Проблемы использования конструкций сборно-монолитного перекрытия. Безригельный каркас с монолитным перекрытием

Безригельный каркас с плоскими перекрытиями. » ArBuild.Ru

Одной из модификаций безригельного каркаса является сборно-монолитный рамный или рамно-связевый каркас с плоскими плитами перекрытий, включающий многоэтажные максимальной длиной 13 м колонны квадратного сечения 40x40 см, надколонные, межколонные панели перекрытия и панели-вставки единого размера в плане 2,8x2,8 м и единой толщины 160 и 200 мм, а также диафрагмы жесткости.

Каркас рассчитан на сооружение относительно простых в композиционном отношении зданий высотой до 9 этажей при рамной схеме и 16.20 этажей при рамно-связевой схеме с ячейками в плане 6x6; 6x3 м, а при введении металлических шпренгелей на ячейки 6x9; 6x12 м при высоте 3,0; 3,6 и 4,2 м при полной вертикальной нагрузке до 200 кПа и горизонтальной нагрузке от сейсмических воздействий до 9 баллов.

Фундаменты монолитные и сборные стаканного типа. Наружные ограждающие конструкции самонесущие и навесные из различных материалов или типовых индустриальных изделий других конструктивных систем. Лестницы преимущественно из наборных ступеней по стальным косоурам. Стыки элементов каркаса замоноличиваются, образуя рамную систему, ригелями которой служат перекрытия.

Монтаж конструкций ведется в следующем порядке: монтируют и замоноличивают в стаканах колонны; монтируют надколонные панели с высокой точностью, от которой зависит качество монтажа всего перекрытия; на надколонные панели устанавливают межколонные панели. Затем монтируют панели-вставки. После выверки, рихтовки и фиксации перекрытия устанавливают арматуру в швах замоноличивания и производят замоноличивание швов между панелями и стыками панелей с колоннами по всему перекрытию.

Каркас рассчитывают на действие вертикальной и горизонтальной нагрузок методом заменяющих рам в двух направлениях. При этом в качестве ригеля рамы принимают плиту шириной, равной шагу колонн перпендикулярного направления.

При расчете системы на действие горизонтальных сил в обоих направлениях принимают полную расчетную нагрузку, изгибающие моменты от которой вводят полной величиной в расчетные сочетания. При расчете системы на действие вертикальных сил учитывают работу каркаса в двух стадиях: монтажной и эксплуатационной. В стадии монтажа принимают шарнирное опирание панелей перекрытия в местах специальных монтажных устройств, кроме надколонных панелей, которые жестко соединены с колонной. В эксплуатационной стадии производят расчет рам на полную вертикальную нагрузку в двух направлениях. Расчетные изгибающие моменты распределяют в определенном соотношении между пролетами и надколонными полосами.

Силовые воздействия на колонны в уровне низа панели перекрытия определяют по формулам, учитывающим двухстадийную работу конструкции. Элементы конструктивной системы готовят из бетона класса В25 и армируют арматурой из стали классов А-I; A-II и A-III.

Характерной особенностью системы является узел сопряжения надколонной панели с колонной. Для эффективной передачи нагрузки с панелей на колонну в колонне организуется подрезка по периметру в уровне перекрытия с оголенными четырьмя угловыми стержнями. Воротник надколонной панели в виде уголковой стали с помощью монтажных деталей и сварки соединяется со стержнями.

Узел соединения панелей перекрытия типа стыка Передерия, в котором в скобообразные выпуски арматуры пропускается и замоноличивается продольная арматура 0 12-А-П. Для эффективной передачи вертикальной нагрузки в панелях предусматриваются продольные треугольные пазы, образующие с бетоном замоноличивания шва (шириной 200 мм) своего рода шпонку, хорошо работающую на срез.

Указанная конструктивная система рассчитана на применение в районах со слаборазвитой индустрией сборного железобетона для зданий различного назначения при относительно низких требованиях к показателю индустриальности (степени заводской готовности) системы. Принципиальные решения сборно-монолитного безригельного каркаса.

Технико-экономические показатели системы характеризуются несколько более низким расходом металла, чем каркасно-панельные системы для тех же параметров ячеек, но более высоким расходом бетона и значительной построечной трудоемкостью.

arbuild.ru

Конструкции безригельного каркаса

КБК – универсальная система, применяемая для строительства практически всего спектра городских сооружений: зданий жилого, социально-культурного, административного и бытового назначения, многоуровневых парковок, складов, некоторых производственных сооружений. За основу КБК была выбрана отечественная разработка - система безригельного каркаса «КУБ-2.5». Она в течение многих лет применялась в нашем военно-строительном комплексе, была отработана с конструкторской точки зрения и адаптирована к существующей российской технологической культуре в строительной промышленности. Модификация системы КУБ под аббревиатурой УСМБК использовались при строительстве объектов Министерства обороны в различных странах.

По срокам строительства безригельные системы могутконкурировать только зданиявозводимые из железобетонных панелей. Но качество панельного жилья не отвечает современным требованиям. В частности, многих покупателей не устраивает невозможность перепланировок и неизбежная однотипность возводимых зданий.

Преимущество безригельного каркаса КБК, прежде всего, заключается в ограниченном наборе составляющих элементов, с одной стороны, и в богатстве возможностей внутренних планировочных решений, создания неповторяющегося набора квартир из комнат и объемов, использовании местных материалов для устройства внешних ограждающих стен и внутренних перегородок, с другой стороны. Проще решается проблема перепланировки внутренних пространств.

Преимущества сборнойбезригельной системы КБК с экономической точки зрения подтверждаютсятем фактом, что в Сибири и на Урале не единичны случаи, когда подрядчики, применяющие конструктивную безригельную систему строительства, выигрывали тендеры у компаний, строящих в «монолите».

Система КБК дает возможность на единой промышленной, технологической основе строить как комфортное, так и «элитное» и «социальное»жильё. Причём, «социальное» или «элитное» назначение жилья реализуется за счет объема, отделки и т.п. При этом система КБК позволяет (при необходимости) без сноса, путем перепланировки, превратить ранее «социальный» дом в «элитный» или наоборот.

Система КБК значительно лучше приспособлена под сложные условия строительства. Она более индустриальная: применяется меньше монолитного бетона на строительной площадке, а значит, возникает меньше сложностей зимой. Нет необходимости привлекать большой штат квалифицированных сотрудников и спецтехники. Таким образом, основная масса проблем переносится на завод. Обеспечение качества каркаса в значительной мере лежит на заводе и зависит от качества металлоформ. Такая система менее трудоемкая и по скорости возведения здания превосходит практически любую другую. Так, в день бригада из 5-6 человек спокойно монтирует 200кв. м (при наличии железобетона).

Если говорить о технической стороне технологии, то можно отметить, что система конструкций предусматривает применение неразрезных (многоэтажных) колонн сечением 400 (мм) х 400 (мм) с предельной длиной 9900 (мм). При стыке колонн предусматривается принудительный монтаж, состоящий в сопряжении фиксирующего стержня верхней колонны с патрубком верхнего торца нижней колонны. В местах примыкания перекрытий (на высоте этажа) в колоннах предусмотрены шпонкообразные вырезы, в пределах которых арматура колонны обнажена.

Система конструкций безригельного каркаса «КБК» предусматривает применение панелей перекрытия заводского изготовления максимальными размерами 2980 (мм) х 2980 (мм) х 160 (мм).

Панели перекрытия в зависимости от местоположения в каркасе могут быть надколонные (НП), межколонные (МП) и средние (СП).

Монтаж конструкций ведётся в следующем порядке: монтируются колонны и замоноличиваются в фундаменте; устанавливаются и привариваются к арматуре колонн надколонные панели; далее монтируются межколонные и средние панели. При установке панелей арматурные выпуски торцов совмещаются таким образом, что образуется петля, в которую вставляется арматура.

Система конструкций безригельного каркаса предназначена для строительства широкого спектра городских сооружений (жилых, общественных и вспомогательных зданий административно-бытового назначения). С использованием сборно-монолитнойбезригельной системы возводятся не только высотныездания, но и школы, детские сады и т.п.

Такая универсальность системы «КБК» обеспечивается за счёт сочетания следующих свойств: а) Несущую основу каркаса здания в «КБК» составляют колонны и плиты перекрытия, выполняющие роль ригелей, для элементов жёсткости используют связи или диафрагмы, что позволяет обеспечить в зданиях пролёты 3.0, 6.0 м, высоту этажей в зданиях 2.8, 3.0, 3.3 и 3.6 при основной сетке колонн 6 х 6 м. Несущая способность перекрытий позволяет использовать каркас в зданиях с интенсивностью расчетных нагрузок на этаж до 1200 (кг/м2). б) Конструкция стен предполагает выполнение ими только ограждающей функции. Стены могут разрабатываться с поэтажной разрезкой, т.е. опираться на плиты перекрытия и передавать вертикальную нагрузку от собственного веса на плиты перекрытия каждого этажа; навесными или самонесущими, что даёт возможность максимального использования для ограждающих конструкций местных не конструкционных материалов, в том числе монолитных стен. в) В зданиях высотой до 5 этажей в обычных условиях строительства применяется рамная конструктивная схема без использования дополнительных элементов жесткости, в остальных случаях – рамно-связевая конструктивная схема, в которой используются связи или диафрагмы.

Система рассчитана на возведение зданий высотой до 25 этажей (до 75 метров) в обычных условиях строительства. В районах с сейсмичностью до 9 баллов включительно по 12 – бальной шкале применение «КБК» ограничено требованиями таблицы 8* СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий.

Конструктивные элементы КБК изготавливаются и монтируются с применением единого технологического оборудования. Каркас монтируется полностью из изделий заводского изготовления с последующим замоноличиванием узлов, в конечной стадии конструкция является монолитной.

Таким образом, формообразующие возможности каркаса в системе «КБК» имеют широкие диапазоны количества этажей и архитектурно-пространственных решений. Система КБК позволяет использовать широкий спектр пластики фасада, создавать пространственно интересные нетиповые планировки, отвечающие поставленной задаче.

Расчёт параметров безригельного каркаса с плоскими перекрытиями производится с использованием расчётных моделей, реализуемых программными комплексами с применением программных продуктов высокого уровня (ПК SKAD; ПК ING +; ПК «ЛИРА» и других).

Одним из основных отличий системы КБК от системы КУБ 2,5 является адаптация системы под требования действующего законодательства и получение необходимых сертификатов.

Во-первых, система «КБК» комплектуется отдельным пакетом документации – «Конструкция безригельного каркаса для многоэтажных жилых и общественных зданий». Данный комплект документации сертифицирован ФГУП «ЦПП» г. Москва на соответствие требованиям нормативных документов в области строительства. Выдан сертификат № POCCRU.CP48.C00047 от 05.04.2007 г.

Во-вторых, в целях подтверждения огнестойкости элементов каркаса зданий на основе «КБК» в 2008 году в ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва проведены сертификационные испытания надколонной (НП 30-30-8, ТУ 5842-001-08911161-2007) и средней (СП 30-30-6, ТУ 5842-001-08911161-2007) железобетонных плит перекрытия (изготовитель плит ФГУП «ДОКСИ при Спецстрое России»).

Испытания надколонной железобетонной плиты проводились под равномерно-распределенной нагрузкой в 700 кг/м2.Обогреваемая поверхность надколонной плиты – сторона плиты с рабочей арматурой предельных состояний не достигла и соответствует пределу огнестойкости не менее REI 180. Для средней железобетонной плиты перекрытия предел огнестойкости составил REI 120.

На основании полученных результатов испытаний, органом сертификации ЗАО «ЦСН «Огнестойкость-ЦНИИСК» г.Москва выданы сертификаты пожарной безопасности для всей номенклатуры панелей перекрытия безригельного каркаса КБК.

В-третьих,с целью подтверждения сейсмостойкости и оценки пригодности системы конструкций безригельного каркаса для строительства в сейсмических районах, с 22 по 29 августа 2008 года по заказу ООО ПЦ «КУБ-Сибирь» в г.Перми были успешно проведеныстатические и динамические испытания фрагментов здания. Испытаниям подверглись два экспериментальных трёхэтажных фрагмента здания из элементов системы «КБК» в натуральную величину с имитацией рабочей нагрузки с целью ее обоснованного применения в строительстве на площадках сейсмичностью до 7-9 баллов по шкале MSK-64. В конструкции первого фрагмента здания в качестве элементов жесткости использовались связи, в конструкции второго – железобетонные диафрагмы.

Испытания проведены Некоммерческой организацией «Российская Ассоциация по сейсмостойкому строительству и защите от природных и техногенных воздействий» (НО РАСС) при участии ОАО "12 Военпроект" (г.Новосибирск), ООО «КБК-Урал» (г.Пермь), ФГУП «ЦПО» при Спецстрое России (г.Воронеж).

По результатам испытаний подтверждена сейсмостойкость каркаса КБК до 9 баллов – при использовании в качестве элементов жесткости железобетонных диафрагм, до 7 баллов – при использовании связей. Российской Ассоциации по Сейсмостойкому Строительству и защите от природных и техногенных воздействий (РАСС) выдано заключение от 06.11.2008:

«Строительная система КБК на основе конструкций Безригельного каркаса РЕКОМЕНДУЕТСЯ к применению при строительстве зданий на площадках сейсмичностью 7-9 баллов по шкале MSK-64 при ограничениях, установленных требованиями таблицы 8* СНиП II -7-81* «Строительство в сейсмических районах» для каркасных зданий».

Вышесказанное позволяет сделать ряд выводов.

1. Соответствие технологии КБК действующему законодательству позволяет применять её без каких-либо ограничений и сложностей в любых регионах нашей страны, в том числе и сейсмоопасных, при этом экспертиза проектной документации в уполномоченных федеральных органах исполнительной власти и органах власти субъектов Российской Федерации проходит без особенностей.

2. Технология КБК предоставляет полную и достоверную прогнозируемость сроков возведения каркаса здания. Так, уже на стадии эскизного проекта, после согласования планировок этажей, застройщик может заключить договор с заводом ЖБИ на изготовление конструктивных элементов каркаса здания, а крайне ограниченное применение монолитного бетона на стройплощадке сводит к минимуму сезонное изменение темпов строительства, либо его приостановку. Всё это позволяет правильно оценить застройщику свои возможности и уложиться в заданные контрактом сроки и стоимость, что особенно актуально при выполнении работ по государственным заказам.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов www.kub-sk.ru, www.12voenproekt.ru

karkas-pro.ru

Опалубочный элемент сборно-монолитного перекрытия с безригельным каркасом

Рассмотрены варианты несъемных опалубочных элементов перекрытий, используемых в практике сборно-монолитного каркасного домостроения. Предложен тонкостенный железобетонный опалубочный элемент плиты с выступающим арматурным каркасом.

Ключевые слова: опалубочный несъемный элемент, плоское сборно-монолитное перекрытие.

Применение плоских сборно-монолитных перекрытий в каркасном домостроении имеет значительные преимущества по сравнению с монолитной и сборной технологией строительства [1, с. 70]. Проблемы ускорения сроков строительства, снижения трудоемкости возведения перекрытий, ограниченной пригодности щитов опалубки и ее подготовки для повторного использования могут быть решены с помощью сборно-монолитных перекрытий с неизвлекаемыми бетонными или железобетонными элементами. Опалубочные элементы выполняют роль несущего основания плиты перекрытия, обеспечивающего ее омоноличивание за счет установки армирующих элементов и укладки слоя бетонной смеси. Стремление к увеличению шага колонн несущего каркаса не позволяет использовать опалубочные элементы размером на всю ячейку из условий транспортировки, поэтому встает вопрос их стыка и разработки конструкции перекрытия, отвечающей требованиям надежности и пространственной жесткости.

В настоящее время широко известны конструктивные решения, принятые в универсальной открытой архитектурно-строительной системе зданий на основе сборно-монолитного каркаса с плоскими перекрытиями (АРКОС) [2, с. 5]. Один из вариантов диска перекрытий данной системы включает сборные многопустотные плиты, опертые концами посредством бетонных шпонок на несущие монолитные ригели таврового сечения с полкой, размещенной в стяжке пола (рис. 1). В роли своеобразного элемента несъемной опалубки выступает сборная многопустотная плита, как традиционная типовая, изготавливаемая по агрегатно-поточной технологии, так и многопустотная безопалубочного формования. В случае применения последней, не имеющей выпусков рабочей арматуры, предусмотрено размещение арматурных стержней-коротышей.

Достаточно интересным является решение сборно-монолитного перекрытия [3] с использованием клинообразных элементов, выполненных из прямоугольной несущей плиты и пирамидальной части с боковыми гранями, наклонными под углом 5–15º, имеющими на стыках разгрузочные канавки с криволинейной поверхностью (рис. 2). Перекрытие собирается из опалубочных элементов, устанавливаемых большим основанием вниз, арматурная сетка фиксируется с помощью предварительно заглубленных в элементы анкеров и наносится стяжка.

Рис. 1. Конструкция сборно-монолитного перекрытия системы АРКОС: 1 — монолитный несущий ригель; 2 — бетонная шпонка ригеля; 3 — выпуски рабочей арматуры многопустотных плит; 4 — полки ригеля таврового сечения; 5 — стяжка пола

а)

б)

Рис. 2. Конструкция сборно-монолитного перекрытия с несъемными клинообразными опалубочными элементами: а — вид в разрезе; б — опалубочный элемент: 1 — опалубочный элемент; 2 — анкера; 3 — элементы армирования; 4 — двухслойный строительный раствор с фиброй между слоями

а)

б)

Рис. 3. Конструкция сборно-монолитного перекрытия с несъемными тонкостенными плитами: а — схема расположения элементов в плане; б — опалубочные элементы: 1 — надколонный опалубочный элемент; 2 — то же, пролетный; 3 — арматурный пространственный каркас; 4 — арматурные выпуски; 5 — элементы армирования; 6 — бетон замоноличивания; 7 — закладные детали

Основным недостатком описанных выше конструктивных решений сборно-монолитных перекрытий является достаточно высокая трудоемкость при монтаже, а в случае перекрытия с клинообразными опалубочными элементами — значительная толщина перекрытия и, как следствие, материалоемкость конструкции.

Предлагается вариант сборно-монолитного перекрытия, состоящего из элементов несъемной опалубки, представляющей собой тонкостенные железобетонные плиты с арматурными пространственными каркасами, выступающими вверх за пределы бетона плит, арматурных сеток, укладываемых по верху сборных элементов и бетона замоноличивания (рис. 3). Выступающие арматурные каркасы исключают потребность в стальных фиксаторах, необходимых для проектного положения арматурных изделий и обеспечивают надежное сцепление сборного и монолитного слоев перекрытия. Подобные опалубочные элементы уже нашли применение при строительстве сборно-монолитных каркасов с железобетонными ригелями, а также в перекрытиях, опирающихся на любые несущие конструкции: стены, балки, строительные фермы как железобетонные, так и стальные [4, с. 9]. Предусмотрены опалубочные элементы двух типов: надколонные с опиранием непосредственно на колонны и имеющие вырезы для пропуска арматуры колонн и пролетные. Пролетные опалубочные элементы снабжены гнутыми арматурными выпусками для монтажа и стыка, устраиваемого на расстоянии 0,25 длины пролета между колоннами.

Требуемая минимальная толщина опалубочных элементов, диаметр и шаг арматурных каркасов зависят от действующих усилий на перекрытие и расчетных пролетов и подлежат дальнейшему исследованию.

Литература:

1. Никулин А. И. Эффективность применения плоских сборно-монолитных перекрытий в каркасном домостроении/ А. И. Никулин, С. В. Богачёва// Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г). — СПб.: Свое издательство, 2015. — с. 70–74.

2. Мордич А. И. Описание конструкции каркаса зданий серии Б1.020.1–7 (АРКОС) и общие рекомендации по расчету/ А. И. Мордич, В. Н. Белевич. — Минск: Институт БелНИИС, 2005. — 52 с.

3. Шалис Е. Е., Зубко В. Е., Дудко О. В., Жуков А. Ю., Мандровская М. Б. способ возведения сборно-монолитного перекрытия в несъемной опалубке и опалубочный элемент для его осуществления// Патент России № 2109896. 1998.

4. СТО НОСТРОЙ 2.6.15–2011 Элементы сборные железобетонные стен и перекрытий с пространственным арматурным каркасом. Технические условия. — М.: ООО «Научно-исследовательский институт бетона и железобетона», ООО Издательство «БСТ», 2011. — 49 с.

moluch.ru

безригельный каркас здания, сооружения - патент РФ 2501915

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений. Технический результат изобретения заключается в повышении жесткости и прочностных характеристик каркаса. Безригельный каркас содержит колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой. Колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению. Каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям сборно-каркасных зданий и сооружений, и может быть использовано при сооружении жилых, гражданских, промышленных зданий и сооружений с безригельными каркасами.

Безригельные каркасы в настоящее время являются альтернативой традиционным схемам строительства сборно-каркасных зданий и сооружений. Примером применения безригельных каркасов является строительная система безригельного полносборным каркаса сборно-каркасных зданий серии «КУБ-2,5», прошедшая согласование и получившая одобрение Госстроя РФ. Министерства строительства, архитектуры и ЖКХ Российской Федерации.

Серия сборно-каркасных зданий «КУБ-2,5» освоена ООО «КУБ Систем», ООО «КУБ Строй», ООО «ПСК-КУБ» (Москва), ООО «КУБ Систем СПб», ООО «КУБ Строй СПб» (Санкт-Петербург).

От традиционных сборно-каркасных систем строительная система «КУБ-2,5» отличается, прежде всего, отсутствием ригелей (роль которых выполняют плиты перекрытия), а также использование колонн без выступающих частей. Плиты перекрытий, в зависимости от расположения, подразделяются на надколонные, межколонные и средние. Пространственная жесткость конструкции обеспечена монолитной связью элементов (плит перекрытий и колонн) и, при необходимости, включением в систему связей и диафрагм. В основу системы безригельного каркаса «КУБ-2,5» положена конструкция узла сопряжения двух основных элементов - плиты перекрытия и колонны с использованием закладной детали - стальной обечайки, соединенной с арматурой плиты перекрытия. Бетон в данном узле работает в условиях всестороннего обжатия, вследствие чего происходит его самоупрочнение. Это дает возможность исключить ванную сварку в стыке колонн. В узле присутствуют только монтажные швы.

Монтаж каркаса производится в следующем порядке: сначала устанавливают и выверяют колонны, затем на проектную отметку устанавливают надколонные плиты перекрытия, после этого межколонные и средние плиты перекрытия монтируют «насухо». После установки арматуры в швах между плитами замоноличивают бетоном узлы сопряжения надколенных плит перекрытия и колонн, а также швы между плитами перекрытия.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» может использоваться для строительства практически всего спектра сооружений: жилых и общественных зданий, промышленных сооружений, складских комплексов и т.д.

Строительная система безригельного каркаса «КУБ-2,5» в сравнении с традиционными схемами строительства сборно-каркасных зданий и сооружений обладает следующими основными преимуществами:

- высокий уровень индустриализации - технология изготовления элементов зданий максимально переносит затраты труда строителей в цеховые условия, тем самым значительно уменьшая на строительной площадке риски как природных, так и человеческих факторов:

- высокая производительность монтажа - используются всего два типа простых и нетрудоемких соединений: «колонна-плита» и «плита-плита», то есть минимально физически возможное количество, что способствует ускорению монтажа: не требуется особенной подготовки монтажников, все процедуры по монтажу носят стандартный характер; бригада из 5 человек монтирует в смену до 300 м2 перекрытий:

- сокращение количества сварочных работ - сварочные работы выполняют только для приварки четырех соединительных деталей в узле «колонна-плита»:

- сокращение количества бетона в процессе монтажа - количество бетона минимально, так как бетон требуется только для заделки швов между плитами и замоноличивания узла «колонна-плита»;

- разнообразие и свобода архитектурных решений - межэтажные перекрытия могут принимать разнообразнейшие формы, позволяя тем самым решать любые архитектурные задачи по проектированию жилых, общественных или промышленных зданий.

Конструкции безригельных каркасов зданий и сооружений широко описаны в патентной информации.

Так, по авторскому свидетельству СССР № 1606629, МПК5 E04B 5/43, дата подачи заявки 1988.06.27, известно безбалочное перекрытие, включающее надколонные плиты с центральным отверстием для размещения на колоннах, межколонные и средние плиты, имеющие на стыкуемых боковых гранях каждой плиты перекрытия площадки для последовательного опирания плит одна на другую. С целью снижения материалоемкости за счет уменьшения усилий на надколонную плиту, площадки опирания надколонных плит выполнены в виде размещенных в середине боковых граней столиков, длина которых определена из условия l<2b+a, где b - толщина надколонной плиты, a - размер отверстия в надколонной плите по нижней грани.

На колоннах, установленных на расстоянии 2l друг от друга, где l - длина плиты перекрытия, смонтированы надколонные плиты перекрытия, имеющие в центральной части отверстие. Боковые грани надколонных плит выполнены в виде ступеньки, средняя часть которой имеет большую высоту, чем крайние части, и образует опорный столик. На надколонные плиты опираются двумя своими противоположными краями межколонные плиты. На боковых гранях этих плит на всей их длине образованы «четверти», причем на гранях, которыми эти плиты опираются на надколонные плиты, «четверти» выбраны снизу, а на двух других гранях - сверху, образуя тем самым опорные поверхности, на которые установлены средние плиты. У этих плит на боковых гранях также по всей длине выбраны четверти, но эти четверти выбраны только с нижней стороны. Узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий включает отверстие в надколонной плите, в котором размещается колонна. Указанное отверстие имеет обрамление в виде стальной обечайки. После установки колонны в отверстие узел соединения замоноличивается.

Монтаж перекрытия производится в следующем порядке.

На колонны сверху устанавливаются надколонные плиты.

Затем на надколонные плиты укладываются межколонные плиты таким образом, что «четверти» этих плит, образованные на противоположных гранях, опираются только на столики, расположенные в средней части боковых граней надколонных плит. Средние плиты в свою очередь устанавливаются на опорные поверхности межколонных плит. Таким образом, все пространство оказывается перекрытым.

Общими признаками аналога и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

При указанной конструкции узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки. Необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

По авторскому свидетельству СССР № 1114749, МПК5 E04B 1/18, E04B 1/38, дата подачи заявки 1982.05.04, известен безригельный каркас, содержащий колонны, плиты перекрытия и узлы соединения колонн с плитами перекрытий.

Узел соединения колонны и плиты перекрытия содержит сборную колонну, выполненную по высоте с разрывом бетона в уровне перекрытия, и сборную плиту перекрытия, выполненную с отверстием со скошенными торцами в нижней ее части (для пропуска колонны) и обечайкой, жестко прикрепленной по периметру отверстия к рабочей арматуре плиты перекрытия и снабженной дополнительными стержнями (а), расположенными в нижней зоне плиты.

Кроме того, плита перекрытия снабжена стержнями (б), соединяющими рабочую арматуру плиты с дополнительными стержнями (а) обечайки. Торцы отверстия плиты перекрытия выполнены со скосом в верхней ее части с образованием треугольной призмы. Узел снабжен плоскими трапециевидными элементами, соединяющими рабочую арматуру колонны с верхней частью обечайки двух смежных торцов отверстия плиты перекрытия.

Полость узла омоноличена бетоном.

Стержни (б) обеспечивают увеличение несущей способности плиты перекрытия в опорной зоне на продавливание, а также воспринимают изгибающий момент в нижней зоне плиты перекрытия при сейсмических нагрузках. Подсоединение дополнительных стержней (а) обечайки к арматуре плиты создает комбинированное армирование опорной зоны на скалывание при минимальном количестве металла.

Монтаж узла на строительной площадке производят следующим образом.

После установки колонны в монтажное отверстие колонны устанавливают Т-образное приспособление, выполненное в виде трубы с балкой, на концах которой имеются резьбовые втулки под винты. После этого плиту поднимают краном, одевают на колонну и устанавливают на винты монтажных приспособлений. Перемещая винты, устанавливают плиту перекрытия в проектное положение. Далее приваривают трапециевидные элементы к двум смежным сторонам обечайки в верхней ее части и к рабочей арматуре колонны в месте разрыва бетона.

Бетонирование полости узла производят, например, бетононасосом. После замоноличивания стыка и достижения необходимой прочности монтажное приспособление снимается.

Обечайка, примыкающая к колонне, выполнена в виде треугольной призмы, что создает шпоночный эффект, увеличивая жесткость узла и его прочность на продавливание. Прикрепление обечайки к арматуре колонны с помощью трапециевидных элементов позволит передавать изгибающий момент с перекрытия на колонну, что также повышает жесткость и надежность узла.

Как и в предыдущем аналоге, конструкция узла соединения колонн с надколонными плитами перекрытий ограничивает жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам по указанным выше причинам, а необходимость замоноличивания узла увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке.

В качестве прототипа выбран безригельный бескапительный железобетонный каркас здания по патенту Российской Федерации № 2247812, МПК7 E04B 1/18, E04B 5/43, дата подачи заявки 2001.04.03. патентовладелец ООО «Научно-проектное общество «КУБ», г.Москва.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания содержит надколонные и межколонные плиты, имеющие на ребрах петлевых выпуски и симметрично расположенные относительно друг друга пазы, вдоль которых сквозь перехлесты петлевых выпусков смежных плит установлена арматура, и проходящие сквозь отверстия в надколонных плитах сборные по высоте колонны, в которых в местах монтажа надколонных плит обнажена продольная арматура. Каркас имеет следующие особенности, определяющие его новизну на дату приоритета:

- на ребрах надколонных плит в нижней их части образованы полочки и дискретно расположенные опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, при этом длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки, а петлевые выпуски имеют длину, не превышающую ширину полочки:

- надколонная плита снабжена вмонтированной в ее отверстие обечайкой, прикрепленной к рабочей арматуре колонны;

- в местах пересечения надколонных плит перекрытия и колонн и в местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура замоноличена с обнаженной арматурой надколонной плиты перекрытия;

- в местах стыка двух раздельных участков колонн с надколонными плитами обнаженная арматура верхней колонны выполнена в виде петлевого выпуска, а нижней - в виде арматурных стержней.

Безригельный бескапительный железобетонный каркас здания состоит из колонн, непосредственно на которые "надеты" и опираются надколонные плиты. На эти надколонные плиты в процессе монтажа перекрытия опирают межколонные плиты. Оба типа плит выполнены плоскими, лишенными ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны либо друг на друга. Колонны выполнены постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания плит перекрытия.

В местах монтажа надколенных плит в колонне обнажена продольная арматура, а отверстие в надколонной плите снабжено вмонтированной в нее при изготовлении обечайкой, выполненной из стали. В том случае, когда в уровне надколонной плиты организуется стык колонны по высоте, из верхней части колонны делается петлевой выпуск арматуры, а из нижней части колонны - арматурных стержней. При объединении надколонной плиты с колонной и частей колонны друг с другом их стык замоноличен бетоном.

Плиты перекрытий по периферии в нижней части имеют полочки. Эти полочки размещены таким образом, что при стыковке со смежной плитой перекрытия полочка оказывается только у одной из смежных плит. В ребрах плит перекрытия сделаны арматурные петлевые выпуски, длина которых не превышает ширину полочки. При монтаже плит между петлевыми выпусками, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни, располагаемые по вертикали в одной плоскости и замоноличенные бетоном. Кроме того, на ребрах надколонных плит в нижней их части образованы дискретно расположенные по длине ребра опорные столики, а в верхней части продольных ребер смежных межколонных плит выполнены ответные консоли, причем опорные столики и консоли расположены в плоскости плит и длина опорных столиков и консолей равна ширине полочки. При монтаже плит столики и консоли замоноличиваются бетоном.

При монтаже плит перекрытия используются монтажные стойки. Плиты выполнены в варианте одномодульных и двухмодульных панелей. В двухмодульных плитах длина большей стороны равна расстоянию "по осям" между соседними колоннами, а в одномодульных плитах длина большей стороны равна половине расстояния "по осям" между соседними колоннами.

Монтаж каркаса осуществляется в следующем порядке: сначала выставляются в проектное положение колонны. Затем на них монтируют надколенные плиты, после чего устанавливают двухмодульные межколонные плиты. Двухмодульные плиты могут иметь комбинированное исполнение, когда одна часть плиты снабжена отверстием для пропуска колонны и выполнять роль надколонной плиты, а другая часть этой плиты такого отверстия лишена. При рядовом исполнении двухмодульной плиты отверстие для пропуска колонны вообще отсутствует. Для лучшего восприятия колоннами монтажных нагрузок первой устанавливают одномодульную надколенную плиту, а уже на нее опирают двухмодульные плиты, будь то комбинированного или рядового исполнения. При несимметричном опирании плит или при одностороннем приложении к ним нагрузки, что бывает, как правило, на крайних осях здания, применяют монтажные стойки. Стойки снимают только после того, как перекрытие следующего этажа смонтировано, замоноличено бетоном и бетон набрал не менее 70% проектной прочности.

Установку надколонной плиты на колонну производят с помощью монтажного кондуктора, предварительно устанавливаемого в отверстии, выполненном в колонне на уровне отметки низа плиты перекрытия. Установленная на проектную отметку надколонная плита прикрепляется к колонне с помощью сварки обечайки с рабочей арматурой колонны, используя стальные посредники. Если в уровне установки надколонной плиты производится стыковка верхней и нижней частей колонны, то петлевая арматура верхней колонны сваривается со стержнями нижней колонны. Затем узел стыка замоноличивается бетоном с тщательным уплотнением.

Установка межколонных плит в проектное положение производится на опорные столики. При монтаже межколонных плит выступающие из их ребер арматурные петлевые выпуски перехлестывают друг друга, образуя на просвет замкнутое овальное кольцо, сквозь которое пропускают горизонтальные стержни, располагаемые один над другим в вертикальной плоскости. Затем стык замоноличивается бетоном. При монтаже плит выступающая в нижней части ребер полочка перекрывает зазор между плитами, образуя канал, заполняемый бетоном.

В малоэтажных зданиях высотой до 4-х этажей поперечное сечение железобетонной колонны может соотноситься как 1:2 и таким образом колонна может быть "спрятана" в толщину стены, не выступая из ее плоскости.

Общими признаками прототипа и заявляемого решения являются: безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколенные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколенными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой.

Конструкция безригельного каркаса по прототипу не позволяет в полной мере реализовать отмеченные выше потенциальные преимущества строительных систем безригельных каркасов по следующим причинам:

- при указанной конструкции узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий жесткость каркаса и сопротивляемость продавливающим нагрузкам ограничены, так как опирание надколонной плиты перекрытия на колонну осуществляется только через искусственно созданный в условиях строительной площадки соединительный узел, локализованный в пределах поперечного сечения колонны, геометрия и конструктивные особенности которого не позволяют воспринимать значительные изгибающие моменты и осевые нагрузки; отмечается, что этажность по рамной схеме ограничена 5 этажами, при высотности здания более 5 этажей необходимы связевые и диафрагменные схемы;

- необходимость замоноличивания узла соединения колонн с надколенными плитами перекрытий увеличивает трудоемкость монтажа и расход бетона на строительной площадке; кроме того, замоноличивание указанного узла, как наиболее ответственного узла каркаса, требует высокой культуры производства и строгого контроля, что ограничено в условиях строительной площадки;

- возможность выполнения монтажных работ при минусовых температурах является проблематичной, так как необходимый прогрев бетона в процессе замоноличивания узлов соединения колонн с надколонными плитами является проблемой.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования безригельного каркаса здания, сооружения, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения обеспечивается повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Поставленная задача решается тем, что в безригельном каркасе здания, сооружения, содержащем колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытий и узлы соединения плит перекрытий между собой, согласно изобретению колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения.

Технологично закладные детали выполнять в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны, а между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанести слой строительного раствора для устранения монтажных зазоров.

Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Так, отличительные признаки изобретения (колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением, соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытий выполнен в виде закладных, деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстиях в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн) совместно с существенными признаками, общими с прототипом обеспечивают повышение жесткости и прочностных характеристик каркаса, а также снижение трудоемкости монтажных работ при сохранении всех преимуществ строительных систем безригельных каркасов.

Объясняется это следующим.

Применение в каркасе в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен фигурных в поперечном сечении колонн реализует возможность опирания плит перекрытия на торцы колонн с увеличенной площадью опирания без применения выступающих консольных элементов, как на колоннах, так и на плитах перекрытия.

Выполнение узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонны, обеспечивает надежное соединение колонн и надколонной плиты без замоноличивания узла соединения, что повышает производительность монтажа и снижает расход бетона в процессе монтажа.

Опирание надколонной плитой перекрытия на фигурное поперечное сечение колонны, характеризующееся значительным моментом инерции сечения, а также соединение колонн с помощью указанных закладных элементов и стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите, значительно повышает сопротивляемость узла соединения колонны с надколонной плитой перекрытия изгибающим моментам и продавливающим усилиям, что повышает прочностные характеристики и жесткость каркаса.

Изготовления элементов каркаса максимально переносится в цеховые условия, тем самым значительно уменьшаются риски как природных, так и человеческих факторов на строительной площадке.

Все, что отмечено выше, обеспечивает возможности повышения прочностных характеристик и жесткости каркасе, повышения производительности монтажных работ и снижения расхода материалов на строительной площадке.

Ниже приводится подробное описание заявляемого безригельного каркаса здания, сооружения со ссылками на чертежи, на которых показано:

Фиг.1 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.2 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с тавровым поперечным сечением.

Фиг.3 - Безригельный каркас здания, сооружения, фигурная колонна с уголковым поперечным сечением.

Фиг.4 - Безригельный каркас здания, сооружения, принципиальная схема.

Фиг.5-7 - Безригельный каркас здания, сооружения, примеры монтажных схем с различным сочетанием фигурных колонн.

Фиг.8 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с крестообразным поперечным сечением.

Фиг.9 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение А-А на фиг.8.

Фиг.10 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с тавровым поперечным сечением.

Фиг.11 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Б-Б на фиг.10.

Фиг.12 - Безригельный каркас здания, сооружения, продольный разрез узла соединения надколонной плиты с фигурной колонной с уголковым поперечным сечением.

Фиг.13 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение В-В на фиг.12.

Фиг.14 - Безригельный каркас здания, сооружения, вид Г на фиг.8, 10, 12.

Фиг.15 - Безригельный каркас здания, сооружения, сечение Д-Д на фиг.8, 10, 12.

Фиг.16 - Безригельный каркас здания, сооружения, пример соединения плит перекрытия между собой.

Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий фигурные колонны, выполненные с крестообразным 1, тавровым 2, уголковым 3 поперечным сечением (фиг.1, 2, 3), надколонные плиты перекрытия 4, опирающиеся на колонны 1, 2, 3, межколонные плиты перекрытия 5, расположенные между надколонными плитами перекрытия 4, узлы 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 и узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой. Фигурные колонны 1, 2, 3 расположены в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, как показано на принципиальной схеме на фиг.4. На фиг.5, 6, 7 показаны примеры монтажных схем каркасов с различным сочетанием фигурных колонн 1, 2, 3. Так, на фиг.5 показана монтажная схема с применением фигурных колонн 3 с уголковым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением и фигурных колонн 2 с тавровым сечением, на фиг.5 - фигурных колонн 3 с уголковым сечением, фигурных колонн 2 с тавровым сечением и фигурных колон 1 с крестообразным сечением.

Плиты перекрытия 4, 5 выполнены плоскими, без ребер, капителей и каких-либо иных утолщений в зоне опирания на колонны 1, 2, 3 либо друг на друга. Колонны 1, 2, 3 выполнены также постоянного сечения по высоте, лишенные каких-либо капителей или выступающих за их габариты хомутов в зоне опирания надколонных плит перекрытия 4.

Каждый узел 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 выполнен в виде закладных деталей 8, соединенных с арматурой 9 колонны 1, 2, 3 и установленных на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурной колонны 1, 2, 3, а также вертикальных стержней 11, расположенных в отверстиях 12 надколонной плиты перекрытия 4 и соединенных с закладными деталями 8 колонн 1. 2, 3. Все указанные соединения выполнены в виде сварки 13. Закладные детали 8 выполнены в виде равнобоких уголков 14, установленных на концевых участках колонны 1, 2, 3 и утопленных своей вершиной в тело колонны 1, 2, 3 и соединенных сваркой 13 с арматурой 9 колонны 1, 2, 3. В узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 нанесен слой 15 строительного раствора. Конструктивные особенности соединительного узла 6 показаны на фиг.8-13, в том числе на фиг.8-9 - для колонны 1. на фиг.10-11 - для колонны 2, на фиг.12-13 - для колонны 3. На фиг.14-15 показаны сечения и виды соединительного узла 6.

Узлы 7 соединения плит перекрытий 4, 5 между собой выполнены с использованием известных конструкторских и технологических решений. Так, на фиг.16 показан пример выполнения узла 7 соединения плит перекрытий 4, 5. Плиты перекрытий 4, 5 имеют в нижней части своих ребер полочки 16, расположенные на всю длину ребра. В ребрах плит перекрытия 4, 5 выполнены арматурные петлевые выпуски 17, длина которых не превышает ширину полочки 16. При монтаже плит между петлевыми выпусками 17, располагаемыми внахлест друг с другом, пропущены горизонтальные стержни 18, замоноличенные бетоном 19. Возможны и другие решения соединительного узла 7.

Монтаж каркаса выполняют следующим образом.

Выставляются в проектное положение колонны 1, 2, 3. Затем на них монтируют надколонные плиты 4. При этом в узле 6 соединения колонн 1, 2, 3 с надколонными плитами перекрытий 4 между надколонной плитой перекрытия 4 и торцами колонн 1, 2, 3 наносят слои 15 строительного раствора для исключения монтажных зазоров. Через отверстия 12 в надколонной плите 4 пропускают вертикальные стержни 11, которые приваривают сваркой 13 к закладным деталям 8, установленным на периферийных участках 10 поперечного сечения фигурных колонн 1, 2, 3. Количества сварочных работ минимальное - сварочные работы выполняют только для приварки вертикальных стержней 11 к закладным деталям 8 (четыре, шесть, восемь сварок 13 для уголковых 3, тавровых 2. крестообразных 1 колонн соответственно). Замоноличивание соединительного узла 6 не требуется, чем сокращается расход бетона в процессе монтажа.

После монтажа надколонных плит 4 монтируют межколонные плиты перекрытия 5. Плиты перекрытия 4, 5 стыкуют между собой, как показано на фиг.16. При этом петлевые выпуски 17 располагаются внахлест друг с другом. Между петлевыми выпусками 17 пропускают горизонтальные стержни 18. Шов замоноличивают бетоном 19.

При монтаже плит перекрытия используют любые временные монтажные стойки (для упрощения рисунков не показаны).

Все процедуры по монтажу носят стандартный характер, специальной подготовки монтажников не требуется.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Безригельный каркас здания, сооружения, содержащий колонны, надколонные плиты перекрытия, опирающиеся на колонны, межколонные плиты перекрытия, расположенные между надколонными плитами перекрытия, узлы соединения колонн с надколонными плитами перекрытия и узлы соединения плит перекрытий между собой, отличающийся тем, что колонны, расположенные в углах зданий и в местах пересечения продольных и поперечных стен, выполнены фигурными с уголковым, тавровым или крестообразным поперечным сечением соответственно их расположению, а каждый узел соединения колонн с надколонными плитами перекрытия выполнен в виде закладных деталей, соединенных с арматурой колонны и установленных на периферийных участках поперечного сечения фигурной колонны, а также вертикальных стержней, пропущенных через отверстия в надколонной плите перекрытия и соединенных с закладными деталями колонн.

2. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что закладные детали выполнены в виде равнобоких уголков, установленных на концевых участках колонны и утопленных своей вершиной в тело колонны.

3. Безригельный каркас по п.1, отличающийся тем, что в узле соединения колонн с надколонными плитами перекрытий между надколонной плитой перекрытия и торцами колонн нанесен слой строительного раствора.

www.freepatent.ru

Проблемы использования конструкций сборно-монолитного перекрытия

В настоящее время в основном строятся здания с монолитным перекрытием. Они являются более затратными, например, минимальная толщина перекрытия 220 мм с шагом колонн 6 х 6 м, расход арматуры составляет 200 кг на 1 м3 бетона [1]. Если использовать сборные плиты перекрытия, то приведенная толщина будет 120 мм (при толщине плиты 220 мм), расход арматуры на 1 м3 составляет примерно 30 – 70 кг. Поэтому строители постепенно переходят на сборно-монолитное перекрытие, которые полностью заводского изготовления и собираются на стройке с минимальным объёмом монолитного бетона.

Один из удачных примеров - конструкция безригельного каркаса (КБК), её разработчиками являются: ФГУП ЦПО при Спецстрое России г. Воронеж и ОАО «12 Военпроект» г. Новосибирск, сертификат соответствия № POCC RU.CP48.C00047 от 05.04.2007г. Каркас КБК представляет собой сборно-монолитную конструкцию. В качестве стоек каркаса служат колонны, роль ригелей выполняют плиты перекрытия. Пространственная жесткость обеспечивается жестким (рамным) соединением неразрезанных замоноличенных плит перекрытий с колоннами в уровне каждого этажа. В случае рамно-связевой схемы в работу дополнительно включаются элементы жесткости: связи и диафрагмы.

Каркас КБК монтируется из элементов системы, которые имеют 100% заводскую готовность, с последующим замоноличиванием узлов. в эксплуатационной стадии конструкция является монолитной.

Каркас прост в изготовлении. Элементы каркаса имеют простую геометрическую форму и минимальное количество типоразмеров с основными конструктивными элементами КБК возможно использование лестничных маршей, вентиляционных блоков, шахт лифтов, шахт дымоудаления из других систем.

Основные элементы конструкции.

Система КБК предусматривает применение одномодульных плит перекрытия заводского изготовления с максимальными размерами 2980х2980х160 мм, которые в зависимости от их местоположения в каркасе разделяются на: НП – надколонные, МП – межколонные, СП – средние.[3]

Рис.1. Плиты перекрытия.

Диафрагмы жесткости устанавливаются в створе колонн или в стыках перекрытия. Высота диафрагмы соответствует высоте этажа, которая может быть различной.

Система КБК предусматривает применение неразрезных (многоэтажных) колонн сечением 400х400 мм с предельной длиной 11 980 мм. Высота этажа может варьироваться от 3 до 11 м. [3]

Связи – железобетонные элементы жесткости сечением 200х250 мм устанавливаются для высоты этажа (2,8; 3,0; 3,30 м) между колонн. [3]

Конструктивные особенности.

Система КБК является универсальной и предназначена для строительства жилых, общественно-социальных, административных и некоторых промышленных зданий (сооружений) в разнообразных климатических, рельефных, сейсмических условиях. [3]

Можно строить здания высотой до 75 м (25 этажей) в I–V климатических районах (в том числе сейсмически активных до 8–9 баллов по шкале MSK-64). Несущая способность перекрытий позволяет использовать каркас в зданиях с интенсивностью нагрузок на этаж не более 1200 кг/м2. Нормативная временная вертикальная нагрузка на плиты перекрытия составляет 200 и 400 кг/м2. [3]

Недостаток конструкции: ослабление самого ответственного надколонного участка отверстием для колонны и сложность сопряжения плиты с колонной, предусматривающая сварочные работы. Ограниченность ширины пролета (до 6 м) и нагрузки.

Предлагаемая конструкция.

Предлагаемая модификация системы позволяет сгладить эти недостатки. Это достигается тем, что надколонная плита выполняется монолитной, а колонна с просветами на уровне перекрытия.

Сущность конструкции рассмотренной в данной статье будет заключаться в том, что надколонные участки перекрытия выполняют монолитными, а межколонные и средний участки собирают из сборных элементов, при этом межколонные участки перекрытия жестко скрепляют с надколонными.

Благодаря этому обеспечивается монолитность перекрытия, что повышает надежность и обеспечивает универсальность перекрытия, то есть оно пригодно для больших пролетов и повышенных нагрузок.

Членение перекрытия на надколонные, межколонные и средние участки выполняют габаритами (L/2)x(L/2), где L – ширина пролета ячейки перекрытия. Членение межколонных и средних участков на сборные элементы выполняют из условия транспортировки, то есть шириной не более 3 м.

На рис. 1 приведена схема членения ячейки перекрытия пролетом до 6 м (L ≤ 6м) на надколонные 1, межколонные 2 и средние 3 участки. Надколонные участки перекрытия выполняют монолитными, а межколоные и средние участки – сборными. Габариты участков в этом случае не превышают 3 м, поэтому членение межколонных (МП) и среднего (СП) участков на сборные элементы не требуется. Все элементы одного размера.

Перекрытие опирается или на монолитные колонны поэтажного бетонирования, или на сборные колонны с просветами в уровне каждого перекрытия, которое замоноличивают вместе с надколонными участками перекрытия. Этим обеспечивается целостность надколонного участка по оси колонны.

Рис. 1. Плоское сборно-монолитное перекрытие пролетом 6м

Цель проведенных исследований найти максимальные значения усилий и прогибов в конструкции (Mx, My,Qx, Qy, f ), а так же выяснить какая из данных схем будет более удобна относительно этих пяти параметров.

Рассматривается семь схем плит перекрытия. Сюда входят различные варианты загружения, а так же опирания отдельных участков конструкции.

Исходные данные для схемы 1: плита 6 х 6м, опертая на 4 колонны по углам, толщина плиты t=160мм.

Рис. 2. Расчетная схема 2

Данная схема показывает максимальное значение усилий и прогиба в ячейке 6 х 6м при её загружении постоянной нагрузкой F=10кН/м. Результаты можно увидеть в таблице №1.

; .

Схема 2, 3 и 4: плита перекрытия 21 х 21 м с шагом колонн 6 м, толщина перекрытия t=160мм. В них варьируются варианты загружения. В схеме 5 шарнирное опирание средней плиты. В схеме 6 надколонная плита толщиной t=180мм, межколонная – 160 мм, средняя – 140 мм.

Последняя схема так же, как и шестая с переменным значением толщин плит, но надколонную плиту подкрепляем жесткой вставкой из двутавра I 14 [2].

Сравнивая между собой первую и вторую схему видно, что максимальный момент и поперечная сила значительно увеличились, но при этом значение прогиба снизилось на 59,9% от первоначального. Это объясняется следующими факторами:

другая схема и габариты конструкции, от этого видно разницу значений усилий в местах опирания конструкции;
работа одной, отдельно стоящей ячейки отличается от работы нескольких ячеек совместно, поэтому «ячеистые» конструкции удобны в строительстве.

Схема 3 и 4 показывают, как конструкция работает при том или ином загружении.

Самой удачной схемой является схема 5. Анализ результатов показывает, что изгибающие моменты стали значительно меньше по сравнению со схемой 2 на 73,2%, а поперечные усилия на 93%, значение прогиба уменьшилось на 65,4%.

Если брать схему 6, видим что значения моментов и поперечных усилий не значительно отличаются: Mmax и Qmax уменьшились на 10,5% и 45,5% соответственно, а прогиб наоборот увеличился на 3,7%.

В схеме 7 Mmax уменьшился на 58,8%, Qmax – на 89,3% и прогиб f на 42,8% в сравнении с схемой 2.

Таблица

Данные расчета в САПР «Лира»

Исходя из изложенного выше, можно сделать следующие выводы:

изменение сечения перекрытия (схема 6) не на много «разгружает» конструкцию, при этом средняя толщина конструкции составляет 160 мм, что соответствует схеме 2. Также создание такого перекрытия будет более трудоемким. Поэтому данная схема не рациональна.
наиболее рациональный выбор – это схема 5 с шарнирным опиранием средней плиты. Кроме того упрощается сопряжение плит друг с другом. В данном случае конструкция удовлетворяет целям задания.

Рис. 3. Расчетная схема 1

Рис. 4. Расчетная схема 3

Рис. 5. Расчетная схема 4

Рис. 6. Расчетная схема 5

Рис. 6. Расчетная схема 6

Рис. 7. Расчетная схема 7

Литература:

Потапов Ю. Б., Васильев В. П., Васильев А. В., Федоров И. В. Железобетонные перекрытия с плитой опертой по контуру // Промышленное и гражданское строительство, 2009. - №3. – с. 40 – 41.
ГОСТ 8239-89: Двутавры стальные горячекатаные. – Введ. 01.07.1990. - Министерством черной металлургии СССР, ГОССТРОЕМ СССР, ЦНИИ строительных конструкций. – 4 с.
ООО «КУБ-СТРОЙКОМПЛЕКС». Сборно-монолитный каркас. Надежная система строительства для инвестора и застройщика. – URL: http://www.kub-sk.ru/userfiles/File/KUB_Tehnology_nov.PDF. Дата обращения: 16.10.2011г.

moluch.ru

Безригельный каркас здания, сооружения

Конструкции безригельных каркасов зданий и сооружений широко описаны в патентной информации.

Так, по авторскому свидетельству СССР №1606629, МПК5 E04B 5/43, дата подачи заявки 1988.06.27, известно безбалочное перекрытие, включающее надколонные плиты с центральным отверстием для размещения на колоннах, межколонные и средние плиты, имеющие на стыкуемых боковых гранях каждой плиты перекрытия площадки для последовательного опирания плит одна на другую. С целью снижения материалоемкости за счет уменьшения усилий на надколонную плиту, площадки опирания надколонных плит выполнены в виде размещенных в середине боковых граней столиков, длина которых определена из условия l<2b+a, где b - толщина надколонной плиты, a - размер отверстия в надколонной плите по нижней грани.

Монтаж перекрытия производится в следующем порядке.

На колонны сверху устанавливаются надколонные плиты.

По авторскому свидетельству СССР №1114749, МПК5 E04B 1/18, E04B 1/38, дата подачи заявки 1982.05.04, известен безригельный каркас, содержащий колонны, плиты перекрытия и узлы соединения колонн с плитами перекрытий.

Полость узла омоноличена бетоном.

Монтаж узла на строительной площадке производят следующим образом.

В качестве прототипа выбран безригельный бескапительный железобетонный каркас здания по патенту Российской Федерации №2247812, МПК7 E04B 1/18, E04B 5/43, дата подачи заявки 2001.04.03. патентовладелец ООО «Научно-проектное общество «КУБ», г.Москва.