
Создает момент в колонной части арматуры 9 или 17 или 18, выдергивающий арматуру вверх, то есть в арматуре 9 или 17 или 18 создается разгружающее колонну 3 усилие, направленное вверх;
Обеспечивает автоматическую работу механизма разгрузки: при увеличении количества этажей увеличивается и разгружающий момент в колоннах 3 нижележащих этажей.
Собранный пространственный арматурный каркас для формирования элемента-узла 2 устанавливают своими отгибами арматуры 9, и/или 17, и/или 18, на такой же пространственный арматурный каркас, выступающий из колонны 3 текущего этажа, на отгибы арматуры 9, и/или 17, и/или 18,
Отгибы продольной арматуры 9, или 17, или 18, нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры 9 или 17 или 18 верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов. При этом перекрытие при работе ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область.
Сваривают отгибы в нахлесте арматуры 9, и/или 17, и/или 18, текущего и следующего этажа. Далее раскладывают радиальную арматуру 7, сваривая ее с арматурой 9, или 17, или 18, (фиг.2), устанавливают концентрическую арматуру 8 в пролете перекрытия (фиг.2, фиг.6), и конструктивную арматуру 12, то есть формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой, создавая непрерывную систему колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, закольцованную смежными перекрытиями и колоннами радиальным армированием (см. фиг.4).
Затем устанавливают секции опалубки колонн 3 на половину следующего этажа и бетонируют перекрытие 4 текущего этажа с половиной колонны 3 текущего этажа и половиной колонны 3 следующего этажа, то есть элементы-узлы 2 бетонируются целиком за одну захватку между, расположенными посередине высоты этажей, сечениями 6 колонн 3, что резко повыщает несущую способность каркаса.
Несущая способность безригельного монолитного железобетонного каркаса повышается при работаете элемента-узла 2, следующим образом.
Основной характеристикой элемента-узла 2 является эксцентриситет «е» 16 передачи нагрузки перекрытия на колонну.
Пролетные вертикальные нагрузки, действующие на перекрытие, передаются через арматуру 9 или 17 или 18 на колонну 3 с эксцентриситетом «e» 16. При этом, на каждом этаже в продольной арматуре колонн, кроме усилия сжатия N возникают растягивающие усилия от изгибающего момента, равного М=Ne. (фиг.4)
Вследствие наличия эксцентриситета 16 и непрерывности, закольцованности с соседствующим этажом радиального армирования колонна-перекрытие-колонна-перекрытие, (фиг.4) пролетные нагрузки на перекрытие растягивают радиальную арматуру, в том числе и в колонной зоне, создавая при этом разгрузочный момент в арматуре колонны. Учитывая это, можно уменьшить расход армирования колонн.
При этом, при одинаковых параметрах этажей и нагрузках и эксцентриситетах, в арматуре колонн нижнего этажа возникнут усилия сжатия N=nN, и изгибающий момент M=nNe, где n - количество этажей.
Если, при традиционном способе сборки каркаса изгибающий момент над колонной совершал только разрушающую работу, то в предлагаемом техническом решении, изгибающий момент М, созданный эксцентриситетом «е», благодаря особой форме арматуры 9 или 17 или 18, стремится выдернуть арматуру вверх, то есть создается вертикальное усилие, направленное вверх, и противоположное вертикальной нагрузке на каркас.
Благодаря этому, в каркасе постоянно работает эффект саморазгружения в колоннах, причем с ростом количества этажей, в нижних этажах автоматически увеличивается и разгружающий эффект.
Благодаря вертикальному нахлесту отгибов продольной арматуры 9, или 17, или 18, колонн 3, в растянутой приколонной зоне 10 плитной части элемента-узла 2, создается дополнительная жесткость сечения арматуры при восприятии изгибающего момента (фиг.4).
Благодаря жесткому стыку 13 отгибов продольной арматуры колонн и дальнейшим его разветвлением в колонны верхнего и нижнего этажа, увеличивается сопротивление изгибающему моменту в направлении от стыка 13 к колонне 3, за счет увеличения расстояния между сечениями отгибов 9 верхней и нижней колонн.
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями позволяет:
Увеличить сопротивление взаимному повороту элементов (колонн и перекрытий) в местах сопряжения и повысить жесткость каркаса по всем направлениям;
Увеличить сопротивление горизонтальным нагрузкам (ветер, пульсация ветра);
Регулируемым эксцентриситетом «е» запустить механизм автоматической разгрузки колонн;
Перераспределить изгибающие моменты перекрытий, которые воспринимаются уже не колонной, а элементом-узлом, и перераспределить усилие продавливания перекрытия над колонной, так как, перекрытие ощущает опору не на колонну, а на значительно расширенную область, благодаря особой конфигурации арматурных стержней в нем, поскольку отгибы продольной арматуры нижней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6), упираясь в отгибы продольной арматуры верхней колонны (фиг.2, фиг.4, фиг.6) создают эффект поддерживающей капители в теле плиты, в то же время являясь надежными анкерами при восприятии изгибающих приколонных моментов.
Техническим эффектом является обеспечение повышенной несущей способности монолитного железобетонного каркаса при возведении жилищных, культурно-бытовых и промышленных объектов, в том числе и с пролетами перекрытий более 9 метров, без предварительного напряжения арматуры, при различных типах сечения колонн, в высотном монолитном строительстве, в том числе, в районах с повышенной сейсмической активностью, путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются, на плане - линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях, через смежные перекрытия и колонны, арматурой.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ повышения несущей способности безригельного монолитного железобетонного каркаса, включающий соединение колонн с плитами перекрытия и размещение арматурных элементов, отличающийся тем, что повышают несущую способность каркаса путем перераспределения усилий в местах сопряжения колонн с перекрытиями, создавая единые конструктивные элемент-узлы, условными границами которых являются на плане линии расчетных нулевых изгибающих моментов в перекрытиях вокруг колонн, а по вертикали - сечения колонн, расположенные посередине высоты этажей; конструкцией элемент-узла задают эксцентриситет передачи вертикальной нагрузки на колонны; формируют каркас из единых конструктивных элементов-узлов, объединяя их в пространственный каркас непрерывной и закольцованной в радиальных направлениях через смежные перекрытия и колонны арматурой.
